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学科Ⅱ（環境・設備）

一級建築士 令和2年度 学科Ⅱ（環境・設備） 問9

問題・正答・学習用解説

問題

音響に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

選択肢

  1. （1）
    拡散性の高い室に音響パワーが一定の音源がある場合、室の平均吸音率が2 倍になると、室内平均音圧レベルは約3 dB減少する。
  2. （2）
    自由音場において、無指向性点音源から25 m離れた位置における音圧レベルの値が約70 dBの場合、100 m離れた位置における音圧レベルは約58 dBになる。
  3. （3）
    セイビン（Sabine）の残響式による残響時間は、室容積に比例し、室の等価吸音面積に反比例する。
  4. （4）
    屋外において、遠方の音源から伝搬する音の強さは、空気の音響吸収によって、低周波数域の音ほど減衰する。

正答と解説

正答：（4）

正答の考え方

正解は（4）です。空気が音を吸収する作用では、一般に低周波の音より高周波の音の方が減衰しやすくなります。空気中を伝わる音では、圧縮と膨張の繰返しに伴う熱のやり取りなどにより、音のエネルギーの一部が失われます。この空気吸収は周波数、温度、湿度などによって違い、高い音ほど遠方まで届きにくい傾向があります。
遠くの音楽が、歌声やシンバルの細かい音より低い響きとして聞こえることを思い浮かべると理解しやすいでしょう。ただし実際の屋外伝搬では、距離による拡散、地面の反射、障害物、風や温度分布も影響するので、すべてを空気吸収だけで説明するわけではありません。
選択肢（2）はこれとは別の幾何学的な拡散の計算です。点音源では距離が4倍になると音の強さが116\displaystyle \frac{1}{16}になり、レベル差は10log⁡1016≃12\displaystyle 10\log_{10}16\simeq12 dBです。70 dBから12 dB下がって58 dBになります。空気に吸収される現象と、同じエネルギーが広い面積に分かれる現象を区別することが本問の要点です。

各選択肢の解説

選択肢1

（1）適当です。拡散性の高い室では反射音が様々な方向から届き、定常状態では音源が供給するエネルギーと壁などが吸収するエネルギーが釣り合います。室の面積が同じで平均吸音率が2倍なら、吸音する能力も2倍になり、平均の音響エネルギーはおおむね半分になります。レベル差は10log⁡10(12)≃−3\displaystyle 10\log_{10}(\frac{1}{2})\simeq-3 dBです。音源のすぐそばで直接音が支配的な場所まで、必ず3 dB下がるという意味ではありません。

選択肢2

（2）適当です。自由音場の無指向性点音源は、音を球面状に広げます。球の面積は距離の2乗に比例するため、距離を25 mから100 mへ4倍にすると、単位面積を通るエネルギーは142=116\displaystyle \frac{1}{4^2}=\frac{1}{16}です。音圧レベルの減少は20log⁡10(10025)≃12\displaystyle 20\log_{10}(\frac{100}{25})\simeq12 dBなので、70−12=58\displaystyle 70-12=58 dBです。距離が4倍だからレベルも4分の1になる、という計算はできません。デシベルは対数表示だからです。

選択肢3

（3）適当です。セイビンの残響式はT=0.161VA\displaystyle T=\frac{0.161V}{A}です。T\displaystyle Tは音が60 dB減衰する残響時間s、V\displaystyle Vは室容積m3\displaystyle \mathrm{m^3}、A\displaystyle Aは等価吸音面積m2\displaystyle \mathrm{m^2}です。容積が大きいほど音のエネルギーが多く蓄えられ、吸音面積が大きいほど早く失われます。例えばV=1,000\displaystyle V=1{,}000、A=200\displaystyle A=200なら約0.81 sです。これは十分に音が拡散するなどの仮定に基づく近似で、室形状や吸音の偏りも実際の残響に影響します。

選択肢4

（4）不適当です。空気吸収による減衰は、一般に高周波数域の方が大きく、記述は高低を逆にしています。遠くで高い成分が失われると、音は低くこもった印象になります。ただし「低い音は全く減衰しない」という意味ではありません。低い音も距離による拡散で弱まり、地面や障害物などの影響も受けます。ここで比較しているのは、多数ある減衰要因のうち空気そのものが吸収する作用の周波数特性です。

周辺知識

音の大きさをデシベルで扱うときは、何の比を使うかを確認します。音の強さやエネルギーの比なら10log⁡10\displaystyle 10\log_{10}、音圧の比なら20log⁡10\displaystyle 20\log_{10}です。同じ媒質ではエネルギーが音圧の2乗に比例するため、この係数の違いが生まれます。エネルギー半分は約−3 dB、音圧半分は約−6 dBで、同じ「半分」でも意味が異なります。
室内では吸音を増やすと反射音の蓄積が減り、残響時間も短くなります。しかし隣室へ音を通しにくくする遮音とは別です。吸音材を貼って話が聞き取りやすくなっても、壁の隙間からの音漏れがなくなるとは限りません。
屋外では、音源の形によって広がり方も違います。孤立した小さな音源を点音源として扱える場合と、長い道路のような線状の音源とでは距離減衰が異なります。本問が「自由音場」「無指向性点音源」と指定するのは、反射や方向性を除いて球面状の広がりを使うためです。公式を使う前に、音源と空間の仮定が合うかを確かめる習慣を付けましょう。
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