残響時間とセイビンの式(室内の吸音と残響)

エコまる

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部屋の中で音が響き続ける時間って、何で決まるの?

残響時間は、室内で鳴っていた音を止めたあと、音が響いて消えていくまでの長さを表す値です。

音を止めても、音はしばらく壁や天井での反射を繰り返し、すぐには消えません。

騒音・振動特論では、残響時間の定義と、それを求めるセイビンの式が問われます。

残響時間とは(音を止めて60dB下がるまでの時間)

残響時間には、止めてから「どこまで下がるまで」という決まった基準があります。

残響時間とは、定常状態の音を止めてから、室内の音圧レベル60dB減衰するまでにかかる時間(秒)です。

60dB下がるとは、音のエネルギーが100万分の1(1/10⁶)になるところまで小さくなる、という意味です。記号ではTで表し、単位は秒です。

残響時間が長い部屋は音がいつまでも響き、短い部屋は音がすぐ収まります。この長さは、室内でどれだけ音が吸われるか(吸音)で決まります。

残響時間=音を止めて60dB下がるまで dB 時間 定常状態 音を止める 60dB 減衰 残響時間 T(秒)

音を止めた瞬間から、音圧レベルが60dB下がるまでの時間が残響時間T。吸音が多い部屋ほど坂が急で、Tは短い。

セイビンの式で残響時間を求める

残響時間は、部屋の大きさと吸音の量から、セイビンの式(Sabine)で計算できます。

T = 0.161 × V ÷ A

記号の意味は次のとおりです。

記号意味単位
T残響時間秒(s)
V室容積(部屋の体積)
A室の吸音力=各面の(吸音率×面積)の合計

分子のVは部屋の体積、分母のA吸音力です。吸音力Aは、床・壁・天井それぞれの吸音率×面積を足し合わせた値で、室内総表面積に平均吸音率をかけた値(A=平均吸音率×総表面積)に等しくなります。

この式は、室内が拡散音場(音がどの向きにもほぼ一様に満ちている状態)とみなせることを前提にしています。

例として、室容積V=600m³、室内総表面積500m²、平均吸音率0.15の部屋を考えます。

吸音力Aは、0.15×500=75m²です。残響時間Tは、0.161×600÷75=約1.3秒になります。

もし吸音材を増やして吸音力を2倍(150m²)にすると、Tは0.161×600÷150=約0.64秒。吸音力が2倍になると、残響時間はおよそ半分に短くなります。

吸音力が大きいほど残響時間は短い

セイビンの式では、吸音力Aは分母にあります。

吸音力Aが大きいほど、残響時間Tは短くなります。吸音率の高い材料を壁や天井に張って吸音力を増やすと、音の響きが早く収まります。

逆に、コンクリート打ちっぱなしのように吸音率が低い部屋は吸音力が小さく、残響時間が長くなって音がいつまでも響きます。

工場の騒音対策で天井や内壁に吸音材を張るのは、吸音力を増やして室内の響き(反射音)を抑え、室内の音圧レベルを下げるためです。

騒音・振動特論での問われ方

残響時間は、定義・計算式・吸音力との関係の3方向から問われます。

令和5年度の騒音・振動特論(問6)では、床・側壁・天井で吸音率が異なる工場建屋について、セイビンの残響公式を使って残響時間を計算させる問題が出ました。各面の吸音率×面積を足して吸音力Aを出し、T=0.161V/Aに当てはめます。

令和3年度の騒音・振動特論(問8)では、吸音率に関する記述として「吸音率が大きいほど、残響時間は短い」が正しい記述として並びました。吸音力と残響時間の向きを問う形です。

令和3年度の騒音・振動特論(問14)では、レベルレコーダで記録した減衰曲線から、残響時間Tを求める式を選ばせる問題も出ています。

まちがえやすいポイント

残響時間の「下がる量」と、吸音力との向きが狙われます。

残響時間は音を止めて60dB減衰するまでの時間で、吸音力が大きいほど残響時間は短くなります(長くなる、ではありません)。セイビンの式T=0.161V/Aで、吸音力Aが分母にあることと合わせて押さえます。

理解度チェック

Q.

残響時間とは、音を止めてから音圧レベルが何dB減衰するまでの時間か。

60dBです。音のエネルギーが100万分の1(1/10⁶)になるところまで下がる時間を指します。

Q.

セイビンの式 T=0.161V/A で、VとAはそれぞれ何を表すか。

V=室容積(m³)、A=室の吸音力(m²)です。吸音力Aは、各面の吸音率×面積を足し合わせた値(=平均吸音率×室内総表面積)です。

Q.

部屋の吸音力を大きくすると、残響時間は長くなるか、短くなるか。

短くなります。吸音力Aはセイビンの式の分母にあるため、Aが大きいほどTは小さくなります。

まとめ

残響時間は、定常状態の音を止めてから音圧レベルが60dB減衰するまでの時間です。

セイビンの式 T=0.161V/A(V=室容積、A=吸音力=吸音率×面積の合計)で求め、吸音力が大きいほど残響時間は短くなります。

「60dBで残響時間」「吸音力が大きいほど残響は短い」の2点を押さえれば、騒音・振動特論の残響の問題に対応できます。

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参考

  • 建築・室内音響の標準的事項(残響時間=定常音を止めて音圧レベルが60dB減衰するまでの時間、セイビンの残響式 T=0.161V/A、A=吸音力=吸音率×面積の合計)
  • 一般社団法人 産業環境管理協会 公害防止管理者等国家試験 騒音・振動特論 出題範囲・公式正答(令和5年度 問6・令和3年度 問8 ほか)

この記事を書いた人

公害防止管理者 独学ノート 編集部

公害防止管理者試験の用語・法令・計算を、環境省の告示や過去問に照らして、独学者の目線で整理しています。