音響学会秋の大会に参加『富岡製糸場 西置繭所保存修理工事 ガラスホールの音響特性』

2020年秋季研究発表会が9月9日（水）から11日（金）にありました。

当初は東北工業大学八木山キャンパスで行われる予定でしたが、新型コロナのために初めてオンラインで開催されることになりました。

講演申し込み6月12日、原稿提出は7月14日でしたが、それから間もなく音響学会からオンライン（Zoom）開催の詳細が届きました。

私の発表は、初日の建築音響部門の最初の発表で少し進行が手間取りました。発表が始まる時間に待機していましたが、開始の指示がなく、こちらから確認をして1～2分遅れてスタートすることになり少し慌てました。多少早口で話したのですが、時間を調整してくれていたようで持ち時間12分間のうち2分残して終了しましたが、無事に発表を終えることができました。オンラインだと顔を見て始められないために、なかなか難しいところもありました。

聴衆は100名ほどと、多くの方に見ていただくことができました。ただ画面の並んでいる参加者のお名前を見ると、知らないお名前も多く（顔を見れば知っている人もいらっしゃるかもしれませんが）、反応もわからないのは不安なところでもあります。

発表のタイトルは『富岡製糸場　西置繭所保存修理工事　ガラスホールの音響特性』でした。

富岡製糸場は、明治5年(1872年)に明治政府が日本の近代化のために設立した模範器械製糸場で、敷地内には多数の歴史的建造物があり、国宝も3棟含まれます。建造物の多くは老朽化が進み保存修理と耐震補強が必要となりました。

国宝の1棟、西置繭所の保存整備工事を行うにあたり、施設を有効に保存活用するために、建物内部に耐震補強の鉄骨フレームを組み、建物内部を見学できるガラス張りのホールが誕生しました。

その音響設計の部分を弊社で担当いたしました。

耐震補強のために鉄骨の柱を内部に建てて、建物を耐震補強するのですが、その細い柱を捕捉するために、その柱に張ったガラスも耐震要素として設計されています。

そのガラスで囲まれた空間が建物内部を見学できる博物館のような空間で、内部では講演や演劇・コンサートもできる空間になっています。

また内部を空調しても歴史的建造物の建物内部を空調の空気で傷めないようにもなっています。

一般的に考えるとガラス張りのホールは、お風呂のように残響が響いてしまうのではと思われがちですが、幸い天井が低いため、人が吸音材となると残響的にはちょうどよい空間になりました。

音響設計側で検討したことは、一部の壁に吸音材を張るなどではなく、いかに拡散できる壁を作るかということでした。詳細は発表資料を下に掲載いたします。

発表後の質疑の際にはまず座長から質問があり、なぜ残響時間の分析を一般的に行っているT-30で行わなかったのですかというものでした。

測定当日は雨が降っており、隙間からノイズがあったためと答えたのですが、さらに付け加えるならば63Hzまで分析しているためT-20で分析する必要があったと答えればよかったと思っています。

もう一つは、文化財の工事で何か苦労したことはないかというものでした。正確には音響設計は与えられた条件を大きく変更するものではなかったので、意匠や構造の担当者の苦労とは大きく違いがありましたが、ガラスを覆い隠すカーテンなどで調整することはしないということが最初のテーマでした。

音響学会の発表は終了しましたが、まだコロナの影響でなかなかこのガラスホールで演奏会も開けていないのではと思います。私は音響測定の際に篠笛を吹いてみましたが、気持ちよく響いていました。また音声も聞きやすい状態で聞こえました。よく響き、よく聞こえる珍しいいホールと感じています。

以下は発表時パワーポイントです。

Restoration of the acoustic characteristics of Tsurukawa Playhouse in Kawagoe: (I) Application of 3D laser scan data to acoustic simulation

以下、今年の9月の建築学会大会にて発表予定の論文を英語で説明したものです。

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AIJ 2017 Title

RESTORATION OF THE ACOUSTIC CHARACTERISTICS OF TSURUKAWA PLAYHOUSE IN KAWAGOE: (I) APPLICATION OF 3D LASER SCAN DATA TO ACOUSTIC SIMULATION

Authors:
Antonio Sanchez-Parejo　 (YAB Corporation)
Yu Morishita　( Institute of Industrial Science, The University of Tokyo )
Mitsuru Yabushita　(YAB Corporation)
Clemens Büttner　(Audio Communication Group, Institute of Technology Berlin)

Tsurukawa playhouse is located in Kawagoe city in the central Kanto region of Japan. The wooden building built in 1907 is presumed to be the only playhouse remaining in the metropolitan area. The wooden wheels embedded in the circular stage still remain, as well as the brick passage under the “hanamichi” (the walkway that extends from the stage to the audience seats) that connects the “naraku” (area under the stage) with the “toyaguchi” (the entrance connected at the back of the audience seats, used for actors). During Taisho era, the playhouse was used to entertain with the screening of photographs after World War I and later, and until 2000, it became a movie theatre.

The necessity of its restoration and reuse, has provided us with the opportunity to apply for the first time measuring methods with 3D laser scanning for the study of the acoustic characteristics of a historical space such as this one.

Exterior view of Tsurukawa playhouse in Taisho era

3D laser scanner 

The purpose of 3D laser scanning is to create point clouds (three dimensional positions) of geometric spaces. For most situations, a single scan will not produce a complete model of the building. For Tsurukawa playhouse multiple scans, as shown in the picture below, were required to obtain information about all surfaces of the building.

3D laser scan and acoustic measurement position

3D point cloud data 

 Although different software for the conversion of point cloud into 3D CAD can be used, the big size of scan files (13.6 GB in case of Tsurukawa playhouse) and the lack of precision that requires manual fixes, made most of this software very inefficient. In our case, the use of section slices from 3D scan data was selected, a simpler and less time-consuming method for the acquisition of geometry for the room acoustic simulation. This method allowed an exact representation of the historical room which allowed capturing the damaged ceiling of Tsurukawa playhouse, helping to improve the effectivity and performance of the acoustic restoration. Moreover, the damaged ceiling of Tsurugawaza was captured by the 3D scan, helping to increase the effectivity of the acoustic restoration.

3D scan point cloud sections of Tsurukawa playhouse

AutoCAD geometry from section slices

Geometry imported in CATT Acoustic software for acoustic simulation.

Results obtained from acoustic simulations were compared with current acoustic characteristics. Both impulse response of measurements and CATT Acoustic simulation results had similar waveforms. Showing similar shape, RASTI values between 0.53 to 0.60 (Fair) obtained in CATT simulation were lower than the ones obtained in actual measurements ranging from 0.58 to 0.70 (Fair /Good), background noise settings on the simulation could have affected the achievement of the values for the simulation. The room behaved as a non-mixing geometry/shape in the simulation (standing waves due to parallel walls reflection), so the reverberation time became a bit longer for CATT simulation (1.54s) than Eyring (CATT simulation) and actual measurements results, in both cases, was 0.9s.

Impulse responses. Actual measurement, CATT-Acoustic simulation

RASTI

Time Trace video simulation

Special thanks to Kawagoe Kura No Kai and Wooden Playhouses Study Group. 

測定に際し、川越蔵の会および木造劇場研究会の皆様にご協力をいただきました。記して感謝いたします。

Speech at the Spring Meeting of the Acoustical Society of Japan (ASJ 2016)

Title:
REAL-SCALE EXPERIMENTS ON DOUBLE FLOOR SYSTEM WITH HELMHOLTZ RESONATORS MADE OF LIGHT STEEL SQUARE PIPES
Measurement results of floor impact sound

(軽鉄角パイプを利用したヘルムホルツ共鳴器を有する遮音二重床の実大実験)

This year, one more time, I had the opportunity to give a speech in the annual meeting of the Acoustical Society of Japan (ASJ 2016) which was held on 9th,10th and 11th March. This time, as a matter of chance, the conference was hosted in the Toin university of Yokohama, located in the beautiful neighbourhood of Aoba-ku, place where I live.

My speech was about the further development and improvement of the new type of high-performance double floor with Helmholtz resonators. This work was conducted together with Mr. Mitsuru Yabushita from YAB Corporation, Syunpei Hirose and Yosuke Yasuda from Kanagawa University, and Rie Tojo from Urban Renaissance Agency (UR).

The fact that a considerable number of apartment buildings constructed during the 60’s and 70’s seek to be reused, creates the need of renovation and modernization that conforms more closely to current acoustic standards. In most of cases an increase of the slab thickness is not the best solution due to an excess of weight, so that high-performance solutions for double floor are required. Four years ago, a new type of high-performance double floor based in the theory of Helmholtz resonators was invented. After testing different materials for the design of the resonators, (chipboard, cardboard, polyethylene, and plasterboard). From last year, and having as a primary objective a reduction of construction cost, light steel square bars with PVC pipes that worked as Helmholtz resonators have been used. Good results were obtained in samples with in vertical disposition of square bars due to the correct performance of Helmholtz resonators, however with the horizontal disposition of square bars, the results weren’t as good as expected due to the lack of rigidity in the lower surface. For this reason, in present work, square bars were joined underneath with particle board ensuring the lower surface rigidity. Previous PVC pipes used as resonators have been replaced holes drilled easily in the particle board.

Double floor with Helmholtz resonators: a) Longitudinal section,

b) Transverse section. Distances in mm

A total of four kind of double floors were made based in theoretical and unit experimental models of Helmholtz resonators *anti-resonances in 63 Hz and 125 Hz). Diameter, volume and pitches between the holes was different for each sample. For a fifth sample, Helmholtz resonators were covered in order to compare with the other samples and validate its effectiveness.

Double floor with Helmholtz resonators: full-scale samples consisted in 6 units (6 square bars per unit). Distances in mm

Promising results for impact sound insulation were obtained. Even if the flooring was hard type, results of the reduction of floor impact sound (ΔL) in Rubber Ball tests (simulates a child running) was 10. ΔL was 9 In Tire Machine tests (simulates a child jumping). For Tapping Machine tests (simulate the steps of an adult) however, the spectrum generated by the impact is lower in low frequencies, so the level of reduction was lower. 

Rubber ball

Tire machine

Tapping machine

Some adjustments can be considered to obtain better results in Tapping Machine test (e.g. adjustment of the Helmholtz resonators resonance, replacing hardwood flooring with softwood flooring).

L-number (Ln), L-value (Lr) and (ΔL)

Floor impact sound insulation performance.

Reduction of floor impact sound pressure level (ΔL).

Reduction of floor impact sound pressure level with Sample 5 (no Helmholtz resonators) as a reference.

I am very grateful to Mitsuru Yabushita and Akiko Yabushita for their guidance and support. 

Antonio 

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Este año, una vez más, he tenido la gran oportunidad de presentar como ponente en la conferencia anual de la Sociedad Japonesa de Acústica (ASJ 2016) celebrada los pasados días 9, 10 y 11 de Marzo. En esta ocasión, y fruto de la casualidad, la conferencia se ha celebrado en el bonito barrio en el que vivo, Aoba-ku, concretamente en la Universidad Tōin de Yokohama.

Mi ponencia trató sobre la continuación del avance y mejora del desarrollo de un nuevo tipo de suelo flotante de alto rendimiento basado en resonadores de Helmholtz. Un trabajo conjunto con mi jefe Mr. Mitsuru Yabushita (YAB Corporation), Syunpei Hirose y Yosuke Yasuda de la Universidad de Kanagawa, y Rie Tojo de la empresa UR (Urban Renaissance Agency).

El hecho de que un gran número de edificios que fueron construidos durante los 60 y 70 en Japón necesitan ser reusados, hace necesaria una renovación y modernización que vaya más acorde con a la normativa acústica actual. En la mayoría de los casos el aumento de la losa no es la mejor solución, debido al exceso de peso que esto supone. Por esta razón, se necesita del desarrollo de nuevos sistemas de suelo flotante que garanticen un alto rendimiento en el aislamiento acústico a ruido de impactos. Desde hace cuatro años trabajamos en el desarrollo de un nuevo sistema de suelo flotante basado en la teoría de los resonadores de Helmholtz. Después de probar con distintos materiales para el diseño de los resonadores, (aglomerados, cartón, polietileno y yeso laminado), a partir de ahora y basados en modelos teóricos y experimentales, hemos utilizado estructuras en forma de barras de acero ligeras con tubos de PVC que funcionan como resonadores de Helmholtz. Para el suelo con las barras dispuestas de manera vertical, se obtuvieron muy buenos resultados, sin embargo, con la disposición horizontal de las barras, la falta de rigidez en la cara inferior de éstas, hizo que los resultados obtenidos no fueran los esperados. Por ello, en esta nueva y definitiva versión, se le ha añadido tableros de aglomerado en la cara inferior, y se han sustituido los tubos de PVC por una sencilla apertura de orificios circulares con broca en el aglomerado que funcionan como resonadores.

Basados en cálculos teóricos de resonadores de Helmholtz con anti-resonancias en 63 Hz y 125 Hz, se diseñaron un total cuatro tipos de doble suelo con variación de diámetros, distancias y volumen de resonadores. En un quinto tipo de suelo se taparon los orificios para comparar y validar la efectividad de los resonadores de Helmholtz. Los resultados obtenidos muestran valores muy altos de reducción del ruido (ΔL) en ensayos a ruido de impacto con la bola de caucho (simula a un niño corriendo) ΔL=10 y la máquina neumática (simula a un niño saltando) ΔL=9. Para la máquina de impactos (simula los pasos de un adulto) sin embargo, debido a que el espectro generado por el impacto es menor en las bajas frecuencias, la reducción de ruido en este caso fue menor. Ajustes en el diseño de los resonadores de Helmholtz o un cambio del acabado en madera maciza por uno de suelo de madera blando mejorarían estos resultados.

Le agradezco mucho a Mitsuru Yabushita y Akiko Yabushita, por su apoyo, consejos y confianza en mí.

Antonio