２種類の無響室 ー 音のための無響室と電波のための無響室

音波か電磁波かで異なる無響室

製品開発や研究の現場で使われる「無響室」という言葉。直訳すれば響きのない部屋ですが、工学分野によって全く異なる二つの設備を指します。
一つは、スマートフォンや車載通信機器のEMC試験に使われる電波の無響室（電波暗室）。もう一つが、スピーカーやマイク、自動車、家電製品などの音響評価に使われる音の無響室（音響無響室）です。
周囲の壁からの反射を消し、無限の広がりを持つ自由空間を再現する目的は共通しています。しかし扱う波の性質が違うため、壁面の吸収構造も評価手法も全く重なりません。
建築や機械のエンジニア、音響ファンに向けて、二つの物理的なアプローチの違い、そして音響無響室の構造と最新の評価手法を紐解きます。

「音」と「電波」の無響室

同じ無響室という名称でも、減衰させる対象が空気の圧力波か空間を伝わる電磁波かによって、物理の働きは根本から変わります。

音響無響室は、空気粒子が吸音材の微細な隙間を通る際の粘性摩擦で、音エネルギーを熱に変えます。対する電波暗室は、入射した電磁波が材料内の分子運動やフェライトの磁気運動を引き起こすことでエネルギーを減衰させます。

音響無響室の構造：なぜ「楔（くさび）」型なのか？

音響無響室に入ると、壁や天井一面を覆う突き出た吸音楔（くさび）が目を引きます。なぜ平らではなく尖った形状をしているのでしょうか。

吸音楔が果たす役割

平坦な吸音材で壁面を覆うと、波の面に対して垂直な面で反射が起き、音の一部が空間内に戻されてしまいます。
尖った楔の頂点から音波が入ると、断面が三角形であることを考えると、音の伝搬中接触する吸音材の面積が徐々に大きくなります。この「徐々に」というのがポイントで、これにより音波は反射されにくくなり、手前へ戻る反射音はなくなっていきます。 吸音楔の中で音波は熱エネルギーに変換されるのですが、「徐々に」、つまり進行を妨げない形で音波が進む構造になっていて、音波の減衰性能に優れるだけでなく反射を起こしにくい構造になっているのです。
吸音できる最低周波数（カットオフ周波数）は楔の奥行きで決まります。より低い音まで反射を抑え込むには、それだけ長く深い楔を揃えなければなりません。

完全無響室と半無響室の使い分け

音響無響室は床面の構造で二つに分かれます。

• 完全無響室 床を含めた全6面を吸音材で埋め尽くした空間です。人は床に張られたワイヤーメッシュや格子の上を歩きます。どの方向にも音が一切反射しない完全な自由音場を再現できるため、マイクやスピーカーの指向性測定、音響機器の精度校正に使われます。

• 半無響室 壁と天井の5面は吸音構造ですが、床面だけはコンクリートなどの反射面になっています。 現在、自動車や家電、OA機器のメーカーが導入する部屋の多くはこちらです。自動車や洗濯機、冷蔵庫は本来床や地面の上に置くもの。床からの反射を含めた現実の使用環境（半自由音場）に合わせて評価を行う必要があります。

最新トピック：EVの騒音と音響カメラが変える音響評価

製造業の半無響室では、評価のあり方が大きく変わりつつあります。

パワートレインの電動化に伴う自動車の高周波ノイズ解析

特にエンジンという大きな音源が消え去ったBEVでは、それまで覆い隠されていた音が表面化します。インバーターが発する数kHz帯の甲高いスイッチング音や、モーターの電磁力に由来する微細な振動音です。
こうした高周波ノイズを取り逃さないため、暗騒音を極限まで削ぎ落とした半無響室に駆動シミュレーター（シャシダイナモメーター）を置き、走行状態を再現しながら周波数成分を解析・調整する開発手順が一般的になっています。

音響カメラによる音の可視化

従来の測定は、マイクを1本ずつ移動させながら音圧レベルを確かめる地道な作業でした。
現在は、多数のマイクロホンを並べた音響カメラを半無響室へ持ち込む手法が広がっています。部屋の静けさを活かして機器を動かすと、モーター内のどのベアリングが鳴っているのか、ドアのパッキンのどこから風切り音が侵入しているのかが画面上にカラーマップで映し出されます。音の発生源が一目で特定できるため、開発期間の大幅な短縮につながっています。

無響室＝自由音場を作り出す重要設備

音と電波。扱う現象は違っても、外の雑音を遮断し、対象が発する素の波データを取り出すという無響室の考え方は共通しています。
壁面の構造で人工的な自由音場を現出させる音響無響室は、EVの静粛性追求から空間音響デバイスの開発まで、ものづくりの精度を裏から支える重要な設備であり続けています。

日本音響エンジニアリングの関連ソリューション

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参考ウェブサイト