2016 Fiscal Year Annual Research Report
Finite element room acoustics simulation based on measurement method using ensemble averaging technique with uncertainty control
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16H04465
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
大鶴 徹 大分大学, 工学部, 教授 (30152193)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富来 礼次 大分大学, 工学部, 准教授 (20420648)
岡本 則子 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (00452912)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 建築環境・設備 / 室内音場シミュレーション / 境界条件 / 有限要素法 / 吸音測定 / 解析精度 / 不確かさ / 粒子速度センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、境界の吸音特性測定実験と数値シミュレーションの２者で構成される。
【実験】研究実施計画に順じ、音圧・粒子速度センサ（PUセンサ）の精密校正法を検討した。PUセンサを用いる各種測定結果で不確かさを生じる主要因と想定する「校正時と測定時の相対湿度差」について、残響室（大分大学情報基盤センター）内で湿度が室・音響管・試料それぞれで均一となるよう制御した上で実験を実施した。３種の材の吸音率が湿度変化によって変化していないことを、3台のPUセンサそれぞれについて確認した上で、相対湿度差を8％以下に抑えた場合、EA法で得られる吸音率の不確かさが0.02以下に留まることが明らかとなった。さらに、境界要素法による音源位置に関する検討とMicroflown社の音響管に加えステンレスと鉛製の音響管を作製した上でPUセンサの校正に関する検討等を実施した。
【数値シミュレーション】大規模解析用計算機を導入し、音響管の端部に各種吸音材を設置した１次元音場を有限要素法で解析、得られる精度の確認を行った。グラスウール等、一般的な材については実数と複素数のインピーダンス境界の双方が、十分高い精度で材のインピーダンス、ならびに、吸音率を再現できるのに対し、共鳴器については吸音特性の概要は求まるものの、実数と複素数のインピーダンス境界で与える結果に差異を生じた。また、小型模型室内音場に関し、EA法で測定したインピーダンスで境界条件を与えた場合のシミュレーション結果と実測値を比較する検討を開始し、残響曲線については改善の余地を残すものの、両者のインパルス応答のピークの位置が概ね一致する傾向を確認した。
得られた成果は、Applied Acousticsで論文として掲載するとともに、３つの国際学会（ICA、日米音響学会ジョイントミーティング、YKJCA）と日本建築学会、日本音響学会の研究発表会等で公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
EA法に関する実験により、従来から大きな問題となっていた「湿度変化とPUセンサの不確かさ」の関連を明らかにし、国際的に権威ある Applied Acoustics へ学術論文として投稿し、査読を経て掲載された。３台のセンサを用い３種の試料を対象に、残響室・音響管・測定試料の湿度が同一とみなせるよう丁寧な実験を繰り返し得た成果は、音響学にイノベーションをもたらしつつある粒子速度計測技術の基盤とすべき重要な知見と考えている。その他に関しても、９件の論文として公表する等、順調に進展していることから総合して、当初の計画以上に進展しているものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度の成果に基づき、
【実験】EA法の測定範囲の拡大。測定周波数域を 50 Hz～3000 Hz 程度へと拡大するとともに、音場や測定試料についても、測定結果の不確かさとの関連など、明示していく。数値シミュレーション入力データとしての測定インピーダンスの的確さに関し着目していく。
【数値シミュレーション】小規模解析（昨年度から継続）：音響管や模型室等の小規模空間。インパルス応答をはじめとする値をシミュレーションと実測で求め詳細に比較検討。中～大規模解析：3000立方メートルから10000立方メートル規模の空間。実測可能な建物に関する調査を行った上で、シミュレーションと実測を実施する。超大規模空間：全国共同利用施設のスーパーコンピュータ等の利用を念頭に、準備を開始する。
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