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しじんかたいわ
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伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法 Predcton Method of Speech Transmsson Performance n Consderaton of Transmsson Dstance * 西川嘉雄 * 桂充宏 Yosho Nshkawa Mtsuhro Katsura 要旨本研究は残響時間をベースにした音声伝送の物理評価指標 (Speech

反射面の位置およびノイズの考慮などを更に検討する必要があるキーワード : 残響時間聴き取り易さ受聴位置音源指向特性.

設計に生かせるよう対応している一方測定方法の整備として音源スピーカの検討を行っている音声伝送性能の測定では話者の指向性に近似した音源を用いて測定することが好ましく写真に示すの測定用スピーカの提案もされている ),3) また建築音響測定には面体スピーカなどの無指向性音源が用いられ既報で指向性の違いによる物理指標の差の考察を

1 伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法 Predcton Method of Speech Transmsson Performance n Consderaton of Transmsson Dstance * 西川嘉雄 * 桂充宏 Yosho Nshkawa Mtsuhro Katsura 要旨本研究は残響時間をベースにした音声伝送の物理評価指標 (Speech Transmsson Index) の予測手法の精度を上げることである本報告では音源と受音点間の距離に着目し音声伝送性能指標の予測について検討を行った距離を考慮したの予測式が拡散音場の予測式に比べ対応が良かったことが確認されたこの式を使用することでが予測できることが示されたがより正確に予測するには音源指向性反射面の位置およびノイズの考慮などを更に検討する必要があるキーワード : 残響時間聴き取り易さ受聴位置音源指向特性. はじめに音声伝送による情報伝達はコミュニケーションの重要な手段であり音声伝送性能を確保することは建築空間や都市空間において重要な課題といえるこの背景から日本建築学会では音声伝送評価基準の作成に向けた活動が行われている ) 音声伝送品質のランクは聴き取りにくさと単語了解度の主観評価実験に基づいて設定を行っているこの評価と対応の良い物理指標を検討し設計に生かせるよう対応している一方測定方法の整備として音源スピーカの検討を行っている音声伝送性能の測定では話者の指向性に近似した音源を用いて測定することが好ましく写真に示すの測定用スピーカの提案もされている ),3) また建築音響測定には面体スピーカなどの無指向性音源が用いられ既報で指向性の違いによる物理指標の差の考察を音場データベースにより検討している 4) このような状況から音声伝送に関する設計手法を整備することが重要である当社では残響時間をベースにした音声伝送の予測手法の整備を行っている本報告では予測精度を向上させるために音源と受音点間の距離に着目し物理指標の関係との予測について検討を行ったので報告する. 検討物件および測定分析方法本報告では実測データを基に検討を行うこの章では検討物件と測定方法の概要を整理する. 検討物件竣工測定などで収集したデータから音源 - 受音点の距離が確認できるデータを抽出し検討に用いる無指向性音単一指向性音単一指向性音 AIJ 音源スピーカ a) 無指向性音源 : 面体 SP b) : 単一 SP 写真測定用音源 c) :AIJ 音源 SP * 技術研究所建築技術研究部門 57

2 鴻池組技術研究報告 8 測定室の条件を表に示す記号 aは会議室講義室で室容積は 7m 3 の小会議室から,m 3 の大会議室まで全 4 室である記号 b は体育館講堂で室容積,8~3,5m 3 の 5 室である記号 c はその他の空間で 7 m 3 のピアノ練習室アトリウム執務室音楽室簡易無響室地下ピットなど 9 室であるこれらの合計 8 室を検討物件とし音源スピーカカーテンの開閉吸音材料付加などの条件の違いにより合計 78 室条件 (69 測定点 ) のデータを用いて考察を行う. 測定分析方法測定系統図を図に示す音源スピーカは無指向性音源 ( 小野測器 SJ-8) と (BOSE,AIJ 音源スピーカ ) を用いた ( 写真 ) 音源の種類については建築空間自体の音響特性の把握を目的とした測定では写真 a) に示す無指向性音源 ( 面体スピーカ ) が用いられるしかし音声伝送特性の把握を目的とした測定では音声を取り扱うことから話者の指向性を近似した単一指向性音源 ( 写真 b),c)) を用いることが望ましいまた日本建築学会音声伝送 WG では音声伝送測定用の音源スピーカの提案を行っている ),3) 表測定室条件一覧室容積表面積室容積表面積 V(m 3 ) S(m ) V(m 3 ) S(m ) a 7 b,8, a 6 b,,4 a3 7 8 b3,8,5 a4 9 b4 3,,5 a5 9 3 b5 3,5,6 a6 4 7 c 7 3 a c 8 a c3 8 6 a c a c a c a c7, 77 a c8 3,5, a4,, c9 3,5, a: 会議室講義室,b: 体育館講堂, c: その他 ( アトリウム音楽室無響室など ) 受音は無指向性マイクロホン (RION UC-3 UN-4) を用いた計測器は Coretex 製 CTX7,4(TSP 法 : tme-stretched pulse) を用いインパルス応答測定のみを行う分析は表に示す物理評価指標の残響時間, D5, C8, ts, MTI, を自作ソフトにより算出した算出フローチャートを図に示すインパルス応答ファイルを読み込み Wndows 標準形式の WAV ファイル ( サンプリング周波数 48kHz 6bt) に変換する次にオクターブバンド (6 次バタワース型 IIR フィルタ ) で 5Hz~8kHz の 7 帯域に分割し物理評価指標を算出した無指向性音源小野測器 SJ-8 BOSE AIJ 音源スピーカオリジナルファイル読み込み WAV ファイル変換 48KHz リサンプリング / オクターブバンド変換 IIR フィルタ無指向性マイクロホン RION UC-3 図測定系統図精密騒音計 RION UN-4 n Coretex CTX7,4 out パワーアンプ BOSE 7 表主要な室内音響評価指標一覧物理指標定義と特徴残響時間 T 音のエネルギーが 6dB 減衰するまでの時間初期残響時間 EDT ~-db の減衰から求めた残響時間時間重心 ts RA D 値 (Deutlchket) D5 C 値 (Clarty) C8 波形の重心を求める初期反射音の減衰を表す話し声の変調の低減度 (MTF) により求められる指標 (~) 5msec までの音エネルギー ( 直接音 ) と全時間の音エネルギーの比 ~8msec と 8 msec~ の比のレベル表示物理評価指標の算出残響時間 T D5,C8,Ts,MTI, データセーブ WAV ファイル図物理評価指標算出フローチャート 58

3 伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法 5),6) の算出方法を以下にまとめる MTF(m(F)) の原理とを求めるまでの概要を図 3 に示す MTF(m(F)) とインパルス応答の関係は式 () により表され 5Hz~8kHz の 7 オクターブバンド 3~.5Hz の 4 変調周波数の計 98 の MTF を算出する以下に MTF(m(F)) からを求める手順を示す 7),8) TI k F SNRk, F = R S, (4) S (=-5dB):S/N 比の端点で最小寄与が得られるシフト因子 R (=3dB): 考慮すべき等価 S/N 比の範囲 m ( F ) = h ( t) e πft h ( t) dt dt () h(t): インパルス応答,F: 変調周波数 (Hz)3~.5Hz TI k,f をオクターブバンド毎に算術平均して MTI k を求める = 4 4 MTI k TI k, F (5) = 聴覚マスキングを考慮して m' [ I ( I + AMF I )] k, F = mk, F k / k k () m k,f : オクターブバンド分割した MTF m k,f : 聴覚マスキングを考慮した MTF I k : オクターブバンド k の信号の強さ AMF(=3)Audtory Maskng Factor: 聴覚マスキンク因子見かけの S/N 比 (SNR k,f ) を式 (3) より求める SNR = log[ m' k, F /( m' k, F )] (3) k, F 式 (4) により TI k,f ( TI k ) を算出するは MTI k を重み付け平均して算出する 7 = W k MTIk k= (6) W (5)=.9,W (5)=.43,W 3 (5)=.4, W 4 (k)=.4,w 5 (k)=.86,w 6 (4k)=.7,W 7 (8k)= 測定データの検討 3. 残響時間との関係測定点毎の残響時間との関係を図 4,5に示すまた式 (7) 9) の MTF(m(F)) から式 (3)~(5) の計算により MTI を算出するこの MTI を拡散音場のとして図にプロッ x(t)=i (+cosπft) y(t)=i o (+m k cosπf(t-τ)) エコー /F 入力残響出力 /F m k :MTF 騒音室内 m k (F) :MTF 変調周波数 F(Hz) 変調周波数 F (Hz) 3.5 オクターブバンド周波数 (Hz) k k 4k 8k m k :MTF 7oct 4F=98 個図 3 MTF(m(F)) の原理とを求めるまでの概要 59

4 鴻池組技術研究報告 8 トした本報告ではこの値を拡散音場のと呼ぶこととする πft m( F) = (7) T: 残響時間 (s),f: 変調周波数 (Hz)3~.5Hz 残響時間とは負の相関があり残響時間が長くなるとの値は低下する実測値は拡声音場のを下限として同じ残響時間でもの値は大きくなり幅広く分布していると無指向性音源を比較すると同じ残響時間での方が値が良い傾向が見られるまた簡易無響室 (T=., =.98) は拡散音場と同程度であるが地下ピット (T=5.5~6.5sec, =~) は拡散音場の (T=6sec, =3) より上部に分布しており残響時間が長くなってもの数値は以下にはならなかった以上から式 (7) を用いて残響時間におけるの下限値を推測することには可能だが残響時間からを推定することは困難であることが示唆されたまた参考までに図 6,7 に EDT( 初期残響時間 ) との関係を示す残響時間と比較すると同じ数値の残響時間 EDT に対しての分布幅が狭くなるしかし単一指向性の方が無指向性より値が良くなる傾向は残響時間と同じである 3. 距離と物理指標の関係と距離の関係を無指向性音源とに分けて図 8,9 に示す 5Hz の残響時間の長さにより区別して表した T=sec 以下 ( ) は簡易無響室と吸音性の高い音楽室であり距離に関わらず簡易無響室は =.98 程度である簡易無響室簡易無響室無指向性音源拡散音場拡散音場地下ピット地下ピット T(sec):5Hz 図 4 残響時間との関係 : 無指向性音源 T(sec):5Hz 図 5 残響時間との関係 : 無指向性音源拡散音場拡散音場 EDT(sec):5Hz 図 6 EDT との関係 : 無指向性音源 EDT(sec):5Hz 図 7 EDT との関係 : 6

5 伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法全体的な傾向としては近距離では大きく距離が離れるにしたがって小さくなり次第に一定になるまた同じ距離でも残響時間が長いとは小さくなるこの傾向は音源の指向性によらず同じである無指向性音源に比べて単一指向性のが大きい無指向性音源ともにがのデるのに対して D5 は ~9% で幅広く分布しておりレンジが広い逆を言えば残響時間距離が同程度でも D5 の分布範囲は広く残響時間と音源との距離のみでは D5 は推定できないことを意味している Ts はと負の相関であることから全体的な傾向はと逆で距離が離れると数値は大きくなるータはない図, に単一指向性の D5 および ts の 5Hz と残響時間の結果を示す D5はと正の相関であることから全体的な傾向はと同じく距離が離れるにしたがって D5 は小さくなるしかしは以下の値が無く ~ に分布してい 3.3 MTI() の予測値と実測値の比較拡散音場を仮定した式 (7) と距離と室容積を考慮した式 (8) 9) に実測の残響時間と室容積距離を用いて 5Hz の MTF(m(F)) を算出する更に式 (3)~(5) により MTI() を算出し実測値と比較を行った無指向性音源 T(sec) ~ ~.7 ~ ~.5 ~..~ T(sec) ~ ~.7 ~ ~.5 ~..~ 図 8 距離とと残響時間の関係無指向性音源図 9 距離とと残響時間の関係 8 D5 5 ts D5:5Hz T(sec) ~ ~.7 ~ ~.5 ~..~ ts:5hz T(sec) ~ ~.7 ~ ~.5 ~..~ 図距離と D5:5Hz と残響時間の関係図距離と ts:5hz と残響時間の関係 6

6 鴻池組技術研究報告 8 拡散音場の結果は図に示すように予測が実測値を下回る図 3 に距離考慮 ( 式 (8)) の結果を示す MTI が大きい範囲は図 ( 点線囲み部 ) と比較して予測精度が改善しているが MTI が小さい範囲は図 ( 実線囲み部 ) と同程度で改善されていないこれは実測ので以下がないことが関係していると考えられ予測精度には改善の余地があり他の因子を考慮し予測精度を上げる必要がある m( F) = ( A + B ) C (8) 3 A = r + πft B = C = + r πft + r 3. 8 c r 3. 8 c r c πft + r: 距離 (m),r c =3V/T (m),v: 室容積 (m 3 ) T: 残響時間 (s),f: 変調周波数 (Hz)3~.5Hz 無指向性音源 MTI(5Hz): 予測値拡散音場式 (7) 拡散音場式 (7) MTI(5Hz): 予測値 MTI(5Hz): 実測値 MTI(5Hz): 実測値 ) 無指向性音源 ) 図実測値と予測値 ( 拡散音場式 (7)) の比較無指向性音源 MTI(5Hz): 予測値距離考慮式 (8) 距離考慮式 (8) MTI(5Hz): 予測値 MTI(5Hz): 実測値 MTI(5Hz): 実測値 ) 無指向性音源 ) 図 3 実測値と予測値 ( 距離考慮式 (8)) の比較 6

6m ch3.3mを対象としたの結果を図 6 に示すアトリウム ( ) は距離が 5m 程度になると =.55~ で値が変化しなくなる 3m あたりで再び値が下がり =.5 になる 3m あたりは図 4 の断面図に示す様に上部が吹抜けになった影響と推測される地下ピット ( ) は 4m で =.

7 伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法 3.4 距離と物理指標の関係 : 詳細検討アトリウムと地下ピットを対象に距離と物理評価指標の関係を更に詳細に検討する対象とするアトリウムの平面図と断面図を図 4,5 に示す概略寸法が m 4m ch5m で一部吹抜けを有すアトリウム空間である図に示すように (AIJ 音源スピーカ ) を設置し m 間隔で測定を行った測定風景を写真に示す地下ピットは免震ピットの展示施設のスパン分 9m 6m ch3.3mを対象としたの結果を図 6 に示すアトリウム ( ) は距離が 5m 程度になると =.55~ で値が変化しなくなる 3m あたりで再び値が下がり =.5 になる 3m あたりは図 4 の断面図に示す様に上部が吹抜けになった影響と推測される地下ピット ( ) は 4m で =.5 で値が変化しない MTI5Hz の結果を図 7 に示すより値は全体的に小さめで距離と MTI の傾向は同じである距離考慮の式 (8) に 5Hz の残響時間平均値と室容積と距離を用いて求めた MTI をプロットしたアトリウムは距離が離れた部分で対応がよいことが確認できる地下ピットは実測値が計算値より大きい前節と同じく計算上 MTI 値が小さいとき ( 地下ピットは T=4.6sec) 実測値はそれほど小さくならない予測式には改善の必要があることが示された m 間隔 SP 図 4 アトリウム断面図, m 間隔 SP 断面写真測定風景 : アトリウム 4, 図 5 アトリウム平面図アトリウム T5=.6~.3sec 地下ピット T5=3.~5.9sec アトリウム T5=.6~.3sec 地下ピット T5=3.~5.9sec MTI:5Hz 図 6 距離との関係図 7 距離と MTI5Hz の関係 63

8 鴻池組技術研究報告 8 4. まとめ実測のは以下になりにくい傾向があった拡散音場の予測式 (7) より距離を考慮した式 (8) を用いることでの予測精度は向上するこの式を使用することでを予測できることが示唆されたより正確に予測する場合は音源指向性反射面の位置ノイズの考慮などを更に検討する必要がある謝辞測定にご協力いただいた工事関係者および本検討に議論いただいた日本建築学会音声伝送研究 WG 委員各位に感謝いたします参考文献 ) 日本建築学会 : 第 6 回音シンポジウム室内音声伝送品質の設計評価基準の確立に向けて,7.3 ) 小林好人, 佐藤洋 : 測定用のスピーカの提案とその使用方法について, 日本建築学会シンポジウム資料, pp.9-, 3. 3) 西川嘉雄, 小林好人 : インパルス応答データベースの分析と活用, 日本建築学会シンポジウム資料, pp.7-4, 5.3 4) 西川嘉雄, 佐藤洋, 井上諭, 小林好人 : 建築空間におけるインパルス応答を用いた音声伝送性能評価 - 各種物理評価指標の関係 -, 日本建築学会環境系論文集 No.65, pp.9-4, 5.7 5) T. Houtgast and H. J. M. Steeneken:The Modulaton Transfer Functon n Room Acoustcs as a Predctor of Speech Intellgblty,Acustca.8,pp.66-73, 973 6) T. Houtgast and H. J. M. Steeneken:A Mult-Language Evaluaton of the RA-Method for Estmatng Speech Intellgblty n Audtora,Acustca.54,pp.85-99,984 7) M. R. Schroeder : Modulaton transfer functons: Defnton and measurement.,acustca.49,pp.79-8, 98 8) 小椋靖夫, 浜田晴夫, 三浦種敏 : 音場における音声伝送品質のための MTF とについて, 日本音響学会誌 4 巻 3 号,pp.8-9, ) T.Houtgast, H.J.M.Steeneken, R.Plomp :Predctng speech ntellgblty n rooms from the modulaton transfer functon, General room acoustcs., Acustca 46, pp.6-7, 98 64

室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定小林正明 * 1 松岡明彦 * 1 土屋裕造 * 1 1. はじめに会議室や教室講堂のようなスピーチを主用途とする室はもちろん不特定多数が利用する病院や駅といった公共空間においても音声による情報伝達は必

室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定小林正明 * 1 松岡明彦 * 1 土屋裕造 * 1 1. はじめに会議室や教室講堂のようなスピーチを主用途とする室はもちろん不特定多数が利用する病院や駅といった公共空間においても音声による情報伝達は必戸田建設技術研究報告第 35 号室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定松岡明彦 * 1 土屋裕造 * 1 小林正明 * 1 概音声伝送性能の設計では同一空間における音声伝送性能が音源と受音点の位置関係に大きく影響を受けるという点に配慮が必要であるそこで本研究では音声伝送性能の物理的評価指標として IEC60268-16:2003 において標準化されている STIr をとりあげ同一空間における