わずかな細工で部屋の音響特性を劇的に改善する

 「いい音を出すにには部屋が重要」「部屋が良くないと、どんなに良いスピーカもその性能を発揮できない」・・よく聞かれるフレーズだが、具体的に何が課題でどうしたら良くなるのか、わからない人がほとんどだと思う。闇雲に吸音材を配置すれば、無響室のような潤いの無い空間になっててしまう。

 音を悪くする要因に「定在波」がある。平行な面で構成される室内にはたくさんの音響的な固有振動モードがあり、残響が多いとこれらのモードが励起されて定在波が立ちやすい。定在波が立つと過渡応答が著しく劣化して音が濁り、ブーミーな低音が出る結果になる。

 

小さい部屋ではなぜスピーカーの性能を生かせないのか

 小さい部屋ではいい音が出ない。これは間接音の反射などいろんな要因があるが、一番どうしようもないことがある。小さい部屋ほど、定在波が目立つことだ(部屋の吸音力が不足するため)

 定在波の振動モードには「腹」と「節」があり、腹で音圧最大、節で音圧ゼロになる。スピーカーをこの腹の位置で鳴らすと、定在波が大きく励起される。
 定在波には無数の固有振動モードがあるが、部屋の壁付近や隅は多くのモードで腹になり、角はすべての固有振動モードで腹になる

 一方、スピーカーから満足いく低音を出したいという要求がある。仮に、スピーカーを部屋の中央に置くと指向性のない低音は四方に拡散してしまい、スピーカーの実力を下回る低音しか出ない。
 そこでスピーカーを部屋の壁や隅に接近させたいが、そうすると定在波の「腹」で駆動することになる。スピーカーを部屋の角に置くとブーミーな音になるのは、低周波の定在波が励起されてしまう為だ。

 一般家庭のリスニング環境ではこのように低音再生が定在波とのトレードオフになっていて、スピーカーのセッティングが定在波の影響が少なくなる配置を探す試行錯誤になっている。

 部屋が十分広いと定在波の影響が少なくなり、スピーカーを壁に寄せて低音の量を調整できる。しかし小さな部屋ではこれができない。部屋に対して大きすぎるスピーカーを入れてしまうと、設置の自由度が無くなってどうしようもない結果になる。これが、

「小さな部屋でに大きなスピーカを入れても実力を発揮できない」

理由だ。

 

 

定在波の改善に伴う弊害

 定在波の影響を改善する方法は2つある。一つは部屋から平行な面を無くすこと。もう一つは吸音材を貼ることだ。どちらかの方法で定在波を改善できれば、スピーカーを壁に寄せてその実力を発揮できるようになる。

 平行な面を無くす方法は反射壁のサイズが対象の波長に近くないと効果が無く、傾斜角度も波長との関係がある。低周波の波長は数メートルになるため、絵画の額をちょっと傾けたり、室内に壁掛けを追加したくらいでは効果が無い。創造の館リスニングルームのように勾配天井が効果的だが、新築時に計画しないと難しい。

 吸音材を貼る方法は容易だが、無暗に吸音すると部屋の残響が減ってデッドな環境になってしまう。音楽を楽しむためには、残響時間も大切な要素だ[1]

 とはいえ、小さな部屋で出来るだけいい音を出したい場合や、部屋に対し大きすぎるスピーカーを入れてしまったとき、リカバリーする方法は「吸音」しかない。

 

 

ポイントは部屋の「角」にあり

 部屋の残響を犠牲にせず、定在波を抑える方法はないものか。この答えは、上述した「部屋の角がすべての固有振動モードで腹になる」特徴に注目することで導かれる。

 定在波を抑制するための吸音材は、すべての固有振動モードが腹になる「角」に置くのが最も効果的で、部屋の壁面すべてに貼る必要はない。角に吸音材を配置するだけで、効果的に定在波を低減できる。

 小さな部屋では角の吸音だけでは効果が不足する場合がある。角の次に効果があるのが「隅」だから、部屋の角と隅が吸音材を設置する場所の候補になる。

 使う吸音材は材質より厚みが重要になる。吸音材は、少なくとも20cm以上の厚みが要る。このような目的で作られた商品にオトピタ03がある。オトピタは納まりが綺麗だが、どのくらい必要かわからないし、沢山使うとコストがバカにならない。低コストで厚みのあるものを探してほしい(抱き枕でもよい)。創造の館リスニングルームでは角と隅に穴あき石膏ボードを使い、背後の断熱材を吸音層に充てた。

 

 

吸音材は測定しながら適材適所、必要最小限に

 吸音材の適切な設置場所や量は部屋により異なる。余分なものを設置しないためにも、聴感と試行錯誤ではなく測定を併用するのが望ましい。部屋の角に小型スピーカーを置いてピンクノイズなどで音響加振し、部屋の別の角(床や天井付近)で測定すると全部の定在波を一度に観測できる。

teizaiha1 左は定在波の測定例。75Hzとその2倍のピーク(矢印)が定在波。3倍は励振されていない。定在波は共鳴の一種なので、振幅の成長や減衰する時間が遅い。イコライジングやアンプの自動音場調整機能を使って音圧レベルだけ見た目だけフラットにしても意味が無いのはそのため。

 
 

 定在波の周波数が判明したら部屋の寸法から定在波の周波数を計算して確認する。定在波の概略周波数は、170/壁間距離(m)の整数倍になる。定在波の最も低いピーク周波数がわかったら、この周波数で正弦波を連続再生しておいて、吸音材を配置しながら解消を図る。測定に使うツールはWaveGene,WaveSpectraで十分。録音はICレコーダーが便利だ。

 

 以上の対策が終われば、スピーカーの性能を100%引き出すためのセッティングにトライできる。定在波さえ抑えてしまえば、室内音響で難しい課題はあまり無い。

 

<参考購入先>
抱き枕 コーナーと隅の吸音に使える抱き枕
布団のワタ 抱き枕の中身がビーズの場合はこれに入れ替えてください
スポンジブロック 厚み10cm以上のものが吸音材に使えます
オトピタ03
コーナー用の吸音材 値段が一桁高いです。大型のぬいぐるみが代わりに使えます
ソニーICD-UX マイクロフォンの特性がフラットで測定に向くお勧めのICレコーダー。1つ持っていると便利です

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創造の館リスニングルーム

<参考文献>
[1]リスニングルームの設計と製作例 加銅鉄平著 設計バイブル。12畳で0.50Sec、20畳で0.55Secが一つの指針です