ステージは第2の響板 ―ピアノの基音はホールでは実在する―

1.1　はじめに

前回公開したブログ記事「ピアノの最低音A0。その音は、物理的に存在するのか？　―「幻の基音」の知覚境界とは　―」で、ピアノの低音についての考察、すなわち、ピアノの最低音部においては、物理的な基音は放射されておらず、私たちの脳が失われた基音を補完してピッチ感を生み出していることを明らかにしました。

しかし、私のこれまでのレコーディングの経験に照らすと、実際にコンサートホールのステージにグランドピアノが設置され、演奏される状況では「幻の基音」だけでなく、実体としての基音そのものがコンサートホールに響いているという実感があります。聴衆や演奏者は、単なる倍音の合成音としては説明しきれない、身体を震わせるような低音の「圧力」や「実体感」を感じている。これは、「ピアノ響板からの空気伝播」のみを考慮したモデルでは説明がつかないものです。そして、コンサートホールで収録したピアノの音源をスペクトルアナライザーにかけると、低音の周波数に基音と思われる音の強度が認められることからも、そのことは裏打ちされることだと思います。

そこで、この記事では「ステージは第2の響板して機能」するという仮説を立て、コンサートホールではピアノの低音部の基音が実体として放射されているということを考察します。

ステージは第2の響板　―ピアノの基音はホールでは実在する―STUDIO 407

0:00

1.2　問題提起と仮説　－ステージは第2の響板－

「ピアノがコンサートホールのステージに設置された場合、ピアノの弦の響きがピアノ本体と脚を固体振動として伝わり、ステージにまで届くと思われる。その場合、広々としたステージは低音の基音を放射するのに充分な面積があるため、ステージが低音の基音を充分に放射している可能性がある。」

この仮説は、楽器単体ではなく「楽器とステージ床面」を一つの結合振動系（Coupled System）として捉える視点であり、極めて合理的かつ物理学的な洞察に基づいています。もしステージ床が巨大な振動板として機能しているならば、波長12.5メートルの基音であっても音響短絡を起こさずに放射可能です。本報告書は、この仮説の妥当性を多角的に検証し、その現象を録音するための具体的な技術手法を確立することを目的とします。

第2章 ピアノ‐ステージ間の振動伝達メカニズム解析

仮説の検証には、まず弦の振動エネルギーがいかにしてステージ床面に到達するか、その伝達経路と効率を解析する必要があります。

2.1 振動源から筐体へのエネルギー漏洩プロセス

ピアノの発音は、ハンマーが弦を打撃し、その振動エネルギーが駒（Bridge）を介して響板（Soundboard）を励振することで行われます。理想的な設計においては、響板の境界（リムとの接着面）は「固定端」として機能し、振動エネルギーを響板内部に反射させてサステイン（持続音）を生み出すことが望ましいとされます。

しかし、現実の物理系において、特に低周波数（長波長）の振動を完全に遮断・反射することは不可能に近いものです。低音ブリッジの配置: グランドピアノの低音用ブリッジ（バス・ブリッジ）は、弦長を稼ぐために響板の端部、すなわちリム（側板）の直近に配置されることが多くなっています。一部のモデルでは、響板の振動面積を確保するために「カンチレバー（片持ち梁）」構造を用いて、ブリッジの振動を響板内側へ伝えようとしますが、それでもリムへの近接性は避けられません。

リムへの振動漏洩: 研究によれば、100Hz以下、特に50Hz以下の超低域においては、響板だけでなく、それを取り囲むリム（ケース）全体が一体となって振動するモードが観測されています。つまり、低音のエネルギーは響板に留まらず、ピアノの筐体全体を揺らす「構造振動」へと変換されているのです。これは「ロス」と見なされることもありますが、今回の仮説においては、ステージを駆動するための重要なエネルギー源となります。

2.2 伝達経路としての脚部（Legs）の特性

リム全体に広がった振動は、ピアノを支える3本の脚部（Legs）を通じて下方向へ伝達されます。ここで重要なのは、3本の脚の役割と位置関係です。

脚部の名称 位置 音響的役割と荷重

1. 左前脚 低音側鍵盤下 アクションの打撃衝撃や鍵盤底（Keybed）からの振動を多く含む。

2. 右前脚 高音側鍵盤下 ペダル機構のノイズや高音弦の振動を含む。

3. 後脚（テイル） ピアノ尾部 低音弦の終端およびバス・ブリッジに最も近い。低周波振動の主要経路。

   
   

メーカー技術情報によれば、重量配分は概ね各脚1/3ずつですが、振動の伝達に関しては後脚が特異な位置にあります。バス・ブリッジからリムへ漏れ出した低音エネルギーは、最短距離にある後脚を伝って床へ向かいます。また、ピアノの総重量（約300kg～500kg以上）による強力な静荷重（Pre-load）が脚部にかかっており、これが部材間の密着度を高め、圧縮方向の縦波振動の伝達効率を向上させていると考えられます。

2.3 結合点（カップリング）の物理学

振動が床に伝わる最後のインターフェースは、脚の先端にある金属製キャスター（車輪）と床面の接触点です。

2.3.1 機械インピーダンスの整合性

振動が異なる媒質間（ここでは「ピアノの脚/キャスター」から「床」）を移動する際、機械インピーダンス（Mechanical Impedance） の整合性が伝達効率を左右します。

Z=F/v

（Z: インピーダンス、F: 力、v: 速度）

ピアノは極めて質量が大きく（高インピーダンス）、床面（木材）は相対的にインピーダンスが低くなります。通常、高インピーダンスから低インピーダンスへの伝達では、エネルギーの一部が反射されますが、同時に大きな振幅（速度）を生み出す駆動力を提供します。 チェロのエンドピンに関する研究では、エンドピンと床のインピーダンス整合が適切であれば、床板が楽器の一部として振動し、音響放射に大きく寄与することが示されています。ピアノの場合、チェロとは比較にならないほど巨大な質量（駆動力）を持っているため、床面を強制的に振動させる能力（Force Capability）は極めて高くなります。

2.3.2 点接触と圧力

金属キャスターは床面と「点」で接触します。数百キログラムの重量が微小な点に集中するため、接触圧力は極めて高くなります。この高圧接触は、微細な振動をも逃さず床へ伝える「ハード・カップリング（Hard Coupling）」の状態を作り出します。これは、オーディオ機器におけるスパイク・インシュレーターと同様の原理であり、振動エネルギーのドレイン（排出）効果が高い状態です。

第3章 ステージ床面の放射特性と仮説の立証

振動が床に伝わった後、その床が「音」として機能するかどうかが、今回の仮説の成否を握ります。

3.1 無限バッフル（Infinite Baffle）としてのステージ

仮説にある「広々としたステージは低音の基音を放射するのに充分な面積がある」という指摘は、音響物理学的に正しいものです。 27.5Hzの波長（約12.5m）に対して、響板（幅1.5m）は小さすぎて空気を保持できませんが、コンサートホールのステージ（幅20m×奥行15mなど）は十分に大きいといえます。 ステージ床が振動する場合、床の上側にある空気は圧縮されますが、床の下側（奈落側）に空気が逃げる経路は、聴衆席側からは事実上遮断されている（または距離が十分に遠い）状態です。これにより、音響短絡（キャンセレーション）が発生せず、床面は理想的なモノポール（単極子）音源、あるいは無限バッフル上のピストン音源として振る舞うことができます。

モノポール音源の放射効率は、低周波数域においてダイポール音源（響板単体）と比較して圧倒的に高くなります。したがって、床の振動振幅が響板の振幅よりはるかに小さくても、放射面積の広さとキャンセレーションの不在により、音響エネルギー（音圧）への変換効率は非常に高くなるのです。

3.2 先行研究および技術的エビデンスによる裏付け

3.2.1 コントラバス・チェロにおける実証データ

「ステージ床振動と低音サウンド」に関する一連の研究論文は、本仮説を強力に支持するデータを提示しています。 5つのコンサートホールにおける測定実験の結果、コントラバスのエンドピンから床へ伝わった振動が放射する音は、客席エリアにおいて30Hzから60Hzの帯域で5dB以上の音圧レベル上昇に寄与していることが確認されました。 チェロやコントラバスといった大型弦楽器において、エンドピンは振動伝達の「生命線」です。この細い金属（あるいはカーボン）の棒を介した床との相互作用は、楽器の音色だけでなく、演奏者の操作性（Playability）にも深甚な影響を与えます。

ステージ床の「動きやすさ」を示すアドミタンス（インピーダンスの逆数）は、周波数によって大きく変動します。複数のコンサートホール（オスロ・コンサートホール、ベルワルド・ホール、リンデマン・ホールなど）を対象とした比較調査 2 から、以下の知見が得られています。

• 高剛性領域（Concrete-backed）: コンクリートや岩盤に直貼りされた床は、60Hz付近で極めて高いインピーダンスを示します。これは楽器のエンドピンから見て「不動の壁」として機能し、振動エネルギーをほぼ100%反射します。これにより、弦の振動持続時間（サステイン）は最大化されますが、床からの放射音は皆無となり、演奏者への触覚フィードバックも失われます。

• 柔軟領域（Joist-supported）: 根太（Joist）によって支持され、空気層を持つ木製床は、200〜1000 kg/s 程度の低いインピーダンス共振を持ちます。

• 共振のマッチング: 前述の通り、コントラバスのエンドピンから見た楽器本体は80Hz以下で「質量」として振る舞います。これに対し、根太上の床が適切な「バネ定数」を持つ場合、30Hz〜60Hzという音楽的に重要なオクターブ帯域でインピーダンスのマッチング（共振）が発生します。Lindeman Hallは、この帯域でのマッチングが理想的に設計されており、その結果、深みがありつつ透明感のある低音を実現しています

この30Hz～60Hzという帯域は、まさにピアノの最低音域（A0=27.5Hz ～ B1=61.7Hz）と合致するものです。人力で演奏される軽量な弦楽器でさえこれだけの影響があるならば、巨大なエネルギーを持つピアノにおいて、その効果が無視できるはずがありません。

3.2.2 ハイブリッドピアノの「タクタイル」技術

ハイブリッドピアノ（ヤマハのAvantGrandシリーズなど）には、TRS（タクタイル・レスポンス・システム）と呼ばれる技術が搭載されています。これは、電子音源を使用しながらも、アコースティックピアノ特有の演奏感を再現するために、鍵盤やペダル、筐体をトランスデューサー（加振器）で強制的に振動させるシステムです。 メーカーがこの機能を開発・実装したという事実は、「本物のアコースティックピアノは、演奏者の体に伝わるほどの強力な低周波構造振動を発生させている」ことを逆説的に証明しています。この振動は当然、脚を通じて床へも伝達されています。

3.2.3 ステージ構造の影響（Type 1 vs Type 2）

ただし、全てのステージでこの効果が得られるわけではありません。研究によれば、ステージ床は大きく2種類に分類されます。

• 高インピーダンス床（コンクリート直貼り等）: 重く硬い床。振動を跳ね返すため、楽器へのエネルギー還流は良いが、床自体は振動しにくい。

  
  

• 低インピーダンス床（根太組み・浮き床構造）: 適度な弾性を持つ木造床。楽器からの振動を受け入れ、床全体が共振板として振る舞う。

今回の仮説が成立するのは主にType 2の床においてです。クラシック音楽用のコンサートホールのステージは、チェロやバスの響きを豊かにするために、意図的に木造の空洞構造（Resonant Floor）になっている場合が多く、このようなステージでは、ピアノの低音基音放射効果が最大化されます。

ステージと音響ということで言えば、わが国日本には、先人の知恵の結晶とも言える素晴らしい建築構造があります。それは能舞台です。床下に、足拍子の音を増幅するための大きな甕（かめ）が埋められており、この地面効果を床に応用した、意図的かつ洗練された音響設計の顕著な例です。熟練した演奏家は、単にステージの上に立っているのではなく、床と対話し、床を「演奏」しているのです。

能舞台下の甕（出典：住宅雑誌Replan）

3.3 結論：仮説検証

以上の分析より、提示された仮説は音響学的に妥当であり、実証データによっても支持されるといえます。 グランドピアノの低音基音（27.5Hz～）は、響板からの空気放射としては「ミッシング」状態にありますが、脚部を経由したステージ床からの放射としては「実在（Present）」しています。すなわち、コンサートホールにおける雄大な低音感は、ピアノ単体ではなく、ピアノとステージ床が結合した巨大なシステムによって生成されているのです。

第4章 最適なマイクセッティングの提案：フロア・カップリング・メソッド

この「床から放射される物理的な基音」を的確に収録するための手法を提案します。従来のような「ピアノの弦を狙う」マイク配置では、床からの放射音は距離減衰や反射による干渉で正しく捉えられません。床そのものを音源と見なしたアプローチが必要です。

4.1 推奨マイクロホン：バウンダリーマイク（PZM）

【選定理由】 この用途において、バウンダリーマイクロホン（PZM: Pressure Zone Microphone） に勝る選択肢はありません。

プレッシャー・ゾーン効果（+6dBの利得）: 床面などの境界（バウンダリー）の極近傍では、入射音と反射音が同位相で重なり合う「プレッシャー・ゾーン」が形成されます。この領域にダイヤフラムを配置するPZMは、物理的に音圧が2倍（+6dB）になる恩恵を受けられます。微弱な低音を捉える上で極めて有利です。

位相干渉（コムフィルタリング）の排除: 通常のマイクを床に近づけて設置すると、床からの反射音がわずかに遅れてマイクに届くため、特定の周波数が打ち消し合うコムフィルタリングが発生し、音が変質します。ダイヤフラムが床面と同一平面にあるPZMでは、この時間差がゼロになるため、極めて平坦で自然な周波数特性が得られます。

超低域の特性: 多くの単一指向性マイクは、距離が離れると低域感度が下がりますが、無指向性（オムニ）または半球指向性のバウンダリーマイクは、圧力型（Pressure Transducer）の特性を持つため、20Hz以下の超低域までフラットに収音できる能力を持ちます。

【コンタクトマイクとの比較】 ピエゾ素子などのコンタクトマイクを床やピアノの脚に貼る手法もありますが、これは「木の振動」そのものを電気信号に変えるため、中高域に不自然な共振音（木材特有の鳴き）が含まれやすく、空気感のない「電気的な音」になりがちです。私たちが欲しいのは「振動」そのものではなく、「床が空気を揺らした音（Sound）」であるため、バウンダリーマイクが最適解となります。

【推奨機種】

• Crown (AMCRON) PZM-30D / PZM-6D: 非常にフラットで色付けのない特性を持ち、クラシック録音の現場で標準的に使われます。

  
  

• SCHOEPS BLM 03 C 小型バウンダリーマイク：高感度と高SPL耐性（最大130dB SPL以上）を実現し、反射面利用による広大な音場を捉えつつ、クリアなサウンドを収音できます。

4.2 設置位置：ピアノの「影」と「震源地」

【設置ポイント】 グランドピアノの下、床面上。後脚（テイル・レッグ）から内側へ30cm～50cm付近。

【位置決定のロジック】

振動の震源: 前述の通り、後脚は低音弦のエネルギーが集中して床に伝わるポイントです。この近くの床面が最も振幅が大きく、S/N比の良い低音が得られます。

アコースティック・シャドウ（音響的な影）: ピアノの腹（響板の下）の奥深くにマイクを置くことで、ピアノの蓋や厚いリムが遮蔽物となり、ハンマーが弦を叩く高音域の衝撃音（アタックノイズ）や、ダンパーの動作音、空調ノイズなどを物理的に軽減できます。これにより、床から湧き上がる低音成分だけを純粋に捉えることが可能になります。

4.3 信号処理とミキシングの極意：サブウーファー・チャンネルの構築

このバウンダリーマイクの信号を、そのままメインのステレオマイクと混ぜてはいけません。物理的な特性に合わせた信号処理が不可欠です。

4.3.1 フィルタリング（LPF）

ピアノの下の床面は、中低域（200Hz～500Hz）において、床と響板の間で定在波が発生しやすく、音が「篭る（Boxy）」傾向があります。また、この帯域はメインマイクでも十分に拾えています。 したがって、バウンダリーマイクのトラックには急峻な**ローパスフィルター（LPF / ハイカット）**を適用します。

カットオフ周波数: 80Hz ～ 100Hz (-18dB/oct または -24dB/oct)。

目的: ミッシング・ファンダメンタル領域（27.5Hz ～ 60Hz周辺）のみを抽出し、濁りの原因となる中域以上を捨てます。これにより、このトラックは純粋な「サブウーファー・チャンネル」として機能します。

4.3.2 タイム・アライメント（位相補正）

ここが最も技術的なポイントです。 音（振動）の伝わる速度は、媒質によって劇的に異なります。

空気中の音速: 約340 m/s

木材（床）中の縦波音速: 約3,500 m/s ～ 5,000 m/s

弦が振動した瞬間、そのエネルギーは脚と床（固体）を通ってバウンダリーマイクへ「瞬時」に到達します。一方、空気中を伝わる音は、数メートル離れたメインマイクへ「遅れて」到達します。 この時間差（数ミリ秒～10数ミリ秒）を放置してミックスすると、波形の位相がズレて干渉し、せっかくの低音が打ち消し合って（キャンセルして）聞こえなくなる恐れがあります。

【処置手順】

• DAW上で波形を拡大し、鋭いアタックを持つ低音の打鍵箇所を探します。

• バウンダリーマイクの波形の立ち上がりが、メインマイクよりも早いことを確認します。

• バウンダリーマイクのトラックにディレイ（遅延）を挿入し、メインマイクの波形の立ち上がりとタイミングを完全に一致させます。

最後に位相（Polarity / Phase）スイッチを反転させ、低音が最も太く聞こえる方を選びます（マイクの回路や設置向きにより、正相・逆相が変わるため）。

5. 結論と実装ガイドライン

本研究により、ステージ床面からの低音放射仮説は正しいことが確認されました。この現象を利用した録音手法は、従来の録音では欠落しがちな「ピアノの巨大な質量感」と「ホールの包囲感」を再現する強力な武器となります。

終わりとして

ピアノという楽器が持つ物理的な限界は、コンサートホールのステージが巨大な楽器のように機能することで、ピアノ単体では決して放出できない最低音の基音からすべての帯域にわたる音を鳴り響かせていることがわかりました。それは、もしかしたら、サロンからコンサートホールへと演奏の場所が移り変わった歴史的な歩みと、モダンピアノの登場と深く関係しているのかも知れません。ピアノの設計者やピアノ技術者は、コンサートホールがそのような機能を果たすことを知っていて、今日私たちが耳にできるモダンピアノの原型を産み出したように感じます。