タヌキがゆく(狸穴総合研究所)

リスニングルーム設計の落とし穴!...長型ルームで起こる、定在波と釣鐘現象とは?

「防音や防振」に目を向ける以前に「方形ルーム」にスピーカーシステムを設置して真正面でリスニングすると、"釣鐘現象"で「サウンドキャンセリング効果」が生じて「ボリューム」を上げすぎて近所迷惑(騒音公害問題!)が生じやすくなります!

一般家庭の方形ルームで発生しやすい定在波と「釣鐘効果」について

「壁面反射音」の位相は進行方向に向かって変化しない!

「壁面反射音」の位相は進行方向に向かって変化しない!(※1)という物理原則が「定在波の要因」になるわけですが、...という事は、SP前面から発せられた音波とは位相が90°ずれているわけで「互いに打ち消しあい」定在波と同じような現象「釣鐘効果」も生じるわけです!

参※1)当サイト関連記事 音響インピーダンスと反射波の位相 はこちら。

壁で囲まれた「閉ざされた空間」では壁面の音圧は"0"

管楽器のようにう「両端が解放されたパイプ」では定在波(共振波)は両端で最大振幅となりますが、定在波が発生するような「閉ざされた空間」の壁面では「全周波数帯域で音圧"0"ミステリースポット」(※2)となります!(iPhoneのマイクなどを壁面に近づけていけば簡単に実験できます、また耳を直接壁面に近づけても確認できます)

つまり中央部分と両壁面が"0クロス"する波長がその「部屋の定在波」になるわけです!

また最大音圧は壁面から1/4幅の位置で現れます。

参※2)当サイト関連記事 定在波で起こる音響障害『ミステリーゾーン』はこちら。

意外と多いSP対抗壁面との「釣鐘現象」による楽音消失について

別項でも触れましたが、意外と多いのがSPシステムの発する音と対抗する壁面からの反射音が打ち消しあう「釣鐘現象」による「同相音キャンセリング効果」があげられます!

同相音キャンセリング現象"釣鐘効果! とは

よく知られている例としては「釣鐘の中」では音が消失する!釣鐘効果があげられます!

これは、釣鐘が「呼吸をするように」中心に向かって内壁面から「同相の音波」が生じるためです。

釣鐘の内面から中心に向かって進む音波は伝播する方向には全く同相ですが、伝播する方向が180°逆なので逆相の関係となり「互いに打ち消します!」

これとと同じ現象で、方形の部屋の一辺に対抗面と完全並行するようにSPを設置すると、前途した対抗壁面からの音とは「逆相」の関係になって「お互いに打ち消し合って」しまいます!

つまりSPと「完全並行した対抗壁面」の間にいると音がキャンセリングされるわけです。

そこでSP正面と並行する対抗壁面を結ぶエリアから離れると「思っていたより大音響!」が鳴っていることになるわけです!

(コンサートホールの最後部、背後壁面を背にした「大向う席」に座った場合も同じです!)

リンオーディオの超高級スピーカーシステムのバッフル面が傾いているわけは...

高級スピーカーシステムで有名なリンオーディオのプレミアムスピーカーシステムが「ピラミッド型」のエンクロージャーを採用して「バッフル面が」上反しているのはこのためです!

そういう観点からはSPバッフル面を「壁面と完全並行」させてはいけません!

これについてはヤマハさんのサブウーファーのマニュアルにあるように、「対抗する壁面を避けて側壁面に向けて45°そっぽを向かせて」設置するのも"手"ではありますが...。

※YouTuberのスピーカー評価コンテンツを見ても、この点に触れて(気付いている)人は皆無で、「ほとんどの人」が間違ったセッティング法を自慢そうに"うそぶいて!いる"ようです。

定在波に対する対策

スピーカーは長辺側の壁面に

通常、人の耳は頭側に配置されていて、外耳も両側に解放されています、つまり、背面より側面の反響の影響を受けやすくなっています!、そこで「小ホール」のように短辺にSPを配置するとSPからの直接音よりも両側壁からの初期反射音の影響を強く受けることとなり、定位が悪くなり「音像がぼやけて」しまいやすくなります、

おまけに左右の壁面反射の影響で「手の付けられない音響」となってしまう可能性もあります?

但し1辺が2間(約3.6m)以下ならば対策は立てやすい

短辺が3.6m以下ならば、1波長の基本定在波は96.8Hzとなりそれ以下では発生しないので、その半波長に当たる1.8mx0.9mの合板いわゆる3・6板X2枚以上をスラント設置すれば定在波(※3)は抑止できます!

3坪以下(2.7x3.6m以下)の部屋では

3坪以下(2.7x3.6m以下)の部屋では129Hz/2.7mと96.8Hz/3.6mの定在波が発生しますが、

長辺側にスピーカーをセットしてリスニングチェアー背後の壁面に3x6尺の12mm厚さ以上の合板を、3枚(2.7m)以上並べてスラント設置すればOK。

上半身というより頭部(すなわちスピーカー)の背後がスラント反響版でおおわれていればほぼOKです。

スピーカー設置対抗壁面距離が1.5間(2.73m)以下の場合

※音波を反射させるには1/2波長以上1.35mの幅があれば十分でリスニングチェアー背後に3x6板2枚が並んでいいればスピーカー軸上の129Hz定在波は回避できます!

1面だけであれば反響版を30度程度は傾けないと定在波対策としてはほとんど効果が期待できませんが、スピーカー背後への反響版設置も可能であれば各々15度程度でも効果は期待できます!(※5)

長辺方向の定在波は、壁面全体をスラントさせるか部屋を斜めカットして台形フロアにでもしない限りは駆逐できませんが、「部屋の中央部分を避けてオフセットして着座すれば」ミステリースポットは回避できます!

参※5)当サイト関連記事 第4章第4節 壁面のアンギュレーションで初期反響を緩和す手法はこちら

一般的なマンション(建売)の6畳以下の応接間では

1畳が2尺8寸×5尺6寸(850mm×1700mm、1.445 m2)が基本サイズとなるので、内法で2.55mx3,4mとなり、

短辺にSPを置くと102Hz程度の定在波が生じやすくなりますが...、

長辺側にSPを設置すると、幅方向で136.7Hzの定在波は生じやすくなりますが、前後(部屋の幅方向)に着座位置を調整すれば、定在波の影響(ミステリースポット)を受けにくいリスニングポイントが見つけやすくなります。

しかも、左右に着座位置をずらせば奥行き方向(長辺)のミステリースポットをかわせる位置も見つけやすくなります!

(左右の耳は13㎝前後離れているので定在波の節(ミステリースポット)にハマる度合いは耳穴のよる前後方向の定在波より避けやすくなる!

逆に言うと、6畳間程度の一般家庭では「スーパーウーファーが受け持つことになる、100Hz以下の重低音定在波の発生は心配しなくてよい!ことになります。

つまり後述するように耳の高さ(リスニングポジション背後に)に3x6尺合板x3枚ていどを反響版としてスラント設置すればスピーカー軸方向の定在波は高次定在波も含めてほとんど回避できます!関連記事 壁面のアンギュレーションで初期反響を緩和す手法はこちら。

意外と対処しやすい10畳以下のリビングルーム

後述するように、20畳クラスの本格的miniホール?はいろいろと厄介なことが多く発生しますが10畳(5坪)クラス4.5mx3.6mであれば定在波は77.5Hz/4.5m(長辺側)と96.8Hz/3.6m(短辺側)の2つで、

短辺側の3.6m幅の壁面全体を内傾スラントさせるか部屋を斜めカットして台形形状のフロアになるようにすれば、あとはスピーカーを長辺側の壁面にセットしてスピーカー背後壁面部分に3・6板を4枚(1.8mX3.6m)程度を立てかけて反響版とするだけでリスニングポイントでのスピーカー軸上定在波96.8Hzはほぼクリアできます!

また長辺にスピーカーをオフセット設置して、リスニングポイントが中央にならないようにすれば、多少場所により音響特性(周波数特性)に乱れは生じますが長辺方向の定在波77.5Hzのミステリースポットを回避することもできます!

12畳以上のリビングでリスニングされる場合は...

長方形の部屋でSPと向き合っても...

前途の通り壁面で反射した音は進行方向に向かって同じ位相(※4)となるので「壁面では」互いに干渉して音圧は"0"となるわけですが、部屋の「中心部」と「両壁面」以外では音圧は確保されます!

むしろ定在波の影響を回避するには「聴取位置(耳の高さ)」で定在波の影響を緩和すればよいわけで、

小生は前途したようにリスニングチェアーの背後壁面に「900X1800」いわゆる三六屏風を15度ぐらい傾斜させた反響版を設置しています。

前途の通りリスニングルームは幅(スピーカー設置壁面間)3.01m、高さ3.54mあるので、室温20℃1013hPaの時の音速は348.6m/sec。

スピーカー対抗壁面間3.1mに相当する115.8Hz、の幅方向の定在波が生じますが、反射面幅が半波長つまり1.5m以上あれば反射しますから、1.8m□の反響版でも定在波の影響はかなり減少します!

という事で、写真のように設置して、CutOff周波数はMin50Hz、Volume"4"の位置で使用して「聴感上」MDR-Z1000 モニターヘッドフォンに迫る音質(分解能)となってきました。

尚、小生の低域聴覚は別項MDR-Z1000長期レポートにも記した通り30Hz以上でほぼ±3㏈程度?、年のせいで30Hz以下では聴覚は落ちますが、-12dB程度で20Hzまでは聞き取れます!

小生宅では

小生宅は実際は本間24畳(実測内法最大幅7.51mX5.806m)の平土間空間の一部分(6畳)をパーティション(格子戸と板戸)で区切っているだけなので、100Hz以上は前途したスピーカー背後の「反響版」で抑止していますが、46.8Hz/7.51m、60Hz/5.8m の定在波は壁面全体をスラントさせないと「抑止できないので」(※7)対策に苦慮しているのが実情です?

とりあえず、それぞれの壁面から離れて「ミステリースポット」から遠ざかるようにしています。

参※3-1)当サイト関連記事 反射面の幅 と反射波の周波数限界はこちら。

参※3-2)当サイト関連記事 第3章第2節第1項スラント設置のセオリー(垂直壁は禁物!)はこちら。

定在波と釣鐘現象を回避する手段とは

一番良い解決法は、スピーカー正面の壁面をなくし"野音"状態に!

「ベランダと庭(屋外)に向かってSPを設置して雨戸を全開にして、背後に壁面がない状態にする?!」

つまり後述するように野外音楽堂と同じ状態にする以外には根本的には解決できませんが...。

スピーカー対抗壁面の反射を和らげるいくつかの方法

セレブなお金持ちの方は、後述するように、対抗壁面を並行させないフロア形状や、壁面をスラント設置(外反or内傾)して「分厚い音響カーテンで壁面を覆えば」この問題は小さくなります!

お金に糸目をつけないセレブな音響マニアの方にご注意!

オーディオ専門誌の「リスニングルーム拝見記事」で20畳以上のご立派なリスニングルームのある「お屋敷」(や高級オーディオ専門店)の取材写真を拝見しても、「殆どすべて」といっていいくらい「定在波」対策と「スピーカー対抗壁面反射対策」がなされていないようです!

高名な建築家でも音響工学には疎い!先生方がほとんど

高名な建築家!に設計依頼しても、「音響の基礎知識がない人」がほとんどでその場凌ぎの「防音対策」(砂壁や防音壁、防音パネル処理、床フロート)はデザイン(設計)できても肝心の「定在波対策」については知識のある方はほとんどいない!といっても過言ではないでしょう。(音響設計を標榜している事務所でもかなりいい加減です!)

壁面に作り付けの「頑強なサイドボード」や、暖炉などの突起物程度では並行面対策(定在波対策)にはなりません!

20畳(10坪)以上の本格的リスニングルームに問題が...

セレブなお金持ちの方は、対抗壁面を並行させないフロア形状や、壁面をスラント設置(外反or内傾)して「分厚い音響カーテンで壁面を覆えば」この「壁面反射による問題」は小さくなります!

せっかく1set 1000万円以上のスピーカーを購入しても「でたらめ音響の部屋!」に設置してがっかりされている「セレブ」な音響マニアの方も多くいらっしゃるみたいですが...。

1000万円以上投じて「プライベートホール」を増・改築すれば1set「100万円」以下の一般スピーカー?でも素晴らしい音響のリスニング環境が構築できます!

音響設計に精通した建築士、事務所へ

20畳(10坪)以上の本格的?リスニングルームを計画するなら、豊富な実績(経験)のある「信頼できる音響設計事務所」に。

新たに20畳以上(5.46mX6.37m10.坪)のリスニングルームを計画されるのであれば、できるだけ完全並行壁面が無い「いびつな形状のリスニングルーム」デザインをお勧めします。

このサイズの長方形の部屋になると、63.8Hz/5.46m、54.8Hz/6.37m などの壁面間隔に応じた「厄介な重低音定在波」が発生して、後述する3X6尺の合板を壁面に並べて立てかけた程度の簡易的な対策ではもはや対処できなくなります!

よくできた音楽練習室のように

つまり対抗する壁面どおしを「15度」以上外傾させてスラント設置するか、フロア形状を「音楽練習室のように変形」させて「対抗する完全並行対抗面をキャンセルさせないと「定在波」に襲われることになります!

(例えばよくできた音楽練習室のような、※以下は約31畳(15.73坪)のサンポート高松の第2練習室の例平面図はこちら。)

更に天井も「100Hz」以下の「重低音定在波」を避けるために最後部は3.6m以下として、100Hz以上の定在波に対処するために「一面の幅が1.8m幅以上の重量級天井を30度以上の傾斜面で構成したアンギュレーション(屈曲)を持つ天井」にするか、ログハウス風の2階吹き抜けの山形天井、にして上下(Z軸)定在波を抑止する必要があります。

スピーカー対抗壁面は並行にならないように傾斜させて表装は軽くて柔らかい素材で!

更に言えばリスニングポジションの背後壁、つまりSP対抗面には分厚い音響カーテンと、厚さ100㎜程度の発泡スチロール+発砲コンクリート or 石膏ボードの複合壁面として反射音圧そのものを小さくするように工夫するべきです!

別項に詳述したように、空気に近い「密度」の境界面では反射は小さくなります、防火音響カーテン→発泡スチロール(※8)→石膏ボード→建屋本壁 という事にすると壁面からの反響は大幅に削減でき、さらに防音効果も高まります。

まあハイエンドオーディオを楽しめるセレブなマニアの方なら最初に申し上げたように「人里離れた山中」に全開できる雨戸を長辺側に持つ山小屋風の木造(ログハウス)でも建てて、聴取するときには雨戸を全開にして解放したベランダ側を背にした野音並みの"解放空間"で高級スピーカーを聴取したほうが賢明でしょう...但しスズメバチにはご用心を!?

参※8)発泡スチロールは難燃性であり、内装材として使っても建築基準法上問題はありません!

"本気があるお金持ちに"本気でご提案!

前途のように「スピーカー対抗面」を作らなければ良い訳で。

片流れのログハウス風の、幅2間(3.7m)以上の山小屋を計画されてはいかがでしょうか、

1)、山の斜面に向けて、ベランダを設けて、ベランダ側は大規模な跳ね上げガラス戸で、完全に開放できるようにします。

2)室内は、下世話な設備(トイレ、キッチンなどを)斜面と反対側の入り口側にすべて集めて、大径の木材でリスニング(リビング&ベッドルーム)と区切ります。

3)リスニングルーム側の壁面は作り付けの(少なくとも1.8m以上の高さの)「書棚」を造作して、書籍(古本・オーディオ雑誌)を壁面いっぱいに無造作に「積読」します。

4)この状態で、水回り側(エントランス側)の壁面に「タンノイクラスやリンオーディオ」のプレミアムスピーカーを設置します。

5)リスニングルームの奥行きは1.5間2.7m以上あれば良い訳でいわゆる「3坪の6畳間」以上あれば構いません。

但し高さも同じく1.5間以上はあったほうが良いのでできれば、水回り側に「ロフト」を持つ2回吹き抜けのログハウスが適当でしょう!

5)背後の斜面を背にしたベランダ側は、前途したように、前面跳ね上げタイプのガラス窓+シャッターがよいかと思われます。

6)多少の、雨、雪!を防げるように、ベランダ前面を覆うような「軒」と.両サイドの「風よけ」のガラリパーティション、と転落防止の手すり付きの柵をお忘れなく、但し、「うだつ」のような壁は作らないでください「あくまでもガラリー」で。

7)後は、お天気の良い日は「ベランダ」設置した」ロッキングチェアーなどに腰かけて、周囲を気にすることなく「ハイレゾオーディオ」の生オケ同様のダイナミックレンジ100dB以上を堪能してください!

但し、田園調布当たりの住宅地や、軽井沢当たりの別荘地にある、週百坪ある大邸宅でも「騒音問題」が生じて不可能なので、人里離れた山間地の廃村が狙い目です!

例えば、鳥取県、兵庫県、福井県あたりに数多くある「スキー場」跡地が適当ではないでしょうか?

つまり元ゲレンデを背後に抱えた「スキーロッジ」を改築、もしくは新築して、できれば斜面は広葉樹でも植樹して、「雑木林」とすれば、消音効果と吸音材になります。

まあしょっちゅう「別荘通いも」できないでしょうから、SECOMはお忘れなく!

更に、オーディオ機器及び、コレクションを守るためには、通期にわたって「エアコン」で空調しておく必要はあるでしょう。

特に元スキー場はなどの積雪地は「冬季の湿度が意外と高く」冬季の空調(除湿)は必須となります。

これだけの、設備をしても「都会の住宅地」完全防音の「20畳10坪」クラスの完全防音・防振「プライベートホール」を作るよりは安上がりで、タンノイやリンオーディオ本来の"良い音"を堪能できることは保証できます。

味噌は「スピーカーに対抗面を作らない」で、解放して雑木林の山の斜面を利用して、周囲に散乱させることです!

個人ではいくら何でも...、

とお思いなら、オーディオ仲間を募て、挑戦してみられてはいかがでしょうか!

普段は数十万円のプレミアム「ハイレゾヘッドホン」でしか聞けない「録音エンジニアがデザイン(構築)した本物の音響空間」がスピーカーシステムを通じた空気再生!のバーチャルステージ(音場)としてあなたの前に広がることでしょう...ああ恨めしい...いや羨ましい!

実行する方は、「狸穴音響研究所 代表 出自多留狸」にご一報の上、ぜひ一度ご招待願います!

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一般オーディオマニアのご家庭では

一般のオーディオマニアが「分譲マンション」「建売住宅」「プレハブ規格住宅」などの一般家庭でできることは、「3・6合板」に「10mm厚さ程度の発泡スチロール」を張り付けて「壁紙」で表装したパネルを、3枚幅2.7m程度壁面にもたせ掛けて、さらに前面を出来るだけ分厚いカーテンでおおうことです!

こうすると壁面からの反射は大幅に減少して「楽音キャンセリング?」に悩まされる必要はなくなります。

小生は別項(※3)で紹介したように「手元にあった、屏風」を流用しています。

屏風は、本建築の「襖」同様に、紙を張り合わせて(重ねて)作られているので、音響インピーダンス(※4)が小さくて、吸音効果が高く、またサイズに応じた波長以下の(中・高音域の)音は傾斜角度に応じて、(入射角=反射角の法則で)反射してくれますから、SPバッフルに向かって跳ね返る音は少なくなります!

つまり「打ち消しあう」ロス音が軽減できます!

参※3)当サイト関連記事 我が庵のエントランスホール 自慢は こちら。

参※4)当サイト関連記事 音響インピーダンスと音圧反射率 はこちら。

スペースを無駄にしたくない場合は

スペースを無駄にしたくない方は「作り付けの書棚」をSP対抗壁面に造作して「ランダムなサイズの書籍」を「部屋側」がランダムになるように並べて、前面には扉を設けずに「分厚いカーテン」で覆うようにすればよいでしょう!

出来れば棚は「手前側が持ち上がった」スラント形状に造作した方が、音響的には「散乱・拡散効果」が大きく。しかも「地震対策(落下防止)」にもなり一石二鳥となります。

音楽家なら楽譜類を、収集家なら「古本」を積読(つんどく)?しておけばよいでしょう。

お手軽、改装法としては「ルーバーラティス」に3㎜程度の厚さ合板を裏打ちして、もたせ掛けて、カーテンで覆うだけでもかなり効果が期待できます(但しできればSP対抗壁面全長、または最低でも1.8m幅で設置することをお勧めします。)

いつもより音量を小さくしても「迫力のある芯のある音」で音楽が楽しめます!

参※6)当サイト関連記事 音の反射と音響インピーダンスの関係 はこちら。

狸穴ホール?での実例

(※以下は全てiPhoneアプリ(デシベルX-dBA)により実測)

小生宅の、狸穴ホール(エントランスホール(※2)は古民家で「生活道路」に面していて、特別な防音対策は施していないので、残念ながら中間で常時40dB程度の環境ノイズがあり、乗用車が通過した時には+10dBつまり50dBまで跳ね上がります。

参※一般サイトの ㏈と"騒音" に関する記述 はこちら。

A520の仕様と公称周波数特性を利用したセッティング例

ツイーター 20mm径ドーム型 -6dB有効指向角 ≒48度(両振りで92°/20Kzで)

ミッドレンジ 125mm コーン型 -6dB有効指向角 ≒38度(両振りで76°/4Kzで)

クロスオーバー周波数未公開につき不明、

公称周波数特性 80~20KHz(peek-10dB)

バスレフポート開口部正面でのA520実測では50Hz程度から-6dBほどの低域再生能力があり公称t値(80Hz/-10dB)よりも意外と低域はよく伸びてます。但しスピーカーの裏側の音なので逆相!(公称値はスピーカー正面の音圧を測定するため。)

スピーカーシステムの上反設置

小生のメインスピーカーシステムA520は上記の通り意外と、指向特性も優れていますので、写真のようにわずかに(5°程度)上反させて対抗壁面と相対角度を持たせて設置しても(定位・音像などに)あまり影響はありません。

対抗する壁面には「屏風」を山型(逆V字)にして立てかけてありますので、リスニングポジションでも、双方の効果で正面と少し離れた位置でもほとんど(-1dB程度/約390Hz以上)変わりません!

なので、「pp(peek-50dB)が(芯のある音で)聞き取れる音量」にVolume設定するとMaxでは90dBを超えてしまい、2重壁「土壁と土塀」で遮蔽された表の生活道路上でも90dBを超えてしまい「ヤバイ状態!」となってしまいます?

そこで仕方なく「耳を澄ませて聞き取れる限度の音量」にppppをレベル設定した状態で、SP正面から離れても部屋中(24畳;12坪)のどこでも+2dB(実数比1.12倍)程度の42dB以内に収まるようにボリューム調節してリスニングするわけですが、この状態でも理屈通り室内でも最大で90dBぐらいを記録して、通常のフォルテ部分で60dB(ピークメーターでー20dB)ぐらいになってしまいますが、前途の通り屋外では80dB程度!?に収まっています。
特にバスドラムや大砲!の入ったような曲(※3)では、瞬間的に室内でも90dBを楽に?超えてしまいます!が、ffffはクライマックスに集中してめったにないし、四六時中流している騒音でもないし(騒音公害的、近所迷惑的には)ぎりぎりセーフかな?...
としてスピーカー聴取ではこのレベルを超えないようにvolume設定してクラシック音楽を楽しませていただいています。(ツマミ位置としては、1/3程度)。
もちろん、ポップス系の「ドンシャリ・常時ハイレベルレコーディングコンテンツ」ではもっとレベルを下げて流しています。(クラシックコンテンツの半分以下程度)
この状態で自宅前の生活道路上での平均騒音?は「ごみ回収車」通過騒音以下に収まっています。(対策以前より室内で-10dB(実数比約3倍)程度改善!、迫力を保ったままMax音量を小さく設定できるようになった!(つまり以前はとんでもない爆音で聞いていたことになる?ご近所の皆様申し訳ありませんでした...)

参※2)当サイト関連記事 我が庵のエントランスホール 自慢 はこちら。

参※3)当サイト関連記事 《コンプリート・アルバム・ナビ》その1 チャイコフスキー編 各国の大砲威力比べ?はこちら。

 

公開:2020年2月12日
更新:2020年2月21日

投稿者:デジタヌ

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