宗像ザビエル聖堂の音響と改修
大場 梨那 1. はじめに カトリック教会の聖堂は，礼拝だけでなく，司祭や神 父の説話を聞く場や，宗教音楽や聖歌を演奏する場と しても使用されてきた。したがって，聖堂の音響は建築 の性能として無視できないと思われる。しかし，適切 な音響設計が施されていることはごくまれであり，説 話の声が聞きにくい，場所によって聞こえ方が異なる などの問題点が指摘されている1) 2) 3)。 このような背景を踏まえ，聖堂の音響特性を知るた め，福岡県宗像市に移築された宗像サビエル聖堂 (図-1) の調査を行った。調査によって音声の聞きにくさが問 題視されたため，幾何音響シミュレーションを用いて 聞きにくさ改善のための検討を行った。これらの提案 を受け，聖堂に音響改修が講じられた。そこで，改修 後の音響を把握するために実測を行った。更に，改修 後の効果を検証するため単語了解度試験及び文章の聞 きにくさ評価実験を行った。 2. 実測調査 2.1 測定概要 聖堂の断面図，平面図及び測定点を図-2 に示す。 聖堂の床面積は 306 m2，表面積は 1,218 m2，室容積 は 1,846 m3である。測定には統合測定システム IMS Ver.2.0 を用いた。音源の位置は会堂前方の説教台 (図 中の S 点) とし，無指向性 12 面体スピーカよりスイー プパルスを発生させ，無指向性マイクロフォン及び双指 向性マイクロフォンを用いてインパルス応答を計測し た。同期加算回数は 8 回とした。音源，測定点は共に床 上 1.2 m の位置とし，測定点は信者席に 18 点を設けた。 当聖堂は天井に 10 個の換気口を有しており，音響測定 は換気口を閉めた時 (CLOSE) と開けた時 (OPEN) の 2 つの条件下で行った。 図-1 ザビエル聖堂の外観 S １ 3 5(m) P03 P01 P04 P06 P07 P08 P09 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P02 P05 図-2 平面図 2.2 測定結果及び考察 2.2.1 残響時間 全測定点 (18 点) における測定結果の平均値を，同 程度の室容積を有するカトリック聖堂の最適残響時間 (図中網掛部) と比較して図-3 に示す。125 Hz の残響時 間は測定点によって値にばらつきがみられたため，平 均値とともに標準偏差をエラーバーで示した。残響時 間は，換気口を閉めた状態でも開けた状態でも，低音 ほど長く 125 Hz で最大となり，また 1,000 Hz でも長 い。最適残響時間と比較すると，聖堂内の残響時間は， 4,000 Hz 以上を除いて長めという結果となっている。 2.2.2 D50 各測定点における D50を図-4 に示す。前方ほど値が 大きくなっているものの，最前列でも 0.4 にすぎず，後 方では 0.2∼0.1 と小さい。このように，本聖堂内の音 声明瞭度は，D50の値からみて決してよいとは言えな 図-3 残響時間 S S OPEN CLOSE 0.14 0.17 0.18 0.14 0.21 0.13 0.16 0.17 0.18 0.13 0.20 0.20 0.24 0.23 0.26 0.28 0.34 0.35 0.31 0.19 0.22 0.24 0.24 0.25 0.33 0.30 0.30 0.36 0.43 0.44 0.35 0.37 0.42 0.21 0.20 0.20 図-4 D50 S S OPEN CLOSE 0.41 0.46 0.39 0.40 0.41 0.38 0.38 0.38 0.39 0.37 0.35 0.40 0.35 0.37 0.32 0.39 0.41 0.40 0.44 0.36 0.38 0.39 0.38 0.37 0.38 0.37 0.34 0.32 0.40 0.31 0.37 0.33 0.39 0.38 0.46 0.45 図-5 RAST I 37-1表-1 各部材の材料と吸音率 (推定値) 㒊ᮦྡ㻌 ⾲㠃✚㻔䟝㻕㻌 ྾㡢⋡ 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz ኳ 595.9 0.01 0.01 0.02 0.03 0.03 0.03 ᗋ 335.3 0.08 0.10 0.10 0.10 0.09 0.07 ቨ㻔䝰䝹䝍䝹㒊ศ㻕 138.0 0.01 0.01 0.02 0.03 0.03 0.03 ቨ㻔ᮌ㒊ศ㻕 137.5 0.15 0.25 0.18 0.09 0.15 0.10 ᰕ 46.2 0.01 0.01 0.02 0.03 0.05 0.05 ❆ 34.4 0.11 0.05 0.04 0.04 0.04 0.03 䝗䜰㻔ධཱྀ䞉⚍ቭ㒊㻕 20.7 0.10 0.10 0.09 0.05 0.05 0.10 䝗䜰㻔ഃ㠃㻕 11 0.15 0.15 0.12 0.07 0.07 0.12 Ẽཱྀ㻌 11.2 0.01 0.01 0.02 0.04 0.05 0.06 ᳔Ꮚ㻌 62.4 0.14 0.15 0.10 0.08 0.08 0.07 表-2 吸音に用いる材料と吸音率 (想定値) ྾㡢ᮦ㻌 ⾲㠃✚㻔䟝㻕㻌 ྾㡢⋡ 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz 䝫䝸䜴䞊䝹 11.2 0.65 0.70 0.75 0.80 0.75 0.85 䝣䜵䝹䝖䜹䞊䝨䝑䝖 77,95 0.05 0.15 0.38 0.65 0.78 0.80 ᗙᕸᅋ 18 0.05 0.15 0.38 0.65 0.78 0.80 い。これは換気口を開けた場合も閉めた場合もほとん ど変わらない。 2.2.3 RAST I 各測定点における RAST I を図-5 に示す。図中の太 字部分は RAST I の評価が FAIR(0.45 以上)，それ以外 は POOR(0.45 未満) となった点である。FAIR となっ たのは，天井換気口を開けたときで 2 点，閉めたとき で 1 点である。 3. 幾何音響シミュレーション 3.1 シミュレーション概要 前項より，ザビエル聖堂は残響時間が長く，音声が 聞きにくいことが示唆された。そこで，響きを抑制し て音声の聞きにくさを改善することを目的として，聖 堂内の吸音処理について幾何音響シミュレーションを 用いて検討した。 幾何音響シミュレーションには音線法によるソフト ウェア (CATT-Acoustics) を用いた。シミュレーション の条件は，放射音線本数 100,000 本，音線の追跡打ち 切り時間 5,000 ms，空気吸収の影響は無いものとした。 音源と受音点の位置は実測と同じとし，モデル内の吸 音率は，残響時間が実測結果に近い値となるように設 定した。各部材の表面積と吸音率を表-1 に示す。 3.2 聖堂内の吸音 聖堂内の吸音処理として，(i) 天井換気口の蓋 (室内 側) にポリウール4)(以下，PW と表記) を貼る，(ii) 床 にカーペットを敷く，(iii) 椅子の座面に座布団を敷く， の 3 つを想定した。 天井換気口は，図-6 に示すように，1 個の面積がお よそ 1.2 m2で，合計 10 個設けられており，背後に換気 口を閉じるため蓋 (金属板) が設置されている。蓋を閉 じたときは金属板によって音が反射されるため，蓋の 室内側をポリウール (密度 32 kg/m3，厚さ 50 mm) で 吸音することにした。なお，ポリウールと金属板の間 には空気層は設けられないため吸音率は “空気層なし” の値を設定した。カーペットはフェルトカーペットと し，図-7 に示す 2 ケースの敷き方を想定した。座布団 は，図-8 に示すように，椅子全面に設置すると想定し， 吸音率はフェルトカーペットとした。吸音に用いる材 料の吸音率 (想定値) を表-2 に示す。 現状を Case 0(換気口:CLOSE) とし，上記吸音処理 (i)，(ii)，(iii) を組み合わせて，次の 3 ケースについて 幾何音響シミュレーションを行った。 Case1 : (i)+(ii)(祭壇のみ) Case2 : (i)+(ii)(祭壇のみ)+(iii) Case3 : (i)+(ii)(祭壇と身廊)+(iii) ⚍ቭ ⚍ቭ ㌟ᗯ 図-6 天井換気口 図-7 カーペット位置 2,000 400 10 単位 :mm 図-8 椅子及び座布団の位置 図-9 EDT 3.3 解析結果及び考察 3.3.1 残響時間 吸音処理した聖堂について，シミュレーションで得ら れた EDT (18 点の平均値) を実測値 (CLOSE) と比較 して図-9 に示す。図中の網掛部は最適残響時間を示す。 いずれのケースも，低域 (125 Hz∼500 Hz) では依然 として残響時間が長すぎる (吸音が不足している) が， 高域 (1,000 Hz∼4,000 Hz) では，3 ケースとも適切な残 響時間となっている。音声の主成分は 1,000 Hz 前後で あることから，音声の明瞭度に関しては，換気口の吸 音と祭壇部分にカーペットを敷く (Case1) 程度の吸音 をすれば十分であると思われる。 3.3.2 D50 D50の結果を表-3 に示す。室の位置によって傾向が 異なったため，受音点 18 点を，前方 (P01∼P07)，中央 (P08∼P11)，後方 (P12∼P18) に分け，それぞれの平 均値を示した。吸音処理によって，どの位置においても D50の値は上昇しているが，最も吸音処理した Case3 においても基準値 (0.5 以上) を満たす点はなかった。と はいえ，Case3 では，後方においても，現状の前方と 同程度の D50の値を確保することができるという結果 である。 3.3.3 RAST I 吸音処理によって残響が抑制され，その結果 RAST I の値もよくなると期待される。そこで，特に残響時間に 37-2
表-3 D50
CLOSE Case1 Case2 Case3
0.36 前方 中央 後方 0.23 0.18 0.39 0.30 0.27 0.41 0.32 0.29 0.43 0.34 0.31 Case0 0.30 0.21 0.20 S S Case3 Case2 図-10 RAST I おいて効果の大きい Case2 と Case3 に着目して検討し た。Case2，Case3 において，RAST I が FAIR になっ た点 (図中の●) を図-10 に示す。 FAIR となる点は，現状 (CLOSE) では 1 点であった が，Case2 で 3 点，Case3 で 9 点となり，吸音処理に より音声の聞きにくさが改善されると予測された。た だし，聖堂中方部の側廊側では，最も吸音処理したと き (Case3) でも FAIR とはならない。 4. 音響改修 筆者らの提言を受けて，ザビエル聖堂は次の 3 つの 音響改修を行った。 (a) 天井換気口の吸音 換気口の蓋 (室内側) にポリウール4)を貼った。 (b) 椅子の吸音 座面に座布団 (120 枚) を敷いた。座布団は移動可 能である。 (c) 床の吸音 祭壇と身廊にカーペットを敷いた。身廊部のカー ペットは移動可能であり，カーペットの位置は前 項の図-7 と同様である。 5. 改修後の実測調査 5.1 測定概要 音響改修の効果を確認するために，対策施工後の音 響の実測調査を 2. と同様の方法で行った。 実測は次の 3 条件で行った。 Case A : (a)+(b)(祭壇のみ) Case B : (a)+(b)(祭壇のみ)+(c) Case C : (a)+(b)(祭壇と身廊)+(c) 5.2 測定結果と考察 5.2.1 残響時間 全測定点 (18 点) における測定結果の平均値を，吸音 対策施工前の換気口を閉めた場合 (CLOSE) と比較し て図-11 に示す。図中の網掛部は，同程度の室容積を有 するカトリック聖堂の最適残響時間である。対策によっ て残響時間は短くなり，吸音処理が多いほど残響時間 は短くなっている。最適残響時間と比較すると，低域 と高域では残響時間が短すぎてしまったが，いずれの 対策も最適残響時間となる周波数の範囲が広くなった。 5.2.2 D50 各測定点における D50と推奨値 (図中網掛の範囲) を 図-12 に示す。どの測定点の値も，施工前よりも大きく なって推奨値に近づいている。対策による差は最大で 図-11 残響時間 Point 図-12 D50 Point 図-13 RAST I も 0.04 程度であり，D50の値からは適切な対策はどれ であるかを明確に判断できない。ただし，対策前は推 奨値を満たす点は全くみられなかったが，対策によっ て P02，P03，P07 の 3 点が推奨値を満たした。聖堂前 方の中央付近では音声明瞭度が改善したと言えよう。 5.2.3 RAST I 各測定点における RAST I を図-13 に示す。図中に網 掛で示している範囲が FAIR の評価である。どの対策で も CLOSE よりも評価が向上しており，Case C では 1 点を除いて FAIR の評価となり，P09 でもほぼ FAIR に 近い値となった。音声の聞きやすさの観点からは，Case C(天井換気口の吸音，祭壇と身廊のカーペット，椅子 の吸音) の状態が適切であると言えよう。 5.2.4 相対音圧レベル 吸音対策を行ったことにより音圧レベル分布も変わっ たと思われる。そこで，最も吸音を施した Case C の 音圧レベル分布を測定した。すなわち，音源位置 (図-2 の S) からホワイトノイズを放射したときの各測定点の A 特性音圧レベルを測定した。結果を施工前の換気口 を閉めた場合 (CLOSE) と比較して図-14 に示す (P01， P04，P08，P12，P16 の 4 点)。音圧レベルが最大値と なった点 (P03) を基準とした相対レベルで示している。 対策前 (CLOSE) には音圧レベル差は最大 3.8 dB あっ 37-3
Point 図-14 相対音圧レベル たが，対策後 (Case C) ではレベル差は最大 6.6 dB とな り，音圧レベル分布のバラつきが大きくなった。6.6 dB という差は聴感で感知できる値であり，聖堂の前方と 後方で聞こえ方に差が生じるかもしれない。 6. 単語了解度試験と文章の聞きにくさ評価実験 6.1 実験の目的と概要 聖堂内を吸音対策したことによって，残響時間が短 くなり，D50，RAST I も向上したことを確認した。そ こで，聴感的にも聞きにくさが軽減したのかを調べた いと考え，無響室内にザビエル聖堂の模擬音場を構成 して，被験者を用いた単語了解度試験及び文章の聞き にくさ評価実験を行った。なお，被験者には正常な聴 力を有する 22 歳∼25 歳の男女計 6 名を用いた。 6.2 試験用音声 単語了解度試験には「NTT アドバンステクノロジ株 式会社 親密度別単語了解度試験用音声データベース」 5)に収録されている単語の中から，親密度群 3(親密度 4.0∼5.5) のものを 300 語，親密度群 2(親密度 2.5∼4.0) のものを 300 語の計 600 語を用いた。文章の聞きにくさ 試験には「NTT アドバンスドテクノロジ株式会社 音素 バランスデータ」6)に収録されている音源 1000 文から 300 文を選んで使用した。インパルス応答は，CLOSE， Case A，Case C の 3 条件中から RAST I 値に差のみ られた P05(中方)，P13(後方) において測定したもの， 計 6 種類を用いた。それぞれの単語及び文章に上記の インパルス応答のいずれかを畳み込んだ。 6.3 実験方法 試験音源を 50 個ずつに分けてランダムに被験者に提 示した。単語了解度試験では，回答用紙に「聞こえた 単語」を記入させ，さらに「聴き取りにくさ」7)を評 価してもらった。文章の聞きにくさ評価実験では，聞 きにくさを 10 段階で評価してもらった。 6.4 実験結果及び考察 6.4.1 単語了解度 6 人の被験者の単語了解度の平均値 (%) を表-4 に示 す。P05，P13 のいずれにおいても，吸音するにつれ て (CLOSE → CaseA → CaseC) 単語了解度が上昇し ており，吸音対策によって音声の聞きにくさが低下し たことが確認できた。また，これら全ての結果におい て，統計学的に有意差 (有意水準 5%) がみられた。単 語の親密度別に結果 (表-5) をみると親密度の高い単語 は，Case A と Case C でほとんど了解度に差がみられ なかった。これは，親密度の高い単語では，実際には よく聞き取れなかった単語も推測で回答して正解とな り，一方，親密度の低い単語では普段聞きなれない単 語が多いため推測による回答が困難であり，その結果， 差がはっきりと出たと考えられる。 6.4.2 文章の聞きにくさ 文章の聞きにくさの評価結果を，被験者ごとに図-15 に示す。被験者ごとに傾向は異なるが，吸音対策するに 表-4 単語了解度 (%)
CLOSE Case A Case C
P05 59.7 69.0 73.5
P13 47.2 58.7 63.2
ᖹᆒ 53.4 63.8 68.3
表-5 単語了解度 (親密度別)(%) ぶᐦᗘ CLOSE Case A Case C
㧗 65.6 77.6 78.6 ప 41.4 50.2 58.2 ᖹᆒ 53.4 63.8 68.3 被験者① 被験者② 被験者③ 被験者④ 被験者⑤ 被験者⑥ 文章の聞 き に く さ (点) 図-15 文章の聞きにくさ つれて聞きにくさが軽減されていることがわかる。ま た，これらの結果には統計学的にも有意差 (有意水準 5%) がみられた。 7. むすび 聖堂の音響特性を知るため，福岡県宗像市に移築さ れた宗像サビエル聖堂の音響調査を行ったところ，明 瞭度に問題が見られ，また聖堂関係者からも “音が響い て声が聞き取りにくい” という感想を聞いた。これら を解決すべく，幾何音響シミュレーションに基づいて 吸音対策案を提示し，実際に改修を行った。改修後に 再度実測調査を行った結果，残響時間が低減され，音 声の明瞭度を示す D50及び RAST I の向上も確認され た。更に，改修後の効果を検証するため無響室内に模 擬音場を作成して単語了解度試験及び文章の聞きにく さ評価実験を行ったところ，単語了解度は向上し，聞 きにくさも軽減することが確認された。 参考文献 1) 大谷知世, 渡智賀, 安岡正人: 教会の音響特性に関する事例研究– 日本キリスト教団中目黒教会 (150 席) の室内音響特性–, 日本建 築学会大会学術講演梗概集, pp.299-300 (2001.9) 2) 向井ひかり, 佐野史郎, 矢野博夫, 橘秀樹: 教会の室内音響特性 に対する現状調査, 日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.31-32 (1995.8) 3) 越智寛高, 藤井広義: 宗教建築の室内音響特性の実測例 日本の教 会建築, 日本建築学会大会学術講演梗概集, pp.81-82 (1998.9) 4) 藤本一寿, 穴井謙, 古賀慎一: ポリエステル不織布の吸音率に関 する実験的検討, 日本音響学会建築音響研究会資料 AA2004-33 (2004.6) 5) 天野成昭, 近藤公久, 坂本修一, 鈴木陽一: 親密度別単語了解度 試験音声データベース (FW03), NTT アドバンステクノロジ株 式会社 (2003) 6) NTT アドバンステクノロジ: 音素バランスデータ CD-ROM 広 帯域版, NTT アドバンステクノロジ株式会社 (1997) 7) 佐藤逸人, 森本政之, 佐藤 洋: “聴き取りにくさ” による音声伝 達性能の評価, 日本音響学会誌, 63(5), pp.275-280 (2007) 37-4
