| 科 目 | 音響工学 ( Acoustics ) | |||
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| 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来ているので，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、グラフに描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をレポート提出で評価する。 | |||
| 5 | あるバッフル条件での音源（スピーカ）において、その質量MA、変位ξ、指向関数Dγを数値計算させ、レポート提出で評価する。 | |||
| 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的模式図において、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をレポート提出で評価する。 | |||
| 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、また回路解析ができる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できるかを定期試験で評価する。 | |||
| 総 合 評 価 |
レポート（50点）＋出席（30点）＋定期試験（60〜80点）＝総合評価（140〜160点満点）とし，これを100点満点に換算する．60%未満を「不可」とする．出席点は単なる出席でなく，質問，出題，私語や内職，等の積極的な授業参加度合いを加味して評価する． | |||
| 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 |
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| 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） |
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| 関連科目 | ||||
| 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」の復習は必須である．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．また交流回路理論のインピーダンス，複素数の取り扱いも勉強しておく事． | |||
| 週 | 上段：テーマ／下段：内容（目標、準備など） |
|---|---|
| 1 | 緒論および物理音響学入門 |
| 音造りと音質、音の三要素と音響機器の性能、音波の物性と感覚、等の概要を学習し、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やデシベル（ｄB)の計算ができる。 | |
| 2 | 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。 | |
| 3 | 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音圧、粒子速度分布をパソコンで計算し、グラフに描く。 また、消音理論の理想系を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。 | |
| 4 | 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、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。 | |
| 5 | 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。 | |
| 6 | 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５項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変位ξ、音圧Pを求める。 【例題２，３】を学習する。 | |
| 7 | 中間レポート |
| 中間にレポート提出させ、中間試験に換える。 レポート課題は「到達目標の評価方法」に記述してある。 | |
| 8 | 中間レポート解答コメント、 音響ホーン内の波動方程式と解法 |
| レポートの解答コメントをプリントして説明する。 平面波導出と同じ手法で、ホーン内の波動方程式を導出する。 | |
| 9 | 喉面、口面インピーダンス、ホーンによる指向性 |
| その波動方程式を解き、喉面、口面特性インピーダンスを求める。 【学習課題３−２，３−３】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・ホーンの実用的設計法を学習する。 | |
| 10 | 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、加速度αの周波数特性をもとめ、その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。 | |
| 11 | 電気ー機械ー音響系の対応、等価回路｣による｣計算 |
| 第４章【例題２】の振動モデルを解いて、理解を深める。 | |
| 12 | ヘルムホルツ共鳴器と音響変成器 |
| 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 | 変換器の形態分類とスピーカの変換原理 |
| 機能や目的による３つの分類を理解すると共に、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、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 |
・中間試験を実施しない。 ・定期試験を実施する。 |