無響室

無響室 (無響とは「反射しない」または「エコーがない」という意味) は、音または電磁波の反射またはエコーを止めるために設計された部屋です。また、周囲から入ってくるエネルギーから遮断されていることもよくあります。この組み合わせにより、人または検出器は直接音 (反射音なし) のみを聞くことになり、事実上、自由音場の屋外にいるような状態になります。

無響室は、アメリカの音響専門家レオ・ベラネックが作った造語で、当初は音響無響室のみを指すために使用されていました。最近では、この用語は、電磁波による反射や外部ノイズを除去する他の無線周波数(RF) やソナー無響室にも適用されるようになりました。

無響室は、家庭用電子レンジほどの大きさの小さな部屋から、航空機格納庫ほどの大きさの部屋までさまざまです。無響室の大きさは、テストする物体の大きさと周波数範囲によって異なります。

後に無響室と呼ばれるようになったものの要件は、居住地域の屋外ではテストできないほどの強烈な音レベルを発生するスピーカーのテストを可能にするために始まりました。^[1]

無響室は、音響学において、名目上「自由音場」の条件で実験を行うためによく使用されます。自由音場とは、反射信号がないことを意味します。すべての音エネルギーは音源から遠ざかり、反射はほとんどありません。無響室での一般的な実験には、スピーカーの伝達関数の測定や産業機械からの騒音放射の指向性の測定などがあります。一般に、無響室の内部は非常に静かで、典型的な騒音レベルは 10～20 dBAの範囲です。2005 年、最高の無響室は -9.4 dBA を記録しました。^{[2] 2015 年、}マイクロソフト のキャンパスにある無響室は-20.6 dBA を記録し、世界記録を更新しました。^[3]人間の耳は通常、0 dBA を超える音を感知できるため、このような室内にいる人間は周囲に音がないと感じます。逸話的に、このような静寂を好まない人もおり、方向感覚を失うことがあります。^[2]

無響室が壁に衝突する音波の反射を最小限に抑えるメカニズムは次のとおりです。図では、入射音波 I が無響室の壁に衝突しようとしています。この壁は、高さ H の一連のくさび W で構成されています。衝突後、入射波 I は一連の波 R として反射され、くさび W 間の空気の隙間 A (点線で囲まれている) で「上下に跳ね返り」ます。このような跳ね返りにより、A に定在波パターンが (少なくとも一時的に) 発生する場合があります。このプロセス中、波 R の音響エネルギーは、特にコーナー C の近くで、空気の分子粘性によって消散します。^[4] さらに、くさびの製造にフォーム材料を使用すると、波と壁の相互作用中に別の消散メカニズムが発生します。^[5] その結果、Iの方向に沿った反射波Rのうち、隙間Aを抜けて音源に戻る成分（R'と表記）は著しく減少する。この説明は2次元ではあるが、無響室で実際に使用されている3次元のくさび構造を代表し、適用できる。^[6]

完全無響室は、あらゆる方向のエネルギーを吸収することを目的としています。そのためには、床を含むすべての表面を、正しい形状のくさびで覆う必要があります。通常、メッシュ グリルが床の上に設置され、歩行や機器の設置に便利な表面を提供します。このメッシュ フロアは通常、建物の他の部分と同じフロア レベルに配置されます。つまり、無響室自体が床レベルより下まで伸びています。このメッシュ フロアは、外部の振動や電磁信号から隔離するために、減衰され、吸収バッファー上に浮かんでいます。

対照的に、半無響室または半無響室には、車、洗濯機、産業機械などの重い物を支える作業台として機能する頑丈な床があり、完全な無響室のメッシュ グリルでは支えられないものです。レコーディング スタジオは、多くの場合、半無響室です。

「半無響室」と「半無響室」の区別は明確ではありません。いくつかの用法では、これらは同義語として使われたり、1つの用語だけが使われたりします。^[7]他の用法では、一方が理想的な反射床（単一の反射面で自由音場条件を作り出す）を持ち、もう一方が単に平らな未処理の床を持つものとして区別されます。^{[8] [9]}さらに他の用法では、一方は音響処理を施した既存の部屋であり、もう一方はより大きく、無響性能に優れていると思われる特別に建てられた部屋であるなど、サイズと性能によって区別されます。^[10]

無線周波数(RF) 無響室の内部の外観は、音響無響室の外観と似ている場合があります。ただし、RF 無響室の内部表面は、音響吸収材ではなく、放射線吸収材(RAM) で覆われています。RF 無響室の用途には、アンテナやレーダーのテストなどがあり、通常はアンテナを収容して、アンテナの 放射パターンや 電磁干渉の測定を行うために使用されます。

パフォーマンスの期待値（ゲイン、効率、パターン特性など）は、スタンドアロンアンテナまたは組み込みアンテナの設計における主な課題です。 携帯電話、WiFi、Bluetooth、LTE、MIMO、RFID、GPSなどの複数のテクノロジーを 1 つのデバイスに組み込むことで、設計はますます複雑になっています。

RAM は、できるだけ多くの入射方向から入射する RF 放射 (非電離放射線とも呼ばれる) をできるだけ効率的に吸収するように設計され、形成されています。RAM が効果的であるほど、反射RF 放射のレベルは低くなります。電磁両立性(EMC) およびアンテナ放射パターンの多くの測定では、測定エラーや曖昧さを引き起こすリスクを回避するために、反射を含むテスト セットアップから発生するスプリアス信号が無視できることが求められます。

高周波数の波は波長が短くエネルギーが高く、低周波数の波は波長が長くエネルギーが低くなります。これは、λ が波長、v が波の位相速度、周波数 の関係に従って決まります。特定の波長を遮蔽するには、コーンがその波長を吸収できる適切なサイズである必要があります。RF 無響室の性能品質は、動作の最低テスト周波数によって決まります。この周波数では、測定された内部表面からの反射が高周波数と比較して最も顕著になります。ピラミッド型 RAM は、入射波が内部チャンバー表面に対して垂直に入射し、ピラミッドの高さが（ は自由空間の波長）とほぼ等しいときに、最も吸収性が高くなります。したがって、同じ（正方形）ベース サイズで RAM のピラミッドの高さを増やすと、低周波でのチャンバーの有効性が向上しますが、コストが増加し、定義されたサイズのチャンバー内で使用できる障害のない作業容積が減少します。 ${\displaystyle \lambda =v/f}$${\displaystyle f}$${\displaystyle \lambda /4}$${\displaystyle \lambda }$

RF 無響室は通常、ファラデー ケージの原理を使用して設計された遮蔽室に組み込まれます。これは、無響室で内部表面からの反射を最小限に抑える必要がある RF テストのほとんどが、内部に侵入してテスト対象機器に干渉する不要な信号を減衰し、テストからの漏洩が外部に侵入するのを防ぐ遮蔽室の特性も必要とするためです。^{[引用が必要]}

放射周波数が低い場合、遠距離場測定には大きくて高価なチャンバーが必要になることがあります。レーダー断面積測定などでは、テスト周波数の波長をより高い周波数でテストすることで比例して縮小すれば、テスト対象を縮小してチャンバーのサイズを小さくできる場合があります。^[要出典]

RF 無響室は通常、1 つ以上の認定規格の電気要件を満たすように設計されています。たとえば、航空機業界では、会社の仕様またはMIL-STD 461 Eなどの軍事仕様に従って航空機の機器をテストする場合があります。構築されると、試運転中に受け入れテストが実行され、規格が実際に満たされているかどうかが確認されます。満たされている場合は、その旨の証明書が発行されます。無響室は定期的に再テストする必要があります。

無響室内で使用されるテストおよびサポート機器の構成では、不要な反射を引き起こすリスクがあるため、金属 (導電性) 表面をできるだけ露出させないようにする必要があります。これは、テスト対象の機器をサポートするために非導電性プラスチックまたは木製の構造を使用することで実現されることがよくあります。金属表面が避けられない場合は、セットアップ後に RAM 片で覆い、反射を可能な限り最小限に抑えることができます。

テスト機器 (テスト対象機器ではなく) をチャンバーの内側に配置するか外側に配置するかについては、慎重な評価が必要になる場合があります。通常、テスト機器のほとんどは、外部干渉とチャンバー内の放射線の両方から保護するために、メインのテストチャンバーに付属する別の遮蔽室に配置されます。テストチャンバーへの主電源とテスト信号のケーブル配線には、高品質のフィルタリングが必要です。

光ファイバーケーブルは、通常の RFI の影響を受けず、チャンバー内での反射もほとんど発生しないため、信号ケーブルとして使用されることがあります。

RF 無響室には、次のような健康と安全に関するリスクが伴います。

• 無線周波放射線の危険性
• 火災の危険
• 閉じ込められた人員

通常、測定中は室内に人が入ることはできません。人体からの不要な反射が発生する可能性があるだけでなく、高 RF 出力でテストを実行している場合は、関係者に放射線の危険が生じる可能性があるためです。このような危険は RF または非電離放射線によるものであり、高エネルギーの電離放射線によるものではありません。

RAM は RF 放射を非常に吸収するため、入射放射によって RAM 内で熱が発生します。この熱が十分に放散されない場合、ホットスポットが発生し、RAM の温度が燃焼点まで上昇するリスクがあります。送信アンテナが誤って RAM に近づきすぎると、このリスクが発生する可能性があります。送信電力レベルがかなり控えめな場合でも、高ゲインアンテナは電力を十分に集中させ、その開口部付近で高電力フラックスを引き起こす可能性があります。最近製造された RAM は通常、このようなリスクを軽減するために難燃剤で処理されていますが、完全に除去するのは困難です。

• 防音
• 振動絶縁
• バッファ（曖昧さ回避）
• 減衰波
• 減衰比
• ダンパー（曖昧さ回避）
• 電磁反射室
• 残響室
• 感覚遮断
• GTEMセル

ウィキメディア・コモンズには、無響室に関連するメディアがあります。

• 無響室の360度動画
• 音響無響室の写真と説明 2019年3月4日にWayback Machineでアーカイブ
• 無響室の過去と現在
• 高周波無響室の仕組み 2012年4月17日アーカイブ - Wayback Machine
• EMC/RFテスト施設のビデオツアー。南半球最大の無響室テスト室を含む
• いくつかの例
  • 無響室でのアンテナ試験
  • ミリ波株式会社のラジオ/MM波無響室 2012年12月21日アーカイブウェイバックマシン
  • ベル研究所のマレーヒル無響室
  • ミリ波設計のための無響室 2018年6月22日アーカイブ、Wayback Machine
  • 「音響無響室」。英国国立計測研究所。国立物理学研究所。2007年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年2月22日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  • Apple 社のキャンパスにある無響室は、モバイル デバイス製品のテストに使用されています (WaybackMachine 経由)
  • プラハのCTUに無響室を建設中の写真
• サウンドの例
  • 無響室内の衣服の音
  • 無響室での幻覚：その主張の裏にある科学
  • 無響室で静かに風船が破裂する音を聞く