【 2006 年度 授業概要】

科　　　目			音響工学 ( Acoustics )
担当教員			跡地 信久
対象学年等			電子工学科・5年・前期・選択・1単位 ( 学修単位I )
学習・教育 目標			工学系複合プログラム	ＪＡＢＥＥ基準１（１）
			A4-1(100%)	(d)1,(d)2-a,(d)2-d,(g)
授業の概要 と方針			将来，音響情報通信関連のグローバル製造＆ソフト企業，放送業界，教育関連，IT関連企業，等の実務技術者として必要な音響工学の基礎知識，開発技術（主にスピーカ）を習得させる。音響工学の範囲は非常に広くなってきているので，基本である物理音響，電気音響の基礎に絞って学習させる。【学習課題】にはパソコンを使った計算問題を多く取り入れる。
到 達 目 標		1	【A4-1】　 高調波の波形合成（フーリエ級数展開，矩形波，鋸歯状波，等含む）から音色の高調波構造を説明できる。
		2	【A4-1】　 種々の音源の特性（放射）インピーダンス密度を理解し，それ等の理論式を定性的に粗く描画できる。
		3	【A4-1】　 主な音響用語を説明でき，さらには数式で表すことができる。
		4	【A4-1】　 音響管内の定常状態での音圧，粒子速度分布の理論式導出，及びそれ等の数値計算結果をグラフに書ける。
		5	【A4-1】　 平面ピストン音源の放射質量MA，振動変位ξ，指向関数Dγを計算できる。
		6	【A4-1】　 種々の音響ホーンの側壁関数を定性的に描画でき，さらには具体的な設計条件でのエクスポネンシャル・ホーンの設計計算ができる。
		7	【A4-1】　 ヘルムホルツ共鳴器の原理を説明でき，及びその共振周波数を計算できる。
		8	【A4-1】　 弦や気柱の長さを自然律音階によって，音階を決められる。
		9	【A4-1】　 簡単な機械振動系モデルの電気機械等価回路が書け，その回路解析（変位ξ，速度V，加速度α）ができる。
		10	【A4-1】　 電気音響変換器（スピーカ）の電気機械等価回路が書け，機械インピーダンスZM， 振動変位ξ，振動速度V， 振動加速度α，最低共振周波数f0，出力音圧Prを計算できる。
評 価 方 法 と 基 準	到 達 目 標 毎	1	sin波の高調波合成，矩形波，鋸歯状波，三角波，等のフーリエ級数による高調波合成をパソコンで計算させ，グラフが書けるかをレポート提出で評価する。
		2	種々の特性（放射）インピーダンス密度の導出式を理解し，その式をグラフに書けるかどうかを定期試験で評価する。
		3	主な音響用語（10数ケ）の虫食い説明文の補完，或いは説明文が書けるかどうかを定期試験で評価する。
		4	具体的な寸法と条件を与えた音響管において，音圧P，粒子速度Uのグラフが書けるかどうかをレポートで評価する。
		5	あるバッフル条件での音源（スピーカ）において，その放射質量MA，振動変位ξ，指向関数Dγを計算させ，レポートで評価する。
		6	特定な条件を与えた音響ホーン群を描画させたり，またエクスポネンシャル・ホーンの寸法を設計する事例を定期試験で評価する。
		7	ヘルムホルツ共鳴器の原理図において，寸法と条件を与えて共振周波数の数値計算を定期試験で評価する。
		8	具体的な寸法や境界条件を与えて，弦や気柱の共振周波数比の関係式から，自然律音階を決められるかどうかをレポートで評価する。
		9	簡単な機械振動系モデルを与えて，その等価回路を書かせ，また回路解析が出来るかどうかを定期試験で評価する。
		10	電気機械等価回路の具体的な等価定数を与えて，上記の目標項目の計算が出来るかどうかを定期試験で評価する。
	総 合 評 価		成績は，試験70%　レポート20%　プレゼンテーション10%　として評価する．プレゼンテーションとは，授業中の質疑応答で理解度をチェックする。
テキスト			「電気音響工学の基礎」：跡地信久著（興文社） プリント
参考書			「電気音響工学」標準電気工学講座：実吉純一著（コロナ社） 「音響振動工学」大学講義シリーズ：西山静男，池谷和夫，山口善司，奥島基良，共著（コロナ社） 「音響用語辞典」：日本音響学会編（コロナ社）
関連科目			数学I，応用数学
履修上の 注意事項			音響波動方程式は2階の偏微分方程式から成るので，「数学I」の復習は必須です。矩形波，鋸歯状波，三角波，等の波形は「応用数学，第4章」（大日本図書）を復習すること。また交流直列共振回路の電圧，電流，インピーダンスの実効値や複素数の取り扱いも勉強しておくこと。

【授業計画（ 音響工学 ）】

週	上段：テーマ／下段：内容（目標、準備など）
1	緒論
	音響工学の範囲，音響産業の変遷，音造りと音質，音の三要素と音響機器の性能，音波の物性を学習する。
2	物理音響学入門
	音波の物理量と感覚量，音の大きさと等感曲線（聴覚の感度曲線）を理解する。音響波形や音色を決めている高調波構造をsin波の合成で理解する。 また音の大きさや音響パワーの定義から合成音圧，合成パワーのデソベル（dB）計算ができる。
3	平面波動方程式の導出，音響管内の音圧，粒子速度の分布
	音響管内の波動方程式の導出，これより特性（放射）インピーダンス密度を導き出し，音響インピーダンスの定義，エネルギー密度，音の強さを理解する。
4	閉管の定在波，音響管内の消音理論と実験 《クントの実験》
	音響管内の定常状態での粒子速度分布を可視化デモにより，観測して理解する。 その分布をパソコンで計算してグラフに描く。 また消音理論の原理的な実験を行い，理解すると共にパソコンで計算してグラフに描く。 【学習課題2−1，2，3】を学習する。
5	球面波動方程式の導出 《呼吸球スピーカの紹介》
	球面波の放射インピーダンス密度を導き出し，これを数値計算してグラフに描き，その波動の性質を理解する。【学習課題2−4】を学習する。
6	ピストン振動板の放射理論と指向関数
	平面ピストン振動板の放射インピーダンス密度を導き出し，放射質量MAを求める。 また，Rayleigh卿の音場理論より指向関数Dγを導き出し，指向角を求める。 【学習課題2−5】を学習する。
7	円形ピストン振動板の放射インピーダンス 《平面スピーカの紹介》
	上記の6 回で導出したインピーダンス密度より，放射質量MAを計算してグラフに描いて理解する。 次に放射理論より振動板の振動変位ξ，振動加速度α，出力音圧Pr を求める。 【例題2，3】を学習する。
8	音響ホーン内の波動方程式と解法
	平面波動方程式の導出と同じ手法で，ホーン内の波動方程式を導出する。 その波動方程式を解き，喉面，及び口面特性インピーダンスを求める。
9	中間試験
	中間にレポートを提出させ，中間試験に換える。 レポート課題は「到達目標の評価方法」の記述に従い，グループ毎に課題を違わす。
10	中間レポート解答コメント，及び喉面，口面インピーダンス，ホーンによる指向性
	レポートの解答コメントをプリントして説明する。 上記8 回で求めた喉面，口面インピーダンスを定性的に描画して，その性質を理解する。 【学習課題3−2，3】を自習させる。 次に，ホーンによる指向性利得や一定指向角を理解する。 【例題1】でエクスポネンシャル・ホーンの実用設計法を学習する。
11	単一共振系の自由振動，強制振動と電気機械等価回路
	単一共振系の振動モデルを電気機械等価回路に書いて，共振周波数 f0，振動変位ξ，振動速度V，振動加速度αの周波数特性を求め，それ等の関係を理解する。 【学習課題4−1】を学習する。 次に，【研究課題】弦の振動方程式を解いて，共振周波数と弦の長さとの関係を学ぶ。
12	電気機械等価回路の計算，ヘルムホルツ共鳴器と音響変成器
	第4章【例題2】の振動モデルを解いて，理解する。音響系の空洞共鳴を等価回路に書いて，交流電気回路の手法でヘルムホルツ共鳴器の共振周波数を求める。 断面積の異なる管や空洞を結合した場合，その結合部の音響変成器について学習する。
13	電気音響変換器の形態分類とスピーカの変換理論
	機能や目的，用途による3つの分類を理解する。 電磁変換理論，及びフレーミングの左手の法則によるダイナミック形スピーカの変換原理を学習する。
14	ダイナミック・スピーカの設計理論
	電気音響変換器（スピーカ）の機械系を等価四端子網手法を用いて，電気機械等価回路を書く。 そして振動変位ξ，振動速度V，振動加速度αから出力音圧Prを求める。 第5章【例題1】を学習する。
15	講義のまとめ
	講義のまとめを行う。
備 考	中間試験は実施しない．定期試験を実施する．