スタジオ音響設計の基礎 【スタジオの防振・遮音・音場計画の留意点】

工事部 金沢 克行

1. はじめに

「スタジオ」と一言で云っても、音楽専用の録音スタジオや練習スタジオ、TVスタジオやビデオスタジオ、 AM/FMラジオスタジオ等と、用途によって様々種類が有ります。
更にその中は、録音スタジオにはドラムを代表する各ブースやコントロールが、デジタル化を進めているTVスタジオにはMAスタジオやアナウンスブース ・効果音室や副調整室等が有って、異なった音響性能を持つ部屋に細分化されます。 そして音響性能はスタジオの良否を評価する場合の大切な機能のひとつになります。

それが不十分なものであれば満足のいく制作、クオリティの高い作品も出来ないでありましょう。ともあれ、 乱暴に言ってしまうと表題に有ります防振と遮音は部屋の性能差で多少、施工方法に差が出ますが、大凡は変わりません。
部屋の使い勝手によって大きく差が出るのは音場計画で、部屋形状の決定や吸音・反射・拡散などの音響処理を行うのも、 用途や客先のニーズに合せ音場計画を施すからです。

一方、スタジオの広さや高さ、各部屋へのアクセスの良さ、空調・照明の快適さを考慮した意匠デザインは、 そこを使う人達=エンジニアに居心地の良い空間を提供する事で、大切な必須要素になります。
スタジオの音響設計は、限られた建築条件の枠内でプロフェッショナル・ユースとして求められる基本的な音響性能を満足させる事が大前提ですが、 計画するスタジオの目的や運用を明確にした設計コンセプトに基づいて、バランスの良い空間デザインを提供する為の 「音響的なアプローチ」である、という認識が必要だと思っています。

今回は、「スタジオ音響設計の基礎」というテーマで基本的な考え方と施工の留意点を述べてみたいと思います。

2. スタジオに求められる音響性能

スタジオでは下記A、B、Cのような基本的な音響性能が必要になり、それに基づいて計画を進めます。

  1. スタジオ作業に支障のない静けさである事。⇒ 暗騒音レベル
  2. 隣室や上下階に許容限度以上の音漏れない事。 ⇒ 遮音性能
  3. スタジオ作業に適切な響き、音環境である事。⇒ 室内音場

すなわち、各々のスタジオの規模や用途に応じた音響計画を行うわけですが、 具体的には音を遮断するための遮音計画と室内の響きを調整するための音場計画の2本立てで検討を行います。

3. 遮音計画

録音が行える静かな音環境の部屋を創る為には、騒音だけではなく振動も遮断してあげなくてはなりません。 計画に際してはこのような立地条件の良い場所を選定する事が望ましいですし、部屋の配置計画を行う場合でも、 大きな音を発生する部屋と静けさを要求される部屋はなるべく避けるようにします。

図-1は建物内外の騒音源から音・振動が伝搬する様子を示しますが、地下鉄や空調機・ エレベータ等の振動は建築の構造体を伝搬して内装材を揺らし、室内に音として放射されます。
この「固体音」と呼ばれる成分を遮断しなくてはなりません。

建物内外の騒音源からの音・振動の伝搬
図-1 建物内外の騒音源からの音・振動の伝搬

歩行音や扉開閉時の衝撃音も同様です。更に、スタジオでの演奏音やコントロールルームのモニター音のような大きな音に対しては、 ビルの躯体に入射して振動成分として構造体を伝搬して再び音として放射される「二次固体音」の成分も無視出来なくなります。
遮音された静かな空間ではS/Nが良くなりますから、小さな音でもはっきりと聞こえるようになるのです。

これは夜中に時計の音がうるさく感じられるのと同じです。したがって、静かな音環境を創る為には、 空気音だけでなく振動成分も遮音する必要が有り、「音」と「振動」の両面を検討します。

1.静けさのレベル

通常施工される間仕切り壁(固定遮音壁)は、ボードを何層も貼ることによって遮音性能を向上させる事は出来ますが、 ある段階から頭打ちとなり、どんなに壁を厚くしても先に述べた二次固体音の影響によって一定以上の遮音性能が得られなくなります。

これは振動の減衰が音の減衰と比べて極めて小さいことによります。固定遮音層だけで得られる遮音性能としては 65~70dB/500Hz程度が目安となります。
すなわち、この振動から来る「固体音成分」の発生音が空調音等の音によってマスキングされて気にならない程度の大きさならば、 空気音を遮音する為の間仕切り壁だけで良いわけです。

固定遮音構造と浮遮音構造
図-2 固定遮音構造と浮遮音構造

ところが、それ以上の静けさが必要な場合には、固定遮音層の内側に「浮遮音構造」と呼ばれる防振構造が必要になるわけです。

図-2は固定遮音と浮遮音の二重構造概念図を示します。

遮音計画の基本的な考え方は、スタジオの使い勝手やグレードに応じて必要とされる静けさのレベル、NC値を設定し、 周辺騒音の大きさと目標の静けさから、「浮遮音構造」を採用するかどうかを含めて、具体的な必要遮音量を設定し、 その遮音量から床・壁・天井の騒音伝搬経路毎に遮音構造の検討を行い、決定していきます。

なお、浮構造が必要になる静けさのレベルは一般的には NC-25が目安になります。 参考にスタジオの許容NC値の推奨値を下表に示します。

表-1 スタジオの許容NC値の推奨値

室名 NC値
録音スタジオ NC-15~20
テレビスタジオ NC-20~25
アナウンスブース NC-15
コントロールルーム NC-20~25
編集室、ダビング室 NC-30~35
エコーマシンルーム NC-25
音楽専用ホール NC-20
映画館 NC-20~25
会議室 NC-30~35
事務室 NC-35~40

2.遮音

スタジオでの演奏音やコントロールルームにおけるスピーカのモニター音が周辺居室へ及ぼす影響については、 周波数毎に実測した音量を基に周辺居室への透過音を検討し、その音圧レベルが許容される範囲かどうかの判断を行います。
通常、透過音が周辺騒音に紛れる、すなわちマスキングされて聞こえにくくなる為には、 各周波数帯域共に透過音レベルが周辺騒音の5~10dB以下にすることが理想的です。
また遮音には、「質量則」と呼ばれる関係が成り立ち、その遮音量は実用式として、下式で計算されます。

TL:遮音量(dB)
f:周波数(Hz)
m:面密度(kg/?)

この計算式から、周波数が高いほど遮音性能が良く、面密度が大きい、すなわち重い材料ほど遮音性能が良いという事が解ります。
したがって同じ厚さの材料であれば合板より石膏ボード、石膏ボードよりガラス、ガラスより鉛板と云うように、 密度の大きい材料の方が大きい遮音性能を得ることが出来ます。
また、材料の厚さが2倍になっても遮音性能は5~6dBしか向上しない事も解ります。厚さ150mmのコンクリート壁は50dB/500Hzの遮音性能を持っていますが、 厚さが2倍の300mmになっても 56dB/500Hzの遮音性能にしかなりません。

3.浮遮音構造

浮遮音構造を採用した場合、計画に際して床の耐許容荷重が要チェック事項です。一般的な事務所ビル建築の場合は通常300kg/?で設計されてますから、 石膏ボードなどによる乾式浮床工法を用いるなどの方法も有りますが、その条件が音響設計上の大前提になると云う事です。

通常、計画当初からしっかりした音響構造のスタジオを設計しようとすれば、500kg/?以上の許容積載荷重が必要になります。
防振材料としては、一般的に浮床には防振ゴムかグラスウール、浮天井では防振ハンガー、 浮壁は地震時の水平力対策として防振振れ止ゴムを使用します。
また、防振ゴムの固有振動数は10Hz以下に設定される事が多いのですが重要なのは、固有振動は防振ゴムのたわみのみによって決定されるという事です。
すなわち、防振ゴムは決められた使用荷重範囲の中で、適切なたわみ量が無ければ規定の固有振動数を得る事は出来ません。

施工時では一般部床下と壁下のゴムとでは、壁重量が部屋周囲部床に架かる分、壁下の重量が大きくなるので、 ゴム1ヶ当りを同荷重で同じたわみになるように、壁下のゴムをピッチ配列します。

防振ゴム浮床詳細図
図-3 防振ゴム浮床詳細図

図-3は防振ゴムを使用した浮床詳細図の一般例を示します。
なお振動絶縁上、浮構造と固定構造は切り離す必要がありますから、通常その隙間はエキスパンション・ジョイントとしてコーキング等による処理を施します。

4.設備対策

浮構造を貫通する空調ダクトは防振ハンガー吊りし、カンバス等を使用した振動絶縁処理を施します。
また、電気配管には遮音(防振)カップリングを用いるか、振動を伝達しにくいフレキシブル配管(CD管)等を使用して配管します。

一方、目標とする室内暗騒音レベルを確保する為に、建築的な遮音構造だけではなく空調設備の消音計画を始めとして、 遮音構造を貫通する空調ダクト、電気設備、防災設備、並びに弱電設備の配管処理を同じ遮音レベルで施工する必要があります。
すなわち、遮音層貫通部の遮音処理や浮構造部分での振動絶縁処理を確実に行う必要があるのです。

特に空調設備については、空調ガラリやダクトの管壁から侵入した音がダクト内を伝搬して隣室のガラリやダクトの管壁から透過する「クロストーク」と云う側路伝搬の影響が大きい為、要注意です。

5.電波シールド対策

ここで音響とは離れますが、電波によるシールド対策について少々記述しておきます。

TVスタジオやラジオスタジオでは機器類に対しての外来電波やインカム電波などの対策が必要となり、 シールド層を設ける必要が生じます。シールド性能は 「20MHz~1000MHz帯域において30dB確保」と云うのが一般的なようです。 シールド層の位置としては貫通の少ない躯体部分か、施工性の良い浮遮音層に施す場合と、場面毎に選択して計画しています。

材料としては、亜鉛鉄板(厚さ:0.3mm)や銅箔(厚さ:0.036mm)、最近では施工性の良いアルミシールドシート材などがあります。 どの材料でも欠損が無ければ60~80dB程度の性能は出るのですが、実際には遮音と同じで窓や扉、 各設備の貫通部等の弱点となる部分で決まってしまうので留意してください。

6.共鳴透過とコインシデンス効果

石膏ボードのような板状材料で遮音層や反射面を造った場合、その背後の空気層がバネの作用をして低音域で共鳴を起こします。 ボード壁を叩いた時「ドーン」と聞こえる、いわゆるボード鳴りと言われるのが、その共鳴音です。遮音的にみると、 この共鳴音と同じ帯域の音は透過し易く、性能が低下します。
この現象が「共鳴透過」と呼ばれます。また音場的にもこの放射音の影響により、音がこもり、抜けが悪い部屋になったりします。 その影響を抑える為には重量があり、剛性の高い構造とする事が肝要です。

また、ガラスや鉄板のような板状の材質が、音波により板が励振されて発生し曲げ波の波長と一致する、 主に高音域の周波数で遮音性能が低下する現象が「コインシデンス効果」と呼ばれます。例えば、厚さ10mmガラスだと、 1.3KHz辺りに遮音性能の落込みが有り、外壁ガラス部で交通騒音の比較的気になる高い周波数の抜けが生じるのはこれの影響です。

スタジオの防音窓に用いる二重ガラス等は、これを避ける為にも板厚の違ったガラスを用いたりします。

4. 音場計画

室内音場の計画は、遮音構造によって得られた静かな空間を、部屋の用途に応じた適切な響きとするために、 その内側のスペースで音場仕様(吸音・反射)の検討を行います。今回は、録音スタジオやMAスタジオといった、 スタジオの中でも難易度の高い部屋について記述致します。

まず、スタジオのレイアウトを行う際に、部屋の形状が出来るだけ不整形になるように考えます。
これは室内に平行となる面がないようにして、音響的な拡散性を高めるためです。対向する壁面が平行である場合、 壁間で音が減衰せずに行き来しますから、高音域ではフラッタリング・エコーを、低音域では定在波という音響障害を生じます。
したがって、必然的に少なくとも片側の壁は吸音面にせざるを得ないのです。計画場所の条件にもよりますが、 音場の質を良くする為に、部屋形状に留意して下さい。

次に、室の吸音の程度を検討します。すなわち、部屋の内装面の何%程度吸音するかを設定します。 「残響時間」は室内の響きの長さを表す物理量として良く知られていますが、下記がその計算式です。

[Sabineの残響式] T:残響時間(秒)
V:室容積(m3)
S:室の総表面積(?)
:平均吸音率(?)
C:音速(m/sec)
[Eyringの残響式]

この式から言える事は、スタジオの形状によって容積と表面積は決まりますから、 残響時間は単純に内装面の平均吸音率(α)で決定されるという点です。

極端に言うと、室内の何処に吸音材を配置しようが、使用される吸音材の量が同じであれば残響時間は同じになるという事です。 ところが、実際の音場では吸音面と反射面の位置によって音質が異なるのは明白な事実ですから、残響時間だけではスタジオの音場は設計出来ない事が解ります。

マイクポジションで音が変化するように、楽器との位置関係が大切で、その位置関係に基づいた反射面と吸音面のレイアウトが重要になります。
大まかには、楽器の背面は反射面とした方が力強い音が録れるし、ミュージシャンにとっても演奏しやすい響きが得られます。

このように楽器の位置を想定し、低音域から高音域までバランスの良い吸音面・反射面の配置を行い、 適切な室内平均吸音率が得られるように考えるのが「音場計画」です。

但し、波長の長い低域の吸音処理にはその周波数の1/4程度の吸音スペース・・・100Hzでは約90cmの奥行き・・・が必要になりますから、 音響計画では天井や壁のコーナー部などを有効活用して、低音域の吸音処理を行います。

1. 吸音面の処理

内装仕上の背後で見えないスペースを活用して、どのような吸音処理を施すかがスタジオの室内音場を左右する重要なポイントになります。
その意味で、吸音面の仕上材としてよく使用されるクロスは音響的に透明な材料であることが理想的なわけですが、 厚い素材の場合には高音域では吸音率が上昇し、また中低音域では膜構造の吸音特性により特徴周波数で吸音ピークを持ちます。
これが聴感上、音質的な抜けの良さを低下させる要因の一つになっています。クロス仕上を多用した場合、 高音域の反射音成分補強として、クロス仕上の表面に中高音域を反射・拡散させる為のスリット材などを設置して対応します。
サウンドトラップは合板の両側にグラスウールを貼付けた物ですが、大きさによる差異は有るが、 100Hz以上の周波数帯域からフラットな吸音に有効で天井や壁に計画的な分量で吊り下げて使用します。

2. 反射面の処理

反射面の構造も室内音場には重要です。板状の材料では、材質や厚さと背後空気層の関係による共鳴周波数、 また下地材のピッチによる板振動の共振周波数を持っています。
音波が入射するとその共鳴周波数で反射構造は励振されて共鳴音を放射します。すでに「共鳴透過」の項でボード鳴りのことを記述した通り、 音が入射した場合、この共鳴音が小さいレベルですが放射され、低音域の音のこもり、抜けの悪さにつながります。
したがって、できるだけ重量と剛性がある、重くて硬い材料の方が質の良い反射音を得ることができます。
建築材料の中では、例えばブロック、レンガ、石材等であり、板状材料でも厚く硬いセメント系の材料等が好ましいと言えます。
下地構造を補強して剛性を高める方法も有効です。この事は遮音層の構造についても言えることですが、 建物の耐荷重など構造条件の範囲内でその音響構造を決定することが必要になります。

3. 拡散処理

音質に偏りの無い均一な音場を得ようとすると、音を色々な方向へ反射させる方法が有効です。 それが「拡散」ですが、その為には波長に見合った拡散形状の音響構造を工夫します。
例えば、屏風型・シリンダー型・リブ型等が有ります。但し、同じサイズの拡散リブを同じピッチで取付けた場合には、 同じ波長の周波数を強める事になりますから、そのサイズとピッチには留意が必要です。

4. スピーカの設置方法と部屋の形状

コントロールルームでスピーカと部屋形状を考えた場合、その位置関係を前提とした音場計画が重要になります。 コントロールルームの音源はモニタースピーカであり、受音点はミキサーポイントになります。 反射面と吸音面の配置によって大別すると図-4に示されるように4種類に分けられます。

コントロールルームのタイプ
図-4 コントロールルームのタイプ

A. ライブエンド・デッドエンド型
無限大バッフルの考え方に基づいてSP側が反射性、後壁側が吸音性のタイプ。量感が豊かで音質はソフトな傾向。 解像度はややあまく、音像は厚く平面的になります。

B. デッドエンド・ライブエンド型
SP周辺からの初期反射音を無くす為、SP側を吸音性、後壁側を反射性としたタイプ。 量感は少なくなりますが音質は素直で透明感があり、定位感・解像度が良く奥行き感もあります。

C. 分散配置型
吸音面と反射面の配置や音響的な拡散処理を分散し、より均一に配置するタイプ。 位置による音質差が比較的少なく、音質はソフトな傾向。音の抜け・解像度・透明感はやや落ちます。

D. 中間的なタイプ
(A)と(B)の吸音面に反射や拡散を追加するタイプ。音場的には各々の中間的な傾向になります。

どのスタイルが最良の方法であるという事ではなく、運営方針やエンジニアの好みによって設計スタイルを選択し、 クオリティの高いモニター音場となるように音響調整を通してシステムとのマッチングを図っているのが現状です。 またスピーカの設置方法も音質に大きく影響する要因で、バッフル壁内にビルトインする場合、 置き型・吊り型・背面固定型・ダブルエンクロージャー型等があり、スピーカの特徴や設置条件を加味して検討する必要があります。

5. ビルの階高

スタジオ計画を行う場合、見落とされがちなのがダクトや消音ボックスなどの空調用のスペースです。 ダクト経由のクロストークを考えて、このスペースは浮遮音天井の上部に確保し、仕上天井裏は吸音処理のスペースとして確保したいものです。 そのためには計画的に、充分な階高を必要とします。

5. おわりに

スタジオ音響設計の考え方について述べてきましたが、やはり音響的に自由な設計が出来た方がクオリティの高いスタジオ計画につながります。
したがって、スタジオを新設しようとする場合、計画のコンセプトを明確にすることがまず大切ですが、 出来るだけ早い段階でそのプロジェクトに音響専門会社を参加させた方が満足度の高い計画につながると思います。
共通の目標をめざしてディッスカッションを繰り返し、イメージをふくらませて具体化する事が私達、 音響専門会社の仕事であると考えています。

【参考資料】

参考図の一部は以下の書籍から引用しています。
「新版 建築の音響設計」永田 穂 著(オーム社)

-----このレポートは、(社)建築設備技術者協会、出典の「建築設備士:スタジオ特集」2003年4月号に掲載された同名の報告に一部加筆したものです。-----



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