『 建築音響工学総覧 』第4巻 定在波 と音響障害（Page 3）第3章 定在波の発生（停留）過程
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★第3章 定在波の発生（停留）過程
定在波による音響障害を考える上では「トリガー」対策と発生後の「停留時間」抑制の2段階で考えることが大事です！
第1節 定在波の卵はどうやって"孵化"するか？
第1項 楽音（楽器）の持つ無指向性と壁面での反射波"指向角"の問題
「第2巻 音響工学の基礎知識（音の反射と指向角 ）」で詳述した通り、音波には「指向角」というものがあり、スピーカーのような平面振動板の場合は真正面より横にそれるほど「音圧（音量）」は小さくなりますが...
第1目 反響版は振動板と同じ効果を持つ！
壁面のような reflector（反射面）では"振動板"と同じ働きをします。
つまり、壁面までは球面波として伝わった音波も、壁面からは"指向角"を持つようになるわけです！
つまり中心音圧よりサイドローブに向かって音圧が低下するわけです！
第2目 殆どの楽音は無指向性！
『肉声』も含め殆ど楽音は、点音源に近く殆ど無指向性で真横にも伝わります。
歌声も含めて楽音（楽器音）はすべからく「点音源」に近くしたがってほぼ無指向性の"球面波"として前後左右・上下に広がってゆきます。
逆に言うと、下図左のように「かぶりき」の両側壁が完全に平行していれば、定在波が発生することにもなります！
1-2-1 重低音楽器はホールを横切ってエコーとなる！
つまり上図左のような長型（シューボックス）ホールでは、バスドラムのような重低音周波数成分を持つ低音楽器では、側壁で反射する"エコー"（初期反響）の主音圧は反射の法則（※31）で入射角と同じ角度で反射しますが、
★参※31）当サイト関連記事 第3節 入射角＝反射角の法則
可成りの音圧は対抗面に向かいホールを横切る事になります！
完全に平行していないはずの「Ｖ字谷でも山彦（エコー）が聞こえる」のはこのためです。
1-2-2 完全並行した壁面間で定在波が生まれる
つまり完全並行した壁面間では"エコーどうしが干渉して「定在波」が生じる"わけです。
しかし、前途したように、反射波（エコー）は反射面サイズに応じた"指向角"（※32）を持つために、スラント（傾斜）またはハノ字に開いて対抗面と並行しないようにすると、対抗面への反射音圧は抑制できます！
★参※32）当サイト関連記事 第2章 指向性（指向角）と音の広がりはこちら。
第3目 プロセニアムから続くステージ被り付き側壁が「ハノ字」に開いている訳
点音源に近いバスドラムやコントラバス、ピアノなどから客席に放射された音波がステージ直前の平行した壁間で定在波を生じさせることがままあり、プロセニアムに続くステージの「被り付きエリア」は「ハノ字に開いた大きな広い面」でデザイン（設計）される理由です。
従来型の扇形ホールのように平土間「かぶりりつき」部分の側壁は、ホリゾント反響板から「17.3ｍ（※33）」以上ではハノ字側壁として定在波の孵化を阻止！すべきです。
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1-3-1 デザイナー（建築家）は音響工学のド素人？
一部のホールでは何を"血迷った"のか、本来ハノ字形状で広がっているはずの"かぶり付き部分"の壁面を態々平行させてしまっていたり、更には客席最後部の数列をこれもまた完全平行壁面で囲ってしまっているような暴挙？も行われたりしています...
おそらくデザイナーはステージから到達する直接音は、壁面に可成りの入射角で到達するので、対抗面には反射せずにしたがって対抗面からも音は届かず、「定在波」は生じない？と勘違いされているのでしょうが...
どっこい天井やホール途中壁面からの直接音と全く相似波形の「ディレー音」であるエコー「初期反響」音が壁面に垂直に近い角度で入射するために、ホール後部でもやはり「定在波」は発生しています！
ご理解いただけましたN田音響設計のモデラーさん？
★参※33）当サイト関連記事 第2節 狙った方向に反射させるにははこちら。
第2項 ラウドネス等価による問題
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Lindosland - http：//en.wikipedia.org/wiki/Image： Lindos1.svg より引用
第1目 ラウドネス特性
人の聴覚にはラウドネス特性（※34）というものがあり、音声帯域（※35）のほぼ中心1ｋHzを中心にその前後では急激に聴覚（感度）が衰えます！
特に低周波振動に近い"重低音"では、通常人の耐えられる騒音レベル限度100dB（※35）でさえー30dB（約1/30）感度が悪くなっています！聞き取れる限界の0㏈の時には1ｋHzに対して-80㏈（1万分の1！）迄聴覚が衰えます！
それで音楽では、見かけ上（聴感上）フラットに聞こえるように、コントラバスなどの低音楽器やバスドラムなどの「鳴り物」は騒音ともいえるほどの大音響を発するわけです！
★参※34）ラウドネス特性に関する国立研究開発法人産業技術総合研究所の公開ページはこちら。
★※35）、音声周波数帯域とも言われ楽器や肉声の基音となる300～3400Hzの低・中音域を指します。ちなみに電波法のAM放送の公称伝送帯域は100 Hz～7,500 Hzです（実際には50Hz程度から12kHz程度は伝送できています。）関連記事「音の良いフルレンジスピーカー列伝」はこちら。
2-1-1 バスドラムのフォルテッシモ！では...
つまり、ピアニッシモ（20ｄB程度）の時には、光同様に拡散により壁面間距離の2乗で急激に減衰して、左右の壁面間で"反射を繰り返すエコー"つまり定在波には至らない訳ですが...
ピーク値130ｄBつまりピアニッシモから110ｄB（3万倍！）以上もの大音響が鳴り響くと、簡単に左右の壁面間で反射を繰り返して"定在波"となってしまいます！
（お判りいただけましたかＮ田音響設計の残教信者モデラー？の皆さん）
★参※35） デシベルをわかりやすく紹介したサイト はこちら
第2目 騒音計がフォンからデシベル表示になった理由
その昔の"騒音計"は、このラウドネス効果を勘案してAスケール、Ｂスケールという補正感度（フィルタリング）を行いフォン（phon）という単位で計測していましたが...
近年、可聴帯域（20～20kHz）外の「聴覚では感じられない低周波振動」等の重低音域での"健康被害"がクローズアップされてこのフィルタリング表示単位「フォン」が無くなりました！
但し、騒音計ではA scal B scal 指示は残されています。
※お勧め無料「スマホ用騒音計アプリ」はこちら、
第3項 音楽ではワンポイントとして必要な重低音
音楽（楽器）では、オルガン・ピアノ・低弦・バスドラムに代表されるように"重低音"が重要なファクターを占めており（※36）、特にフォルテッシモでは前途した"聞こえずらい低音域"がさらに"大音響"となりやすい傾向にあります！
つまり"重低音域"（概ね"真ん中のA音（Ra）440Ｈｚ"の2オクターブ下の領域100ｈｚ以下）の定在波は"定在波音凶傷害"の真犯人！といっても過言ではありません！
★参※36）当サイト関連記事 ギタリストは知っている「重低音」の重要性！...オン・マイクの効果とは？はこちら。
第1目 低周波振動は健康被害にも通じる
低周波音圧変動（低周波振動）に長時間さらされると、"健康被害（めまい、吐き気、強い不安感など）が生じることが確認されています（国立研究開発法人産業技術総合研究所の公開資料の最後の部分に「低周波振動」によって引き起こされる健康被害についての記述があります。
これに限らず、ホールを使った「低周波振動健康障害」に関する"人体実験？"は数多く行われており、長時間（30分以上）可聴音域外の重低音にさらされると、大きい割合で「眩暈、吐き気、強い不安感」を感ずる人が生じることが確認されています！
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第2節 定常（停留）する条件とは
一方定在波となって孵化？してからは、その停留時間が問題となります！
この問題に対しては、壁材の「音響インピーダンス」と「反射面のサイズ」が大きく影響してきます！
第1項 「音響インピーダンスと反射音圧」
詳しくは第2巻 音響工学の基礎知識（音の反射と指向角 ） 第1項 音響インピーダンスと音圧反射率を参照いただくとして...
簡単に言ってしまえば石材のような「硬くて・思い壁材」は強烈に反響！して、
紙でできた襖・障子・からは殆ど反射しません！
つまり日本家屋では通常では定在波は"障子（しょうじ）？"ずらいわけです。
第2項 壁面のスラント（傾斜）設置と効果的なスラント角度は
基本的に並行する対抗面の多い「シューボックスホール」の場合は、壁面を外反（外傾）or内傾させて、対抗壁面との平行をキャンセルします。
対抗する完全並行面を防ぐもっとも簡単で確実な方法は「内壁のスラント（傾斜）設置」であり、内傾でも外傾（上反）スラント設置どちらでも効果は同じです。
※内傾スラントが好まれるのは、大掃除のしやすさ！？の為でしょう...
第1目 波長に対して十分に幅広い壁面で反射する場合
可聴音域最低周波数を20Hzとした場合、波長λは17.4ｍ、つまり約9ｍ幅以上の壁面があれば完全に反射してくれますが...
9ｍ幅の壁面では「第3巻音響工学の基礎知識1 指向角と音の反射」で詳述した通り 近距離音場限界距離Xo≒ 58㎜なので、壁面でほぼ球面波となって反射音が対抗面に届くことになります。
第2目 30度のスラント角が与えられると
第2巻 音響工学の基礎知識第2章第2節で述べた通り35°以上！ものスラント設置（※37）が可能なら対抗面には至らず、可聴音域内の定在波周波数成分はほぼ完全に抑止・抑制できることとなりますが。
実際には対抗面に届く音圧が0でなくてもよいので、ー6㏈に当たる半減指向角の近似式が；半減指向角θ（-6㏈）＝55°ｘλ／Ｄなので、相対角度で30度（スラント角度15°）を付ければ音声帯域内の音の拡散には効果があります！
参※37）当サイト関連記事 『神戸女学院小ホール』音響Ｎａｖｉはこちら。
第3項 壁面パネルのaspect ratioと反射面サイズの関係
1／2波長のサイズの反射面が反射する音圧はそのエリアに入射した音圧（音量）が前途した音圧反射率に応じて反射します！
また、微弱ですが１／20λ程度のサイズからでも中心音圧のー80ｄＢ（１万分の1）程度の反射はあります！
詳しくは 第2巻 音響工学の基礎知識 壁面パネルのaspect ratioと反射面サイズの関係を参照。
第3節 「壁面間隔20ｍ超」の伝承手法の誤り！について
第1項 「壁面間隔20ｍ超」の伝承手法とは...
大型の芝居小屋や、ホールで用いられる代表的な手法の一つで、
近代建築音響学の父故・佐藤武夫先生が確立した？手法で、先生作の「大隈講堂（※ホールNaviはこちら）」や近代コンサート専用ホールの先駆け「神奈川県立音楽堂（※ホールNaviはこちら）」でも用いられている伝承手法の一つですが...、
「対抗面間の距離」で1波長定在波の周波数成分を可聴帯域外（20Hz以下の低周波振動）に逃がして音響障害を躱そうというアイデアですが...
第1目 概ね18ｍよりホール幅が広ければ
つまり概ね18ｍよりホール幅が広ければ1波長の周波数成分を可聴周波数帯域から追い出せて前章の直接被害軽減に通じるはずなのですが...
周波数ｆ＝音速Ｖ／波長λ であるから、ｆに最低周波数20Ｈｚを代入すると
C；ｍ／sec 気温；ｔ℃とすると／1013㍱
音速の近似式 V＝331.5＋0.61ｔ
ｆ；（周波数Hz）とすると
又 波長λは λ＝C／ｆ
一般的に言われている340ｍは14℃ に相当し 可聴限界20Hzとするとこの時の波長；λ＝17ｍ
同じく
- 20℃で 約344ｍ／sec 波長λ≒17.2ｍ
- 20℃で 約344ｍ／sec 波長λ≒17.2ｍ
- 28℃で 約349ｍ／sec 波長λ≒17.4ｍ（定在波の波長；λ＝20ｍの時の周波数ｆ＝約17.5Hz）
- 30℃で 約350ｍ／sec 波長λ≒17.5ｍ
- 32℃で 約351ｍ／sec 波長λ≒17.6ｍ
第2目 実際には効果がありません！
実際には、前途したように音圧変調ゾーン（停留域）で生じるミステリーピットとアンプリチュードゾーンは、ある周期で変動（移動）していますので、）（この手法では次項にとり上げる）通路配置同様に効果はありません！
実際には前途したよう、壁面がゼロクロスとなる周波数成分は0.5波長以外にも1波長1.5波長、2波長、2.5波長、3波長などの高次倍音周波数成分も存在するので、
これらの周波数成分が合成された定常波（音圧変動ゾーン）の節（ミステリーピット）と腹（音圧増幅ゾーン）は時々刻々壁面間をさまよい、この間に到達する楽音を変化させてしまいます！
むしろ前途した半波長の低周波振動を誘発していまい、健康被害を生じさせる恐れ！があります。
並行壁面の間では定在波音凶傷害？を引き起こす「定在波」が生じているので、間口8.7ｍ以上の中大型ホールでは壁面をスラント設置させて「並行面をキャンセル」しないと健康被害は防げません！
大熊講堂（※31）の場合でも、大部分の壁面は釣鐘の断面形状のように極力並行させないように工夫されていますからそちらの効果のほうが大きいわけです！
- 定在波周波数成分は約8.71Hz／0.5λ、約17.4HzHz／1λ、 約26.15Hz／1.5λ、 約34.86Hz／2λ、 約43.58Hz／2.5λ、 約52.3Hz／3λ、
参※★31）当サイト関連記事 大隈講堂《ホール音響Navi》 はこちら。
第2項 中小規模ホールに成功例が多い理由とは...
健康被害の観点からは、間口が狭い小ホール・音楽サロンが有利。
第1目 『間口8.7m！以下のセオリー』
可聴帯域外の低周波振動成分を避けるには間口を8.7m以下に設定することが良作の一つです。
つまり気温20度、気圧1気圧（760ｍｍＨｇ）の時 音速：348.6ｍ／sec なので
可聴帯域ぎりぎりの20㎐では定在波の条件に当てはまる半波長は8.7mとなります。
つまり、これ以下の低周波成分は生じません！
和風に言うと間口4.8間巾という事になります。
つまり、小規模の"プレミアム音楽サロン"や音楽練習室、そして伝統的芝居小屋（※32）がこれに当てはまります！
参※32）当サイト関連記事 レトロブーム？ 《芝居小屋2017》 はこちら。
第2目 間口17ｍ以下のホール！の心地よさの秘密とは...
波長が最長17ｍにも及ぶ20Hz～100Hzの重低音では、前途した理由で「壁面スラント」を併用しなければ、低域周波数成分を持つ定在波の阻止・駆逐はできません！
つまり、間口17ｍ以下ならば、1波長の定在波成分は20Ｈｚ以上で、半波長の基本定在波周波数でも10Ｈｚとなり、よほどのことがない限りは定在波による健康障害（※221）の恐れは無くなるわけです！
更に、反射限界の半波長に当たる8.5ｍ高さの壁面高さが確保できれば、幅が1／5の1間巾（約1.80㎝）の定尺パネルでも、スラントとアンギュレーションを組み合わせて30度の（１５°の開き角）以上の相対角を設定すれば、355㎐以上の可聴帯域定在波成分の"対抗壁間エコー"は効果的に、壁面高さに応じた355Hz以下41Hz以上の低周波成分も散乱効果で抑制できて、健康を害する10Hzのて低周波成分も抑制することができます！
つまりストレスの無い「心地よい音響空間」を創出しやすくなります！
全国の小規模ホールが比較的音が良いのはこのためです！
3-2-1 主張は理解できる三井住友海上しらかわホール
これが名古屋の"三井住友海上しらかわホール "（※533）が間口16.5mを主張する真の理由でもあるわけです！
三井住友海上しらかわホール では元となる音速を一般的に言われている340m/secで計算しているために340㎧÷20Hz＝17m から余裕をみて16.5m幅としたのでしょう！
『保険会社だけあって健康被害にまで神経を使っているとはさすが！...』と言いたいところですが...
残念ながら、このホールでは壁面処理がまずく評判の割には"ダメホール"で"自画自賛の「美味しく無いラーメン屋」（※534）"と似たり寄ったりでしょう。
このホールでは、西欧の名サロンのサイズはまねていますが、肝心の「定在波対策」も「定在波回避」もなされていません！
これでは、「音圧（音量）と音色（周波数スペクトル）のBad modification（改悪）！「Amplitude modulator （振幅変調装置）」そのもので、観客はたまったものではありません！
★参※533）当サイト関連記事 三井住友海上しらかわホール 《 ホール 音響 ナビ 》はこちら。
★参※534）当サイト関連記事 自画自賛の『 コンサートホールとラーメン屋 』の共通点！？《 コラム 令和元年 》はこちら。
第3項 全国の小規模ホールの成功例
但し ジャスト17ｍ間口サイズの「掛け値なしに素晴らしいホール」（※535）もあります！
参※535）当サイト関連記事 岡崎市 岡崎市シビックセンター コロネット 《 ホール 音響 ナビ 》 間口 17ｍ 収容人員421名 満点ホール はこちら。
第1目 その他の間口17ｍ以下の小型ホールの成功例は...
- 米原市 ベルホール310 《 ホール 音響 ナビ 》 間口13ｍ 収容人員 310席 満点ホール
- 寝屋川市 アルカスホール 《 ホール 音響 ナビ 》 間口 約13ｍ 収容人員 350席 満点ホール
- 横浜市鶴見区 サルビアホール 《 ホール 音響 ナビ 》音楽ホール 間口10.5ｍ 収容人員100名！
- 北海道奈井江町 奈井江コンチェルトホール《 ホール 音響 ナビ 》間口約12ｍ 収容人員246席
- 名古屋市 宗次ホール 《 ホール 音響 ナビ 》 間口 11.9ｍ 収容人員310席
- 碧南市 エメラルドホール《 ホール 音響 ナビ 》 間口 約16ｍ 収容人員 452席
- 千葉市 旧京葉銀行文化プラザ・音楽ホール《 ホール 残酷 ナビ 》 間口15.4ｍ 収容人員 719席
第3目 間口の狭い小ホールが有利
個人宅のリスニングルームでは最大でも20畳（2.5間x4間）程度つまり4.5mＸ7.2m程度なので、"健康被害が生じる20Hz以下の可聴帯域外低周波振動が生じる心配はありませんが...
つまり、前途したように「 健康被害の観点からは、間口が狭い小ホールのほうが（間口）波長に応じた壁面の必要有効反射面巾・高さが小さくてすみ、スラント設置などの対策も立てやすくなりるわけです。
参※532）当サイト関連記事 白雲座 《 伝統的芝居小屋 ナビ 》 岐阜県下呂市 はこちら。
第4節 意外と多い定在波のトリガー
可聴帯域（20～20khz）ぎりぎりの重低音を出す楽器というと、パイプオルガンのペダル音（足で弾く最低音域）を思い浮かべる人が多いと思いますが...
パイプオルガンだけではなく意外と身近な楽器でも「重低音」はふんだんに出ています！
第1項 重低音を鳴り響かせている楽器
第1目 フルコンサートピアノ
例えばフルコンサートピアノの最低音は「A」すなわち「ラ」の音で、チューニングに使う真ん中のA＝440Hzの４オクターブ下つまり2の4乗分の1で可聴音ぎりぎりの約27.5Hzとなり実際にはもう少し低めに調律されているのでほぼ可聴音域ギリギリの25Hz近辺となっています。
更にこれは「芯の音」で2次４次の倍音列の音はもちろん、更に下の25Hz以下の可聴音域帯域より低い12.5Hzなどの多くの"側波帯"も含まれています。
第2目 コントラバス
コントラバスも同様に20Hz近傍の重低音を鳴らし、和楽器の大太鼓、バスドラムやティンパニーなどの太鼓類、などは可聴帯域（20～20KHz）外の超低周波振動も含めて広い周波数帯域（スペクトル）を占めており重低音（低周波振動）が豊富？に鳴り響いて（含まれて）います。
つまりコンサートでは可聴音限界前後の重低音が始終鳴り響いていてしかも前途したように高レベルなので、「定在波のトリガー（引金）」はいくらでもある事になります。
第3目 真打はバスドラム！
重低音のを発する真打は、何といっても太鼓類です。
和太鼓は勿論、オーケストラで使うバスドラム、共に可聴帯域（20Hz）以下の重低音を発生させます。
参※）小生お勧めの和太鼓コンテンツ『東谷寺チャンネル』 はこちら。
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公開：2017年9月22日
更新：2024年12月15日
投稿者：デジタヌ
『建築音響工学総覧 』第4巻 定在波 と音響障害（Page 2）第2章 定在波で起こる音響障害『ミステリーゾーン』とは＜ ＴＯＰ ＞『建築音響工学総覧 』第4巻 定在波 と音響障害（Page.4）第4章 ホールデザインの基本"定在波の抑止" 法
