残響

残響効果の短いサンプル

クリーンな信号に続いて、さまざまなバージョンの残響音（減衰時間が長くなるにつれて増加）が続きます。

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ギターのリバーブ

残響（リバーブ、reverberation）は、音響学において、音が発生した後に音が残る現象です。 ^[1]残響は、音や信号が反射されたときに生じます。これにより多数の反射が蓄積され、その後、音が空間内の物体（家具、人、空気など）の表面に吸収されるにつれて減衰します。^[2]残響は、音源が停止しても反射が続き、振幅が減少して最終的にゼロになったときに最も顕著になります。

残響は周波数に依存します。減衰の長さ、つまり残響時間は、意図した活動に対して最適なパフォーマンスを実現するために特定の残響時間を必要とする空間の建築設計において特別な考慮の対象となります。^[3]前の音から最低でも50～100 ミリ秒後に検出可能な明確なエコーと比較すると、残響は約50ミリ秒未満のシーケンスで発生する反射です。時間が経つにつれて、反射の振幅は徐々に気付かないレベルまで減少します。残響は屋内空間に限定されず、反射が存在する森林やその他の屋外環境でも存在します。

残響は、音響反射面のあるホールや演奏スペースで人が歌ったり、話したり、楽器を演奏したりすると自然に発生します。^{[4]残響は、}エコーチャンバー、金属を通した振動、デジタル処理などの手段で残響をシミュレートするリバーブエフェクトを使用して人工的に適用されます。^[5]

残響は録音された音に空間感覚を与えて自然さを加えることができますが、特にノイズが存在する場合には、音声の明瞭度を低下させることもあります。補聴器の使用者を含む難聴者は、残響のある騒々しい状況では音声を理解するのが難しいと頻繁に報告しています。残響は、自動音声認識における誤りの大きな原因でもあります。

残響除去は、音または信号の残響レベルを低減するプロセスです。

残響時間

残響時間とは、音源が停止した後、密閉された空間内で音が「消えていく」のに必要な時間の測定値です。

残響時間を計測器で正確に測定する場合、T ₆₀ ^[6]（残響時間60dBの略）という用語が使用されます。T _{60 は}客観的な残響時間の測定値を提供します。これは、生成されたテスト信号が突然終了した後に測定された音圧レベルが60dB減少するのにかかる時間として定義されます。

残響時間は、広帯域信号 (20 Hz ～ 20 kHz) として測定された場合、単一の値として示されることがよくあります。ただし、残響時間は周波数に依存するため、周波数帯域 (1 オクターブ、1/3 オクターブ、1/6 オクターブなど) でより正確に記述できます。周波数に依存するため、狭帯域で測定された残響時間は、測定される周波数帯域によって異なります。精度を上げるには、残響時間の測定で記述される周波数の範囲を知ることが重要です。

19 世紀後半、ウォレス・クレメント・サビンはハーバード大学で、吸音による残響時間への影響を調べる実験を始めました。サビンは、携帯可能な風箱とオルガンのパイプを音源として使い、ストップウォッチと自分の耳を使って、音源が途切れてから聞こえなくなるまでの時間 (約 60 dB の差) を測定しました。サビンは、残響時間は部屋の寸法に比例し、吸音の量に反比例することを発見しました。

音楽を演奏する空間の最適な残響時間は、その空間で演奏される音楽の種類によって異なります。スピーチに使用される部屋では、スピーチをより明瞭に理解できるように、通常、より短い残響時間が必要です。1 つの音節からの反射音が次の音節を話したときにまだ聞こえる場合、何を言ったのか理解するのが難しい場合があります。^[7]「Cat」、「cab」、「cap」はすべて非常によく似ているように聞こえる場合があります。一方、残響時間が短すぎると、音のバランスと音量が悪くなる可能性があります。スタジオでは、音に深みを加えるために残響効果がよく使用されます。残響は、音の知覚されるスペクトル構造を変えますが、ピッチは変えません。

部屋の残響時間に影響を与える基本的な要因には、部屋の構造に使用されている材料だけでなく、部屋のサイズや形状も含まれます。また、人や持ち物など、部屋の中に置かれるあらゆる物体も、この残響時間に影響を与える可能性があります。

測定

歴史的には、残響時間はレベルレコーダー（動く紙のリボン上に騒音レベルを時間に対してグラフ化する装置）を使ってのみ測定できました。大きな騒音を発生させ、音が消えていくとレベルレコーダーのトレースは明確な傾斜を示します。この傾斜を分析すると、測定された残響時間がわかります。最近のデジタル騒音計の中には、この分析を自動的に実行できるものもあります。^[8]

残響時間を測定する方法はいくつかあります。インパルスは、十分に大きなノイズ (カットオフポイントが定義されている必要があります) を作成することで測定できます。空砲のピストルの発砲音や風船の破裂音などのインパルスノイズソースを使用して、部屋のインパルス応答を測定できます。

あるいは、ピンクノイズやホワイトノイズなどのランダムノイズ信号をスピーカーから生成し、その後オフにすることもできます。これは中断法と呼ばれ、測定結果は中断応答と呼ばれます。

2 ポート測定システムは、空間に持ち込まれたノイズを測定し、それをその後その空間で測定されたものと比較するためにも使用できます。拡声器によって室内に再生された音を考えてみましょう。室内の音を録音し、拡声器に送信されたものと比較できます。2 つの信号は数学的に比較できます。この 2 ポート測定システムは、フーリエ変換を使用して、部屋のインパルス応答を数学的に導き出します。インパルス応答から、残響時間を計算できます。2 ポートシステムを使用すると、大きなインパルス以外の信号で残響時間を測定できます。音楽や他の音の録音を使用できます。これにより、聴衆が入った後で部屋で測定を行うことができます。

いくつかの制限の下では、手拍子のような単純な音源でも残響の測定に使用できる^[9]

残響時間は通常、減衰時間として表され、秒単位で測定されます。測定に使用される周波数帯域が明記されている場合と明記されていない場合があります。減衰時間とは、信号が元の音より 60 dB 減少するのにかかる時間です。特に低周波数では、60 dB の減衰を測定するのに十分な音を部屋に注入することが難しいことがよくあります。減衰が直線的である場合は、20 dB の低下を測定してその時間を 3 倍にするか、30 dB の低下を測定してその時間を 2 倍にすれば十分です。これらは、いわゆる T20 および T30 測定方法です。

RT ₆₀残響時間の測定は、パフォーマンススペースのISO 3382-1 規格、通常の部屋のISO 3382-2 規格、オープンプランオフィスのISO 3382-3 規格、およびASTM E2235 規格で定義されています。

残響時間の概念は、音の減衰率が指数関数的であり、したがって音圧レベルが毎秒何 dB の割合で規則的に減少することを暗黙的に想定しています。実際の部屋では、反射面、分散面、吸収面の配置によって、このようになることはあまりありません。さらに、励振音の位相の違いが著しく異なる音波に蓄積されるため、音圧レベルを連続的に測定すると、非常に異なる結果になることがよくあります。1965 年、Manfred R. Schroeder はJournal of the Acoustical Society of Americaに「残響時間を測定する新しい方法」を発表しました。彼は、音のパワーではなく、エネルギーを積分して測定することを提案しました。これにより、減衰率の変化を示すことができ、音響学者は多くの測定値を平均化する必要がなくなりました。

サビーン方程式

サビンの残響方程式は、1890 年代後半に経験的に開発されました。彼は、部屋のT _{60 、容積、および全吸収 (}サビン単位)の関係を確立しました。これは次の方程式で表されます。

T_{60}={\frac {24\ln 10^{1}}{c_{20}}}{\frac {V}{Sa}}\approx 0.1611\,\mathrm {s} \mathrm {m} ^{-1}{\frac {V}{Sa}}

。

ここで、c ₂₀は室内の音速（20 °C）、V はm ³での部屋の容積、S はm ²での部屋の総表面積、aは部屋の表面の平均吸収係数、積Saはセービンス単位の総吸収です。

セービンの全吸収量 (したがって残響時間) は、一般的に周波数 (空間の音響特性によって定義されます) に応じて変化します。この式では、部屋の形状や空気中を伝わる音の損失 (広い空間では重要) は考慮されません。ほとんどの部屋では、低周波数範囲での音エネルギーの吸収が少なく、その結果、低周波数での残響時間が長くなります。

サビーヌは、残響時間はホール内のさまざまな表面からの音の反射率によって決まると結論付けました。反射がコヒーレントであれば、ホールの残響時間は長くなり、音が消えるまでに時間がかかります。

残響時間RT ₆₀と部屋の容積 V は臨界距離 d _cに大きな影響を与えます(条件式):

d_{\mathrm {c} }\approx 0{.}057\cdot {\sqrt {\frac {V}{RT_{60}}}}

ここで、臨界距離はメートル、容積はm³、残響時間RT60_は秒単位で測定されます。 $d_{c}$ $V$

アイリング方程式

アイリングの残響時間方程式は、1930 年にベル研究所のカール F. アイリングによって提案されました。 ^[10] この方程式は、アイリングが「デッド」ルームと定義した、比較的大量の音響吸収がある小さな部屋の残響時間をより正確に推定することを目的としています。これらの部屋は、より大きく音響的に活発な部屋よりも残響時間が短くなる傾向があります。アイリングの方程式は、形式的にはサビーンの方程式に似ていますが、吸収項を対数的にスケーリングする変更が含まれています。方程式内の単位と変数は、サビーンの方程式で定義されているものと同じです。アイリング残響時間は次の方程式で与えられます。

T_{60}\approx -0.161\ {\frac {V}{S\ln(1-a)}}

。

アイリングの式は、サビーネの経験的アプローチとは対照的に、音の反射のイメージソースモデルを使用して第一原理から開発されました。サビーネが研究したような非常に活気のある部屋では、2 つの式が同一になるため、サビーネによって得られた実験結果はアイリングの式と概ね一致しています。ただし、アイリングの式は、吸音量が多い小さな部屋でより有効になります。その結果、アイリングの式は、録音スタジオのコントロールルームや、吸音量が多いその他の重要なリスニング環境での残響時間を推定するためによく使用されます。サビーネの式は、吸音量が多い小さな部屋の残響時間を過剰に予測する傾向があります。このため、ホームレコーディングスタジオなどの小規模な録音スタジオ環境で利用できる残響時間計算機では、アイリングの式がよく使用されます。

吸収係数

素材の吸収係数は 0 から 1 の間の数値で、表面で吸収される音と室内に反射される音の割合を示します。大きくて完全に開いた窓は、そこに到達した音はすべてそのまま通り抜け、反射音は発生しないため、反射はありません。この場合の吸収係数は 1 です。逆に、厚くて滑らかな塗装されたコンクリートの天井は音響的に鏡と同等であり、吸収係数は 0 に非常に近くなります。

音楽では

リバースリバーブ: ドライ録音 / リバース / リバーブ追加 / リバーブ付きリバース

アトランティック誌は、残響を「音楽における最も古く、最も普遍的な音響効果」と評し、10世紀の平歌の頃から音楽に使われてきたとしている。^[5]バッハを含む作曲家たちは、特定の建物の音響効果を利用するために音楽を書いた。グレゴリオ聖歌は、大聖堂の残響時間が長く、混沌と混ざり合う前に歌える音符の数が限られていたことへの対応として発展した可能性がある。^[5]

リバーブエフェクトは、音に人工的な残響を加えるエフェクトです。リバーブエフェクトは、エコーチャンバー、金属を通した振動、デジタル処理などの手段で残響をシミュレートします。 ^[5]

参照

参考文献

^ ヴァレンテ、マイケル;ホリー・ホスフォード＝ダン。ロス J. ローザー (2008)。聴覚学。ティーム。 425–426ページ。ISBN 978-1-58890-520-8。
^ ロイド、ルウェリン・サウスワース (1970)。音楽とサウンド。エアー出版。pp. 169。ISBN 978-0-8369-5188-2。
^ ロス、リーランド M. (2007)。建築を理解する。ウェストビュー・プレス。pp. 104–105。ISBN 978-0-8133-9045-1。
^ デイビス、ゲイリー（1987年）。音響強化ハンドブック（第2版）。ミルウォーキー、ウィスコンシン州：ハル・レナード。p. 259。ISBN 9780881889000. 2016年2月12日閲覧。
^ abcd Weir, William (2012-06-21). 「人類がエコーを征服した方法」アトランティック誌。2021年8月8日閲覧。
^ 「残響時間」www.nti-audio.com。
^ 「では、なぜ残響は音声の明瞭度に影響を与えるのでしょうか？」MC Squared System Design Group, Inc. 2008年12月4日閲覧。
^ 「残響時間」www.nti-audio.com。
^ Papadakis, Nikolaos M.; Stavroulakis, Georgios E. ( 2020). 「音響測定のための手拍子：最適な適用と限界」。音響学。2 (2): 224–245. doi : 10.3390/acoustics2020015。
^アイリング、カール F. (1930)。「 「デッド」ルームの残響時間」アメリカ音響学会誌。1 (2A): 217–241。Bibcode : 1930ASAJ ....1..217E。doi : 10.1121/1.1915175。

外部リンク

残響 - ハイパーフィジックス
リアルな残響効果を生み出すために測定された室内インパルス応答のデータベース
スプリングリバーブタンクの説明と比較
スプリングリバーブタンクの手入れと給餌 2016-12-20 にWayback Machineでアーカイブ

[1] ヴァレンテ、マイケル;ホリー・ホスフォード＝ダン。ロス J. ローザー (2008)。聴覚学。ティーム。 425–426ページ。ISBN 978-1-58890-520-8。

[2] ロイド、ルウェリン・サウスワース (1970)。音楽とサウンド。エアー出版。pp. 169。ISBN 978-0-8369-5188-2。

[3] ロス、リーランド M. (2007)。建築を理解する。ウェストビュー・プレス。pp. 104–105。ISBN 978-0-8133-9045-1。

[4] デイビス、ゲイリー（1987年）。音響強化ハンドブック（第2版）。ミルウォーキー、ウィスコンシン州：ハル・レナード。p. 259。ISBN 9780881889000. 2016年2月12日閲覧。

[:0-5] Weir, William (2012-06-21). 「人類がエコーを征服した方法」アトランティック誌。2021年8月8日閲覧。

[6] 「残響時間」www.nti-audio.com。

[7] 「では、なぜ残響は音声の明瞭度に影響を与えるのでしょうか？」MC Squared System Design Group, Inc. 2008年12月4日閲覧。

[8] 「残響時間」www.nti-audio.com。

[9] ^ Papadakis, Nikolaos M.; Stavroulakis, Georgios E. ( 2020). 「音響測定のための手拍子：最適な適用と限界」。音響学。2 (2): 224–245. doi : 10.3390/acoustics2020015。

[10] ^アイリング、カール F. (1930)。「 「デッド」ルームの残響時間」アメリカ音響学会誌。1 (2A): 217–241。Bibcode : 1930ASAJ ....1..217E。doi : 10.1121/1.1915175。

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