音響解析ソフトの最適な選び方を徹底解説！おすすめの製品も紹介

選び方に入る前に、音響解析ソフトが何を担うツールなのかを押さえます。ここが曖昧なままだと、必要のない手法やモジュールに費用を払うことになりかねません。3点に絞って確認しましょう。

音響解析ソフトが担う業務

音響解析ソフトは、機械や製品から出る音を計算で予測するツールです。モーターやポンプの放射音、車室内やキャビンの音場、振動が音へ変わる経路などが主な対象になります。

試作機を作って騒音計で測る前に、設計データの段階で音の大きさや周波数の傾向をつかめます。規制や顧客要求への適合を前倒しで確認でき、試作のやり直しを減らせる点が導入の狙いです。対象は自動車のNVHや航空機のキャビン騒音、医療用の超音波機器まで広がります。

実測・試作との使い分け

音響解析は実測を置き換えるものではなく、実測と組み合わせて使います。支配的な音源がどこにあるかは、まず騒音計や加速度計の測定で見当をつける必要があります。

解析が効くのは、測定で分かった問題に対して対策案を比べる場面です。パネルの板厚や遮音材の配置を変えたときの効果を、試作せずに評価できます。材料の減衰特性のように、実測から同定すべき入力がある点も押さえておきましょう。

選定でつまずきやすい理由

音響解析ソフトは、カタログを並べても差が読み取りにくい分野です。どの製品もFEMやBEMといった手法名を掲げており、機能一覧の見た目が似通っているためです。

実際に差が出るのは、自社が扱う周波数帯で手法が成立するかという点になります。既存のCAE資産をそのまま渡せるかという運用面も、判断を分ける要素になります。どちらもカタログには載りにくい部分といえるでしょう。だからこそ、製品を見る前に軸を決める順序が要ります。

編集部コメント：製品を先に見ると、機能の多さで判断してしまいがちです。自社の騒音がどの周波数帯で起きているかを、先に測ってみてください。それだけで、検討すべき手法の見当がつきます。

音響解析ソフトは、扱う周波数帯と解析手法の組み合わせで大きく4つに分かれます。この分類を押さえておくと、候補を比較しやすくなります。まず全体像をつかみましょう。

• FEM/BEM型
• SEA型
• FE-SEAハイブリッド型
• 汎用マルチフィジックス型

FEM/BEM型

有限要素法や境界要素法で、音の波を直接解く方式です。モードが疎な低周波から中周波の領域に向き、放射音や音場の分布を細かく求められます。

形状や境界条件をそのまま反映できるため、対策案の効果を定量的に比べやすい点が強みです。ただし扱う周波数が上がるほど波長が短くなり、必要なメッシュが細かくなります。高周波まで押し切ろうとすると、計算時間とメモリが現実的な範囲を超えます。

SEA型

統計的エネルギー解析と呼ばれ、構造や空間をサブシステムに分けてエネルギーの流れで音を捉えます。モードが密になる高周波の領域に向く手法です。

車体や機体のように部材が多い対象でも、伝達経路を周波数帯ごとに分解して評価できます。航空機のキャビン騒音や、車体まわりの遮音検討で使われてきた手法です。一方で、サブシステムの分け方が結果を左右する点に注意が要ります。部材が少ない単純な構造では、統計的な前提そのものが成り立ちにくくなります。

FE-SEAハイブリッド型

低周波を有限要素法で、高周波を統計的エネルギー解析で解き、両者をつなぐ方式です。中間の周波数帯を一つのモデルで扱えます。

車室内やキャビンの騒音のように、低周波と高周波が混在する対象に向きます。手法を切り替える境目はモデルのモード密度で決まり、絶対的な周波数の数値で決まるわけではありません。境目付近を多く扱うなら、ハイブリッドの有無を選定段階で確かめてください。

汎用マルチフィジックス型

音響を、構造・流体・熱・電磁といった他の物理と同じ環境で解くタイプです。圧電素子や超音波デバイス、MEMSのように複数の現象が絡む対象に向きます。

一つの環境で連成を組めるため、データの受け渡しでつまずく場面が減ります。圧電や熱音響のように、音響だけでは再現できない現象も扱えるのが利点です。ただし車両一台分のような大規模な放射音では、音響専用の方式に精度や速度で譲る場合があります。必要なモジュールの構成によって費用が変わる点にも注意が必要です。

同じ音響解析ソフトでも、何を解きたいかで優先すべき軸が変わります。製造業でよくある3つの目的を取り上げました。自社に近いものから読んでください。

機械や部品から出る音を予測したい

放射音を求める方式を軸に選びます。モーターやポンプ、筐体パネルから出る音は、形状と振動から直接計算する必要があるためです。同じ騒音でも、主因が筐体の振動放射かファンの流体音かで結論が変わります。

この場合はFEM/BEM型が中心の候補になります。ファンや送風の風切り音が主因なら、空力音響への対応も確認してください。流体解析の結果を受け取り、音を求めるワークフローが要るためです。先に実測で支配的な音源を切り分けておけば、どちらの機能を重視すべきか判断できます。

車室内やキャビンの騒音を下げたい

低周波と高周波の両方を扱える構成を選びます。乗員の耳元に届く音は、広い周波数帯の成分が重なって決まるためです。

FE-SEAハイブリッド型か、FEM/BEM型とSEA型を併用する構成が候補になります。構造解析の振動結果をそのまま引き継げるかも、重要な条件のひとつです。設計変更のたびにメッシュを作り直す構成では、評価が設計サイクルに間に合いません。

音響と他の物理現象をまとめて評価したい

汎用マルチフィジックス型から検討します。超音波デバイスや圧電素子、医療機器では、音響だけを切り出しても現象を再現できないためです。圧電素子では電気と構造と音が同時に効き、切り離すと挙動が変わります。

必要な物理をモジュールで足していく構成が一般的です。そのため、最初にどの物理まで扱うかを決めておかないと費用が読みにくくなります。将来扱う対象まで含めて範囲を仮置きし、見積もりを取ってから判断すると安心です。

誰が使うかによっても、ソフトに求める操作性や連携の条件は異なります。音響解析に関わる3つの部門で整理しました。複数部門で共有する場合は、条件の厳しいほうに合わせます。

設計部門

設計変更のたびに評価を回すため、前処理の速さが作業効率を左右します。形状が変わるたびにメッシュや荷重を作り直していては、設計サイクルに追いつかないためです。

まずは、使用中のCADや構造解析ソルバーとの連携を確かめましょう。形状データをそのまま読めるか、振動結果を再モデル化なしに受け取れるかが判断材料になります。操作の習得が短期間で済むかも、あわせて見ておきたい条件です。

解析・CAE専任部門

この部門では、手法の幅と計算規模への対応を重視します。持ち込まれる問題の種類が読めず、対象も周波数帯もその都度変わるためです。

複数の手法を一つの環境で切り替えられるか、並列計算やクラウドでの実行に対応するかを確認します。ライセンスがコア数で課金される場合、計算を速くするほど費用が増える点にも注意が要ります。代表的なモデルで並列の効きを試しておきましょう。対象が広がる見込みがあるなら、低周波から高周波までを一つの環境で扱える構成が有利です。

実験・計測部門

実測データとの突き合わせのしやすさを見ます。この部門の役割は、解析結果が現実と合っているかを検証する点にあるためです。

測定した周波数応答や音圧レベルを取り込んで比べられるかを確認します。伝達経路の寄与を周波数帯ごとに分解して示せるかも、見ておきたい点です。材料の減衰特性を実測から同定して入力できる仕組みがあると、精度の作り込みが進みます。解析側と測定側で条件を揃えられるかも、早めに確かめておきましょう。

企業規模そのものより、規模から来る制約が判断を分けます。専任担当の有無、計算機の環境、稟議の通し方という3点で、選ぶ製品が変わります。自社の体制に近いところを見てください。

中小企業

音響・振動の専任者がいない前提で選びます。設計者が本業と兼ねて解析を回すことになるためです。

扱う対象を一つに絞り、立ち上がりの速い構成を優先するとよいでしょう。日本語での技術問い合わせやトレーニングの有無も、定着を左右する条件になります。すべてを内製せず、難しい案件はベンダーの受託解析へ回す分担も現実的です。ライセンス本数が少ないぶん、数年分の総額も読みやすくなります。

中堅企業

内製の範囲をどこまで広げるかが論点になります。解析の担当者は置けるものの、専任の体制までは組みにくい規模だからです。

まずは代表的な問題を自社で回せる構成から入り、対象が広がる段階でモジュールを足す進め方が向きます。計算機は社内サーバーとクラウドの併用も検討材料になります。部門をまたいで使うなら、ライセンスを融通できる形態かどうかも確認しておきたい点です。

大企業

既存のCAE基盤との整合と、拠点間での使い回しが判断を左右します。解析環境やデータの蓄積が大きく、乗り換えの影響範囲も広くなるためです。

すでに特定ベンダーのCAE環境で固めているなら、同じ系統の音響ツールが有力になります。複数ベンダーが混在するなら、接続できるソルバーの広さを優先してください。稟議では単価より、数年分の総額と移行にかかる工数が問われます。

目的・部門・規模で方向が見えたら、具体的な条件に落とし込みます。ここからは順番が大切です。上から順に確認すると、手戻りが減ります。

• 解析対象と周波数帯を見積もる
• 必要な連成の範囲を切り分ける
• 既存のCAD・CAEとの連携を確かめる
• 計算規模とHPCの条件を確認する
• 習得性とサポート体制を確認する

解析対象と周波数帯を見積もる

最初に決めるのは、どの音を解くかです。放射音、伝達経路、車室内音場、NVH全体のどれが中心かで、必要な手法が変わります。

あわせて対象となる周波数帯を、実測やラフな計算で見積もってください。低周波はFEM/BEM、高周波はSEA、中間はハイブリッドという対応になります。ここまで整理できれば、自社の周波数帯で手法が成立しない製品を比較対象から外せるでしょう。ここを飛ばして価格や知名度で決めると、後から手法ごと乗り換える羽目になります。

必要な連成の範囲を切り分ける

次に、構造や流体との連成が要るかを判断します。振動する構造から音が出ているのか、流れそのものが音を生んでいるのかで、必要な機能が変わるためです。

実測とヒアリングで支配的な音源を切り分けてから、連成機能の要否を決めてください。連成は計算規模とデータ受け渡しの手間を増やします。剛体の仮定や単純化で足りる問題なら、そこまで踏み込まない判断も選択肢になります。

既存のCAD・CAEとの連携を確かめる

使用中のCADと構造・流体ソルバーのデータを、そのまま渡せるかを確認します。音響解析は単独で完結せず、形状・振動・流れ場を入力として使うためです。

見るのは、CADのネイティブ形式を読めるか、解析結果のファイルを直接取り込めるかの2点です。加えて、形状が変わったときにメッシュや荷重を作り直さずに済むかも確かめてください。ここが弱いと、本来の解析より前処理に時間を取られます。

計算規模とHPCの条件を確認する

代表的なモデルが、設計サイクルの中で解き終わるかを確かめます。扱う最高周波数が上がるほどメッシュが細かくなり、計算時間とメモリが増えるためです。

並列計算や分散計算、クラウドでの実行に対応するかも重要な確認点です。あわせて、コアを増やしたときに実際どれだけ速くなるかを、試用の段階で測っておきます。ライセンスがコア数で課金される場合は、費用にも直結する条件になります。

習得性とサポート体制を確認する

最後に、担当者が使い続けられるかを見ます。音響解析は手法の理解と操作の習熟が両方必要で、使われなければ投資が遊休化するためです。

日本語での技術問い合わせ、トレーニング、受託解析の受け皿があるかを確認してください。費用は、必要なモジュールと保守、教育まで含めた数年分の総額で比較するとよいでしょう。試用では、担当者が指導のもとで一連の解析を回せるかを確かめましょう。

製品データとして数値化できる4項目を、製造業適合性スコアで横並びにしました。工程管理・品質管理・現場操作性・中小適合の4つを5段階で評価しています。並びは中小適合の高い順です。下へ向かうほど、想定する企業規模と導入の重さが上がります。

製品ごとの詳しい比較は音響解析ソフトの比較記事で扱っています。ほかの製品も含む一覧は、音響解析ソフトのカテゴリページをご覧ください。

導入でつまずく組織には共通したパターンがあります。事前に知っておけば、稟議の段階で対策を示せるはずです。よくある4つを回避策とあわせて挙げます。

手法が対象に合っていない

対象の周波数帯を見積もらないまま、知名度や既存のFEM環境を理由に製品を決めるケースが見られます。高周波ではメッシュが爆発的に増え、計算が現実的な時間で終わりません。解が出ても、実測と傾向が合わないことがあります。

回避策：選定の最初に、対象周波数帯を実測やラフ計算で見積もってください。低周波はFEM/BEM、高周波はSEA、中間はハイブリッドという対応から製品を逆算します。この順序を崩すと、手法ごと乗り換える事態になりかねません。

連成を軽く見て音源を取り違える

実務で扱う騒音の多くは、構造の振動が音になるか、流れが音を生むかのどちらかです。この連成を単純化しすぎると、音源そのものを取り違える原因になります。対策が的外れになり、実測と解析が合いません。

回避策：解こうとしている騒音が構造由来か流体由来かを、早い段階で切り分けてください。必要な連成機能は、試用で自社の代表問題を通して確かめます。単純化してよい範囲も、実測との突き合わせで決めましょう。カタログの対応表だけでは判断できません。

既存のCAE環境との連携を確認しない

よくあるのが、音響ツールだけを導入し、既存のCADやソルバーとの受け渡しを確かめない進め方です。解析のたびにメッシュや荷重を作り直すことになります。

回避策：使用中のCAE環境とのデータ受け渡しを、選定段階で確認してください。形状が変わったときに再作成が要らないかも、試用で検証します。3〜5年後に標準としたい基盤まで見ておくと、後悔が減ります。

習得とサポートの計画がない

社内に音響・振動の素養があるかを見落とすと、高機能な製品を導入しても使いこなせません。ライセンスが遊休化し、投資に見合う効果が出ません。

回避策：トレーニングと日本語サポートを、導入計画と稟議に最初から組み込んでください。内製と受託解析の役割分担も決めておきます。立ち上げ期は支援を受けながら、徐々に内製の比率を上げる進め方が現実的です。

音響解析ソフトの選定は、解析対象と周波数帯の見極めから始まります。この2点によって、適した解析手法が変わるためです。種類はFEM/BEM型、SEA型、ハイブリッド型、汎用マルチフィジックス型の4つに分かれます。

方向が定まったら、5つの条件を順に確認しましょう。対象と周波数帯、連成の範囲、CAD・CAEとの連携、計算規模、習得性とサポートの5点です。よくある失敗は、手法の不一致・連成の軽視・連携の未確認・定着不足の4つでした。いずれも選定軸のどれかを後回しにした結果といえます。

製品ごとの比較は音響解析ソフトの比較記事、用語の意味は音響解析の解説記事で扱っています。