影の場所の明るさ、音の強さ

山があって、太陽が直接見えない場所は、日陰に入っていますが、
ある程度明るいです。
太陽光線が直接当たる場所と、日陰の場所での明るさの違いを計算する方法
を教えてください。参考になる本も教えてください。

太陽ではなくて、
風車が立っていて、それが見えるが所での風車からの音の強さと
山があって風車が見えない場所での風車からの音の強さの違いを計算する方法を教えてください。
参考になる本も教えてください。

No.5 ベストアンサー 回答者： himagene 回答日時： 2022/08/30 15:43

Born and Walfの本は光学の教科書でありMaxwell方程式をさまざまな場合について解いているものです。

結構読み応えがありますので頑張ってみたらよろしいかと思います。回折は一番力が入っていて長いです。理解できれば音については簡単に解けるでしょう。しかし簡単な配置以外では解析的な評価は難しく数値計算が必要になります。
土木関係から遮音壁の解析などの解説や論文がたくさん出ているのでそれらを参考にしてはいかがですか。
例えば、https://www.nikkenren.com/kenchiku/sound/pdf/glo …
http://www.ans-consul.com/wall-kouka.html
https://www.obayashi.co.jp/technology/shoho/019/ …

この回答へのお礼

ありがとうございます。

電磁気学については、
岩波の電磁力学（牟田泰三）などを読んで準備したので、
光学の本も読めると思っています。

有限要素法についても少し読んでいて、
教えていただいた論文の内容が、
それに関係していたので頑張って読む気になれました。

風車騒音の被害を調べるときに、
風車が見える場所の住民のアンケートが、
見えるから気のせいで被害を大きく書いているとの理由で
除外されてしまうことがあります。
風車の見える場所は、風車が見えない場所よりも、
音圧が高いことを、主張できるようになりたいと思っています。

数学とコンピュータの本は昔から読んでいたのですが、
最近、風車からの超低周波音を解析するソフトを書くことになって、
物理や工学の本も読んでいます。
読んでみると、とても面白いです。

これからも、よろしくお願いします。

お礼日時：2022/08/30 17:39

No.4 回答者： puyo3155 回答日時： 2022/08/29 22:18

山の稜線など、遮蔽されたところへ光が届くのは、他の回答にもあるように、

波の性質による
・　回折

稜線のような尖った場所の
・　散乱

そして、直接の光が
・　反射

などが複雑に絡みます。

これが計算で求められればいいのです。

しかし、アンテナのような非常に狭い範囲の単純な形状でさえ、電磁波の、回折、散乱、反射などの振る舞いをマクスウェルの方程式に境界の条件を設定して求めるのは容易ではありません。実際、解析的に答えがもとまることは、ほとんどありません。

どうするかと言えば、物理光学近似といって、

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%A9%E7%90%86 …

のような手法で、コンピュータの積分でシミュレーションして解を得ます。

物理光学的回折理論（Physical Theory of Diffraction）

https://ieeexplore.ieee.org/document/9005083

などが、まさにその手法です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

探してみたら、
Principles of Optics (Max Born and Emil Wolf)
が見つかったので、
diffraction
の所を読んでみます。

風車の騒音は、風車からの距離が等しければ、
風車が見える所の方が、被害が大きくなる。
と考えていますが、
このことを、計測と回折の話を根拠として、
説明できるようにしたいと思っています。

今後とも、よろしくお願いします。
助かりました。

お礼日時：2022/08/30 06:17

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2022/08/28 15:53

No.1 です。

「光」は波長が短いので、直進性が強く、「回り込み」（回折作用）は小さいです。なので、間接光は「反射」「散乱」によるものがほとんどです。

それに対して、「音波」は波長が長いので、「回り込み」（回折作用）も起こりやすいです。従って、音の場合には「反射」「散乱」以外に「回折」による「陰の場所でも聞こえる」現象が起こりやすいです。

光と音とでは、その性質が大きく違うので、専門的な内容としては別な分野になると思います。（「光学」と「音響学」など）

同じ「波の性質」ということなら、高校物理レベルのサイトや本で学べると思います。
たとえば
↓
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/houso …
https://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/kouha/ko …
https://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/kouha/hi …

この回答へのお礼

ありがとうございます。
もう少し専門的な本でも大丈夫です。
お勧めの専門書がありましたら教えてください。

お礼日時：2022/08/28 18:27

No.2 回答者： 人は皆親戚 回答日時： 2022/08/28 13:46

音は、空中に広がるために距離の二乗に逆比例して音力エネルギーが低下するので、音圧は距離に逆比例して低下する特性があります。

風車が見えるが所での音の強さと山があって風車が見えない場所での風車からの音の強さの違いは、低音域では殆ど距離に逆比例して低下するのでだいたい直線距離で計算できるはずです。
1ｍ前で最大可聴音圧120dBあるとしたら、1km離れると1/1000=60dBと1ｍ前の普通会話レベル位になると思います。
高音は指向性などで山陰では減衰が大きいはずです。
http://sirasaka.seesaa.net/article/481965942.html
光でも月夜の0.1ルクスと昼間10万ルクス差のように音も100万倍の大きさを検知できます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
風車からの低周波音を計測しています。
0.8Hzの成分が、0.3パスカル程度の強さで出ているのですが、
山の陰ではどうなるか？
と考えています。
機会があったら山の陰と、風車が見えるところで計測して比べてみます。

お礼日時：2022/08/28 18:33

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2022/08/28 11:46

太陽光は、直接当たるだけではなく（直接光）、他のものに反射したもの（間接光）もある程度の量を受けます。

特に「乱反射」して方向の定まらないものもたくさん受けます。

一番多いのは「大気」中で拡散された間接光でしょう。
昼間、空が青く明るく見るのは、大気中の「ゴミ」や「水蒸気」によって乱反射した間接光があるからです。月面で写した写真を見たことがあると思いますが、月にはほとんど大気がないので、昼間でも空は真っ暗に見えます。

その他、地面や海面、地上のもの（建物、木など）からの間接光もあります。

夜、部屋の中で照明を点けると、部屋全体がそれなりに明るくなるのは、床や天井、壁からの間接光があるからです。
そうでなければ、照明に向いた面だけが明るく、影の部分は真っ暗に見えます。広い場所で、サーチライトで局所的に照らしたときのことを想像してください。

「間接光」がどれだけの割合で存在するか、そこにどんな方向からどれだけ入射して来るかは、状況によって千差万別です。
なので「太陽光線が直接当たる場所と、日陰の場所での明るさの違いを求める」には「直接光、間接光の照射源とその綱領をすべて特定する」必要があります。
「計算」で自動的に求まるようなものではなく、「光源・方向を実測して値を求める」ようなことをしなければならないでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
目安のような数値でもいいので、
単純化した計算方法があればと考えています。

お礼日時：2022/08/28 18:35