室内音響評価のための3次元数値音場シミュレーションシステムの構築

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音響設計をより綿密に行うための波動数値解析の利用法として,従来の物理量(インパルス応答および残響時間などの各種聴感物理量)による評価だけでなく,音場再生による聴感評価まで含めたシステムを構築することを目指し,波動数値解析に基づく音場再生システムの構築と適用性の検討を目的とした研究を行った。まず数値解析手法に関する基礎的検討として,本研究に主に用いた手法である時間領域有限差分(FDTD)法に関する原理的検討を行った。3次元数値解析では,3次元的な空間離散化に伴う計算機メモリの増大が計算を困難にしている大きな原因である。そこで計算を高精度化し,必要な離散化数をなるべく減らすことを目的として,●音源の初期条件,●差分に用いるスキームの2点に着目して,原理的考察および数値実験による検討を行った。その結果,初期条件としては不要な高周波成分を十分なレベルまでカットできるガウス波形が有望であることを示し,スキームについては高次差分の適用により位相誤差を抑えられることを示した。高次差分については,従来のレギュラーグリッドに加えてスタガードグリッドにおける差分係数の導出方法を示し,それによる位相誤差を理論的に導出した。検討した解析手法を用いて,ホール設計における応用を行った。実際に建設されるホールの設計図面より音波の伝搬過程等を計算し,設計資料として利用した(ただし,適用したホールは研究終了段階で建設中のため検証は行われていない)。さらに,室内音響に対する応用として,仮想的な矩形ホールを想定し,側壁拡散体の形状の違いによる聴感印象の差異を3次元6チャンネル音場シミュレーションによって検討した。この検討に関しては,以前に行った2次元断面モデルに対する検討結果との比較を行うために平面をそれと同一とした。実験結果より,3次元音場においては平面内の伝搬とともに断面方向の伝搬等が生ずる複雑な音場となるため,2次元音場における傾向と似た傾向が得られるものの,その感度は鈍くなることや,断面形状の複雑さによって結果が変動する可能性があること等が分かった。