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森の中で感じる果てしない空間のひろがり。無数の木々が懐深く連なる森の中は、低域の抜けの良さと中高域の緻密な響きが得られる理想の音場といわれています。私たち日本音響エンジニアリングはこうした森の音響効果に着目し、国内外のスタジオ造りにおける豊富な実績と長年培ってきた音響シミュレーション技術を駆使し、新しいルーム・チューニング機構「Acoustic Grove System (AGS)」を開発しました(特許・意匠登録済)。

森の中の音場とは

森の中は、無数の木々が奥深くまで連なっています。森の中で発せられた音は、手前の木々の幹で散乱されるもの、木々の間を通過し少し奥の幹で散乱されるもの、さらには木々の間で乱反射を繰り返しながら奥深くまで進んでから戻ってくるものなど、複雑な散乱が繰り返されることで中高域の音は緻密な響きとなって返ってくると考えられます。一方、低域の音は、木々の幹の大きさに比べて波長が長いため散乱の影響は小さく、こもることなく抜けていきます。

森林の音環境に関する研究について

このような森林によって生み出される残響の他に、森林の中を伝搬する音は、オープンな屋外や壁に囲まれた屋内とは違う、特殊な振る舞いをすると考えられています。森林の存在による騒音低減効果や、森林内の地面と木々による吸音効果などがあり、こうした森林の音環境について古くから様々な研究者によってそれらの解明が試みられ、数多くの研究成果が発表されています。

AGSが室内の音場を大幅に改善します

私たちも、こうした森の不思議な音環境に魅力を感じ、森の木々に模した拡散機構によって音波が特殊な振る舞いをすることに着目した研究を行っています。また,人は誰でも森の中にいると不思議な居心地の良さを感じることと思います。私たちはこうした森の音響メカニズムと居心地の良さとの結びつきを探るところからAGSを開発しました。 従来の、特にコンサートホールのような大空間ではない狭い部屋における音響設計手法では、反射面と吸音面の組合せになりがちなため反射音に不自然で特異な特性が生じます。また,小さい部屋で大音量を発すると音響エネルギーが飽和し,音が歪み抜けの悪い音場となります。このような音響障害を回避し,森の中のような理想的な音響空間を実現するための機構としてAGSを考案しました。

もたらす効果

AGSがもたらす音響効果は大きく3つあります。
1. 低域の"部屋鳴り"の抑制
2. 中高域の緻密な響きの実現
3. 部屋の用途に応じた吸音特性のコントロール
これら効果により、「明確な音像定位」と「心地よい響きと音の拡がり」が両立し、低音の抜けの良さと癖のないナチュラルな響きをもたらす、従来にない斬新な音空間を実現可能にしました。

"部屋鳴り"とは

リスニングルームのような小さな閉空間では、低音域で部屋の寸法に応じた定在波が起こります。いわゆる『部屋鳴り』と呼ばれる現象です。低域の"抜け"の悪さや、ブーミーな音場、狭い部屋独特の閉塞感は、この定在波の影響によるものです。一方、森の中は閉ざされていない空間であるがゆえ、低域が理想的に"抜け"、空間の狭さを感じません。AGSは、小さい部屋の中でも"部屋鳴り"を感じさせない"抜け"の良い低音再生をもたらし、森のような開放的な音場を実現します。

AGSによる定在波の緩和効果

これまでの定在波対策は、部屋の隅などに吸音体を設置する等の手法が一般的でした。しかし、実際には低域に対してはあまり効果がなかったり、音の艶や心地よい響きに関係する中高域が過剰に吸音されてしまう、という問題がありました。AGSでは、このようなデメリットを伴うことなく、低域の音場改善ができることが特長です。 定在波による音圧のピーク・ディップは、リスニング位置によって低域の聞こえ方が大きく異なるだけでなく、同じ場所で聞いていても周波数によって聞こえ方に大きな差が生じます。例えば、ベースのある音程が大きく聞こえるかと思うと、別の音程がほとんど聞こえない、といったバランスの悪い音場になります。ここでは模型実験の結果を用いて、AGSの効果を説明いたします。 下の図はAGS設置による定在波の改善効果を表したものです。横7.1m、縦5.0mの直方体の部屋で、「音源SP」位置を音源とした際の、AGS設置前(左図、四面とも壁面)・設置後(右図、一面にAGSを設置)における音圧分布(80Hz)を測定した結果です(縮尺模型実験結果。室寸法、周波数は実物換算値)。AGS設置前後の様子を比較すると(青色破線で示す範囲)、設置後には音圧のピーク・ディップが部屋の一面だけに設置されたAGSにより大幅に緩和されている様子がわかります。

緻密な響きのメカニズム

下の図は2つの壁面による反射の様子のコンピュータシミュレーション結果です。左の図は硬くフラットな壁面による鏡面反射、右の図のAGSによる"緻密な響き"の様子を表しています。鏡面反射では、スピーカからの直接音(Direct)の直後に、レベルの強い単一の反射音(Reflection)が到来します。スタジオやリスニングルームなどの小空間の場合、直接音と反射音の時間差は一般に短く、直接音と反射音が融合して色づけされた"癖のある音"として聴こえることがあります。また、コンサートホールのような大空間では直接音と反射音の時間差が長く、フラッターエコー等の音響障害を引き起こしてしまいます。こうした現象は音源本来の正しい評価を妨げるため、音作りの現場では、極力このような反射音を排除した吸音性の音場が求められてきました。吸音処理された空間を専門用語では"デッド(dead)な"音場といいます。反対によく響く空間は"ライブ(live)な"音場といいますが、これらの反射音を避けるために吸音過多になると、音を楽しむ空間としては、時としてつまらない音場になってしまいがちです。 一方、AGSによる反射の様子ですが、直接音と波面が揃ったいわゆる鏡面反射を起こすことなく、AGSによって入射した音が散乱され、吸音によってエネルギーを急激に損なうことなく、レベルの小さな反射音が時間的にも空間的にも分散して生成されている様子が分かります。このような音波の散乱現象によって"緻密な響き"が生まれます。

緻密な響きの実測

コンピュータシミュレーションのデータを検証するために、実物のAGSにおいても反射特性を計測しました(写真)。下の図は、硬くフラットな壁面とAGS、それぞれの実測した反射エネルギの時間変化を表しています。フラットな壁面の場合(上図)、シミュレーション同様、鏡面反射によるレベルの大きな反射音がみられます。このように直接音とのレベル差がない反射音は先に述べた通り音質に悪影響を及ぼします。さらに一度壁面で反射した音は、音源スピーカのキャビネットとの間で、何度もフラッターエコーを発生させている様子も確認できました。わずか20cm×40cm程度のキャビネットでもこれだけ音を反射していることに驚かれるのではないでしょうか。 一方、AGSの場合(下図)は、レベルの強い単一の反射音はみられません。直接音に比べはるかにレベルの小さな反射音エネルギが時間的に分散して緩やかに減衰していく様子が分かります。このような特性により、直接音のクリアさを損なうことなく"緻密な響き"となります。もちろんフラッターエコーも発生していません。

これまでの吸音材料の問題点

スタジオやリスニングルームといった音響的なクオリティが求められる部屋では、用途に応じた吸音力のコントロールが求められます。楽器のアコースティックな響きが重視される部屋から、声の明瞭度が必要とされる部屋まで、求められる要素が様々なためです。これらの調整のために、これまでは吸音材料を主体とした音場調整が行われてきました。 吸音材料の代表にグラスウール(ガラス繊維でできた吸音材料)などがあげられます。一般に吸音材料は、低域よりも高域の吸音力が大きいため、部屋の各所に多用すると、高域ばかりが吸音され"ツン"と詰まった感じになったり、音に艶がない、つまらないと感じられる部屋になってしまいます。また、吸音過多の部屋では、リスニング位置が少しずれただけで聴こえ方が大きく変わってしまうため、長時間いると疲れる音場となってしまいます。

AGSによる吸音特性の制御

AGSの場合、高域に偏ることなく広帯域にわたって部屋の吸音力を制御できるため、音を聴く楽しさを失うことなく、部屋の用途に合わせて吸音力のコントロールが可能となります。

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