Sachverhalt:
A.
Die Bausektion des Stadtrates von Zürich erteilte der D._ AG am 11. Februar 2015 die Baubewilligung für einen Mieterausbau sowie eine Nutzungsänderung zur sexgewerblichen Nutzung des 3. Obergeschosses des Gebäudes an der X._strasse xxx/Y._gasse xxx auf der Parzelle Kat.-Nr. xxx in der Stadt Zürich. Das Grundstück liegt in der Quartiererhaltungszone QI5a, in der gemäss Zonenplan ein Mindestwohnanteil von 0 % gilt. Die Bauherrin beabsichtigt, in das Stockwerk, in dem bisher Büros untergebracht waren, neben Räumlichkeiten für das Personal einen Barbereich, eine Lounge, ein Fumoir, einen Wellnessbereich sowie 14 Zimmer einzubauen.
B.
Gegen diesen Bauentscheid rekurrierten die C._ SA einerseits und die A._ AG, B._, die E._ AG sowie die F._ AG andererseits an das Baurekursgericht, das beide Verfahren vereinigte. Mit Entscheid vom 16. Oktober 2015 trat es auf den Rekurs der C._ SA nicht ein und hiess die Eingabe der A._ AG und Mitbeteiligte teilweise gut. Es versah die baurechtliche Bewilligung mit der zusätzlichen Auflage, dass die Lounge gegenüber der Bar mit einer schalldämmenden Glaswand abzugrenzen sei, die raumseitige Lärmbelastung durch die Musikanlage bis 19 Uhr auf einen maximalen Schalldruckpegel von Leq = 70 dB (A) bzw. ab 19 Uhr auf einen solchen von Leq = 75 dB (A) zu begrenzen und die Musikanlage mit einem entsprechend eingestellten Schallpegelbegrenzer und Equalizer auszurüsten sei sowie die Schallschutzfenster ab 22 Uhr geschlossen zu halten seien.
Dagegen erhoben sowohl die C._ SA als auch die A._ AG und Mitbeteiligte Beschwerde an das Verwaltungsgericht des Kantons Zürich, das ihre Eingaben mit Urteil vom 21. April 2016 abwies, nachdem es beide Verfahren vereinigt hatte.
C.
Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten vom 17. Juni 2016 gelangen die A._ AG, B._ und die C._ SA an das Bundesgericht und beantragen, das verwaltungsgerichtliche Urteil sei aufzuheben und die Erteilung der Baubewilligung für die sexgewerbliche Nutzung sei zu verweigern. Eventualiter sei der Bauentscheid mit folgenden Auflagen zu ergänzen: Der Betrieb sei werktags auf die Zeit von 19.00 bis 22.00 Uhr und an Samstagen von 10.00 bis 22.00 Uhr einzuschränken sowie an Sonntagen zu schliessen; der Betreiberin sei zu verbieten, eine Musikanlage mit mehr als 70 dB (A) zu benutzen; alle Fenster seien mit Dreifach-Isolierglas mit höchstem Schalldämmwert zu versehen und dauerhaft zu verschliessen sowie die Räume künstlich zu belüften; die Fenster seien so zu gestalten, dass von den benachbarten Wohnungen kein Einblick in die Séparée-Zimmer möglich sei und der Bordellbetrieb nicht wahrgenommen werden könne; an der X._strasse und an der Y._gasse dürften keine oberirdischen Besucherparkplätze vorgesehen werden und die Betreiberin sei zu verpflichten, in ihren Anzeigen auf diesen Umstand hinzuweisen sowie mit geeigneten Mitteln für die Einhaltung zu sorgen; sodann dürften an der Liegenschaft keinerlei Werbung und Hinweise auf den Bordellbetrieb sowie keine Rotlichter oder ähnliches platziert werden. In verfahrensrechtlicher Hinsicht wird die Durchführung eines Augenscheins beantragt.
Das Verwaltungsgericht schliesst auf Abweisung der Beschwerde, soweit darauf einzutreten sei. Die D._ AG (Beschwerdegegnerin) und die Bausektion beantragen, die Beschwerde sei abzuweisen. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) kommt in seiner Stellungnahme zum Schluss, das vorinstanzliche Urteil stimme mit der Umweltschutzgesetzgebung des Bundes überein. Die Beschwerdeführerinnen halten in der Replik an ihren Anträgen fest.
Der Präsident der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung hat mit Verfügung vom 14. Juli 2016 der Beschwerde keine aufschiebende Wirkung zuerkannt.

Erwägungen:
1.
1.1. Angefochten ist ein kantonal letztinstanzlicher Endentscheid über eine baurechtliche Bewilligung (Art. 82 lit. a, Art. 86 Abs. 1 lit. d und Art. 90 BGG). Dagegen steht die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten offen; ein Ausschlussgrund nach <ref-law> liegt nicht vor.
1.2. Gemäss <ref-law> ist zur Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten berechtigt, wer vor der Vorinstanz am Verfahren teilgenommen oder keine Möglichkeit dazu erhalten hat (lit. a), durch den angefochtenen Entscheid oder Erlass besonders berührt ist (lit. b) und ein schutzwürdiges Interesse an dessen Aufhebung oder Änderung hat (lit. c). Verlangt wird somit neben der formellen Beschwer, dass die Beschwerdeführerinnen über eine spezifische Beziehungsnähe zur Streitsache verfügen und einen praktischen Nutzen aus der Aufhebung oder Änderung des angefochtenen Entscheids ziehen. Die Nähe der Beziehung zum Streitgegenstand muss bei Bauprojekten insbesondere in räumlicher Hinsicht gegeben sein (<ref-ruling> E. 2.1 S. 52 mit Hinweis). Das Beschwerderecht ist dabei nicht auf Grundstückeigentümer beschränkt, sondern steht grundsätzlich auch Mietern zu (vgl. <ref-ruling> E. 2.3 S. 416; <ref-ruling> E. 3d S. 384; <ref-ruling> E. 3a S. 179 f.; Urteil 1C_592/2015 vom 27. Juli 2016 E. 1.2). Die Beschwerdeführerinnen 1 und 2 sind Eigentümerinnen von unmittelbar an das Baugrundstück angrenzenden Parzellen und die Beschwerdeführerin 3 ist Mieterin von Geschäftsräumlichkeiten im Gebäude, in welchem die Umnutzung zu sexgewerblichen Zwecken geplant ist. Damit weisen sie als direkte Nachbarinnen eine hinreichend enge Beziehung zum streitbetroffenen Vorhaben auf. Da die damit verbundenen störenden Immissionen bei einer Gutheissung der Beschwerde entfielen, haben die Beschwerdeführerinnen ein schutzwürdiges Interesse an der Überprüfung des angefochtenen Entscheids durch das Bundesgericht.
1.3. Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann insbesondere die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Dieses wendet das Bundesgericht grundsätzlich von Amtes wegen an (<ref-law>). Die Verletzung von Grundrechten - einschliesslich die willkürliche Anwendung von kantonalem und kommunalem Recht - wird vom Bundesgericht aber nur insoweit geprüft, als eine solche Rüge in der Beschwerde vorgebracht und begründet worden ist (<ref-law>). Hierzu gelten qualifizierte Begründungsanforderungen: Das Bundesgericht prüft nur klar und detailliert erhobene und, soweit möglich, belegte Rügen (<ref-ruling> E. 2.4 S. 367 f.; <ref-ruling> E. 1.5 S. 144; je mit Hinweisen).
2.
Die Beschwerdeführerinnen erheben verschiedene Sachverhaltsrügen:
2.1. Sie machen zunächst geltend, die Sachverhaltsermittlung sei unter Verletzung des rechtlichen Gehörs zustande gekommen. Das Verwaltungsgericht habe zu Unrecht auf einen Augenschein am Abend bzw. in der Nacht verzichtet. Dieser hätte aufzeigen können, dass die Y._gasse und die X._strasse zu jener Zeit absolut ruhig seien.
2.2. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Von der beschwerdeführenden Partei kann die Feststellung des Sachverhalts nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). Eine entsprechende Rüge ist substanziiert vorzubringen (Art. 42 Abs. 2 i.V.m. <ref-law>).
Aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör (<ref-law>) ergibt sich das Recht der Parteien, mit rechtzeitig und formgültig angebotenen Beweisanträgen und Vorbringen gehört zu werden, soweit diese erhebliche Tatsachen betreffen und nicht offensichtlich beweisuntauglich sind (vgl. <ref-ruling> E. 2.1 S. 127 mit Hinweisen). Keine Verletzung des rechtlichen Gehörs liegt vor, wenn eine Behörde auf die Abnahme beantragter Beweismittel verzichtet, weil sie auf Grund der bereits abgenommenen Beweise ihre Überzeugung gebildet hat und ohne Willkür in vorweggenommener Beweiswürdigung annehmen kann, dass ihre Überzeugung durch weitere Beweiserhebungen nicht geändert würde (<ref-ruling> E. 5.3 S. 236 f.; <ref-ruling> E. 5.3 S. 148; <ref-ruling> E. 3 S. 157; je mit Hinweisen).
2.3. Das Verwaltungsgericht verzichtete auf einen Augenschein, weil das Baurekursgericht bereits einen solchen durchgeführt habe und der Sachverhalt aufgrund des Protokolls und der Fotodokumentation rechtsgenüglich erstellt sei. Des Weiteren erwog es, das streitbetroffene Gebiet liege im unteren Bereich des Seefelds in einer Entfernung von rund 200 m zum Sechseläutenplatz. Es sei damit Teil eines grösseren Gebiets, das zu den Ausgehvierteln der Stadt Zürich zähle. In unmittelbarer Nähe befänden sich vier Restaurants oder Bars, die regelmässig bis um Mitternacht und in einem Fall sogar bis um 2 Uhr (Dienstag bis Donnerstag) bzw. bis um 4 Uhr (an Wochenenden) geöffnet hätten. Auch führe der Weg vom Seeufer zum Bahnhof Stadelhofen durch das Gebiet und die nahe gelegene Seefeldstrasse werde durch die Trams zweier Linien befahren. Es sei damit notorisch, dass es sich nicht um ein ruhiges Wohngebiet, sondern um ein auch in der Nacht frequentiertes Quartier mit gemischter Nutzung handle.
2.4. Angesichts der dargelegten lokalen Begebenheiten, die von den Beschwerdeführerinnen nicht in rechtsgenüglicher Weise bestritten werden, und gestützt auf die in den Akten liegenden Pläne, die Fotodokumentation und das Protokoll durfte die Vorinstanz willkürfrei von der Durchführung eines Augenscheins am Abend absehen. Es ist nicht ersichtlich, inwiefern die von den Beschwerdeführerinnen anbegehrte Besichtigung des Quartiers zu anderen oder neuen rechtserheblichen Erkenntnissen hätte führen können. Die Ausführungen im angefochtenen Entscheid zeigen, dass sich das Verwaltungsgericht mit der aufgeworfenen Frage der Frequentierung des Quartiers zur fraglichen Zeit hinreichend auseinandergesetzt hat. Die Beschwerdeführerinnen wenden dagegen vor Bundesgericht lediglich ein, die Y._gasse und die X._strasse seien in der Nacht absolut ruhig. Abgesehen davon, dass sie damit einen engeren Betrachtungsperimeter wählen als das Verwaltungsgericht, das auf den Charakter des ganzen Quartiers abgestellt hat, vermögen ihre Ausführungen die vorinstanzlichen Sachverhaltsfeststellungen nicht zu entkräften. Sie setzen sich damit denn auch nicht substanziiert auseinander, sondern beschränken sich darauf, den Darlegungen des Verwaltungsgerichts ihre eigene Sicht der Dinge gegenüberzustellen. Ihre Ausführungen erschöpfen sich insoweit in appellatorischer Kritik am angefochtenen Entscheid. Demnach ist der in antizipierter Beweiswürdigung vorgenommene Verzicht auf den beantragten Augenschein nicht zu beanstanden. Ebenso wenig hätte sich eine Besichtigung der Lokalitäten aufgedrängt, um die Distanzen zu den umliegenden Liegenschaften besser einschätzen zu können, gehen diese doch hinreichend klar aus den in den Akten liegenden Plänen und Distanzmessungen sowie aus diversen Fotografien hervor. Da der Sachverhalt in genügendem Masse erstellt ist, besteht auch für das Bundesgericht keine Veranlassung, einen Augenschein durchzuführen.
2.5. Die Beschwerdeführerinnen erblicken eine weitere falsche Sachverhaltsermittlung im Umstand, dass die Vorinstanz ihre Auswertung zum effektiven Wohnanteil in der Umgebung des geplanten Bordells um eine weitere Liegenschaft ergänzt hat, so dass ein Wohnanteil von weniger als 50 % resultierte. Wenn der tatsächliche Wohnanteil für die Beurteilung des Bauvorhabens relevant gewesen sei, hätte das Verwaltungsgericht diesen vollständig ermitteln müssen. Dabei übersehen die Beschwerdeführerinnen aber, dass die Vorinstanz den effektiven Wohnanteil zumindest bei der Beurteilung der Zonenkonformität der sexgewerblichen Nutzung aufgrund der davon ausgehenden ideellen Emissionen nicht als entscheidrelevant betrachtete. Vielmehr stellte sie auf den in der Quartiererhaltungszone vorgeschriebenen Wohnanteil ab (vgl. E. 8.3 des angefochtenen Entscheids). Ausserdem ist nicht nachvollziehbar, warum das Verwaltungsgericht nicht hätte korrigierend eingreifen dürfen, räumen die Beschwerdeführerinnen doch selbst ein, dass ihre Auswertung unvollständig sei. Dabei erscheint es nicht offensichtlich unhaltbar, wenn die in der eingereichten Aufstellung ohne Beachtung gebliebenen Nutzflächen des Gebäudes, in dem die sexgewerbliche Umnutzung geplant ist, in die Berechnung miteinbezogen werden.
2.6. Soweit die Beschwerdeführerinnen vorbringen, es sei über den Widerspruch hinweggesehen worden, dass von der Beschwerdegegnerin nur ein Parkplatz verlangt werde, diese aber von einem Bedarf von 10 Abstellplätzen ausgehe, ist nicht ersichtlich, inwiefern die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung an einem qualifizierten Mangel leiden sollte. Überdies ist die Bezeichnung des geplanten Bordells als "Super-Puff" in den Medien nicht geeignet, die Darlegungen des Verwaltungsgerichts als offensichtlich unrichtig erscheinen zu lassen, nur weil dieses von einer "überschaubaren Grösse" der beabsichtigten Umnutzung ausging. Die Vorinstanz hat für die Ermittlung des Bedürfnisses nach Parkplätzen bzw. nach einem Betriebs- und Verkehrskonzept auf die tatsächliche Dimension des Bauvorhabens sowie auf weitere wesentliche Gegebenheiten, wie die gute Erschliessung durch den öffentlichen Verkehr und das nahe gelegene Parkhaus, abgestellt. Die Beschwerde erweist sich in diesem Punkt somit als unbegründet.
3.
3.1. Die Beschwerdeführerinnen rügen sodann eine Verletzung des Koordinationsgebots gemäss Art. 25a RPG (SR 700). Die für den Betrieb des geplanten Bordells erforderliche gastgewerbliche Bewilligung bzw. die Betriebsbewilligung nach der Prostitutionsgewerbeverordnung vom 7. März 2012 der Stadt Zürich (PGVO; AS 551.140) müssten mit der Baubewilligung abgestimmt werden, denn sie seien eng mit dem Bordellbetrieb verbunden und dessen konkrete Auswirkungen, insbesondere mit Blick auf die Immissionen, liessen sich erst bei einer gesamthaften Betrachtung erfassen.
3.2. Art. 25a RPG führt die Grundsätze der Koordination auf, die zu beachten sind, wenn die Errichtung oder die Änderung einer Baute oder Anlage Verfügungen mehrerer Behörden erfordert (vgl. Abs. 1). Die für die Koordination verantwortliche Behörde sorgt namentlich für eine gemeinsame öffentliche Auflage aller Gesuchsunterlagen (Abs. 2 lit. b) und für eine inhaltliche Abstimmung sowie möglichst für eine gemeinsame oder gleichzeitige Eröffnung der Verfügungen (Abs. 2 lit. d). Diese dürfen keine Widersprüche enthalten (Abs. 3). Die Koordinationspflicht erstreckt sich grundsätzlich auf sämtliche Bewilligungen, derer das Bauvorhaben bedarf. Gleichwohl muss keine Koordination gewährleistet werden mit Entscheiden, die zwar in einem Zusammenhang zum Bauprojekt stehen, aber keinen direkten Einfluss auf die Ausgestaltung der geplanten Baute oder Anlage haben oder aus sachlichen Gründen erst nach der Errichtung bzw. Änderung der betreffenden Baute oder Anlage getroffen werden können, wie dies beispielsweise bei Betriebsbewilligungen der Fall ist (Urteile 1C_414/2013 vom 30. April 2014 E. 3.1; 1C_621/2012 vom 14. Januar 2014 E. 4.2; 1C_272/2010 vom 16. März 2011 E. 4.1).
3.3. Mit der Vorinstanz ist davon auszugehen, dass die Bewilligung im Sinne von § 2 Abs. 1 lit. a des Gastgewerbegesetzes vom 1. Dezember 1996 (LS 935.11) und die Bewilligung gemäss § 11 Abs. 1 PGVO keine massgeblichen direkten Auswirkungen auf die Ausgestaltung und damit die Realisierung des Bauprojektes haben. Die mit dem Barbetrieb oder dem Sexgewerbe verbundenen materiellen oder ideellen Immissionen lassen sich auch unabhängig von den erwähnten Bewilligungen erfassen und das Bauprojekt somit in Bezug auf seine räumlichen Folgen auf die Übereinstimmung mit der raumplanungsrechtlichen Nutzungsordnung und der übrigen einschlägigen Gesetzgebung überprüfen. Es ist nicht ersichtlich, inwiefern eine Gefahr widersprüchlicher Entscheide entstehen könnte, die das Koordinationsgebot gerade zu vermeiden bezweckt. Ausserdem muss nach § 12 Abs. 1 lit. d PGVO die für die sexgewerbliche Nutzung gültige Baubewilligung der Betriebsräumlichkeiten vorliegen, was nahe legt, dass um die entsprechende Bewilligung für die Ausübung der Prostitution erst nachgesucht werden kann, wenn die Baubewilligung für die geplante Umnutzung erteilt worden ist. Unter diesen Umständen lässt die Folgerung der Vorinstanz, die Baubewilligungsbehörde habe das Koordinationsgebot nicht verletzt, keine Bundesrechtswidrigkeit erkennen.
4.
4.1. Die Beschwerdeführerinnen bringen im Weiteren vor, sie seien zur akzessorischen Überprüfung des Zonenplans befugt, da sie erst nach dessen Inkrafttreten Eigentümerinnen der Liegenschaften geworden seien bzw. daran ein obligatorisches Recht erworben hätten. Es sei ihnen deshalb nicht möglich gewesen, den Zonenplan bei seinem Inkrafttreten anzufechten. Dieser erscheine willkürlich, da er ohne erkennbares Konzept rund um das Baugrundstück unterschiedliche Mindestwohnanteile von 0-90 % vorsehe.
4.2. Betroffene können einen Nutzungsplan im Anschluss an dessen Erlass anfechten (Art. 82 ff. i.V.m. <ref-law>; Art. 33 Abs. 2 RPG). Die Plananfechtung bei späterer Anwendung, mithin im Baubewilligungsverfahren, ist hingegen grundsätzlich ausgeschlossen (<ref-ruling> E. 2.4.1 S. 210 mit Hinweisen).
Die Beschwerdeführerinnen machen hierzu geltend, die Vorschriften über die Mindestwohnanteile seien generell-abstrakter Natur, weshalb deren Rechtmässigkeit auch noch im Anwendungsfall überprüft werden könne. Dabei übersehen sie aber, dass nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung für Regelungen, die dazu dienen, Art, Natur und Umfang der im Zonenplan dargestellten und räumlich abgegrenzten Nutzungen zu umschreiben, das Prinzip des einmaligen Rechtsschutzes gilt (<ref-ruling> E. 3b S. 211; Urteil 1C_743/2013 vom 19. März 2014 E. 6.1). Die Bestimmungen zu den Mindestwohnanteilen präzisieren die im jeweiligen Gebiet geltende rechtliche Ordnung, so dass sie mit dem Zonenplan ein untrennbares Ganzes bilden. Mit Blick auf den hier einschlägigen Art. 24c Abs. 3 der Bau- und Zonenordnung vom 23. Oktober 1991 der Stadt Zürich (BZO; AS 700.100), der sexgewerbliche Salons oder vergleichbare Einrichtungen in Gebieten mit einem vorgeschriebenen Wohnanteil von mindestens 50 % ausschliesst, hielt das Bundesgericht sogar ausdrücklich fest, dass diese Regelung im Anschluss an ihren Erlass angefochten werden muss (Urteil 1P.771/2001 vom 5. Mai 2003 E. 7.3.2, in: ZBl 105/2004 S. 111). Anwendbar sind somit nur die Grundsätze, welche bei der Anfechtung von Zonenplänen massgebend sind.
4.3. Die akzessorische Überprüfung eines Nutzungsplans im Rahmen eines Baubewilligungsverfahrens ist namentlich dann zulässig, wenn sich die betroffene Person beim Planerlass noch nicht über die ihr auferlegten Beschränkungen Rechenschaft geben konnte und sie im damaligen Zeitpunkt keine Möglichkeit hatte, ihre Interessen zu verteidigen (<ref-ruling> E. 3a S. 342; <ref-ruling> E. 5c S. 486).
Gestützt auf diese Rechtsprechung folgerte die Vorinstanz, der Ausnahmefall der vorfrageweisen Überprüfung beziehe sich nur auf Personen, die zum Zeitpunkt des Planerlasses an sich befugt gewesen wären, den Nutzungsplan abstrakt anzufechten, dies aber aus objektiven Gründen nicht haben tun können oder kein Anlass dazu bestanden habe. Soweit die Beschwerdeführerinnen vorbrächten, sie seien im fraglichen Zeitpunkt zur abstrakten Normenkontrolle nicht befugt gewesen, könne ihnen nicht mittels akzessorischer Prüfung nachträglich Rechtsschutz gewährt werden.
4.4. Die Beschwerdeführer können sich zwar die Rechtsposition ihrer Rechtsvorgänger anrechnen lassen (vgl. ALAIN GRIFFEL, Raumplanungs- und Baurecht, 2. Aufl. 2014, S. 226 f.). Dies vermag ihnen im vorliegenden Fall aber nicht zu helfen. Nach Art. 24c Abs. 2 BZO sind in Gebieten mit einem vorgesehenen Wohnanteil von weniger als 90 % auch mässig störende Gewerbe- und Dienstleistungsnutzungen zulässig. Ist ein Wohnanteil von mindestens 50 % vorgeschrieben, sind namentlich sexgewerbliche Salons ausgeschlossen. Entgegen der Auffassung der Beschwerdeführerinnen war es für ihre Rechtsvorgänger ein Leichtes zu erkennen, dass in ihrem bzw. im benachbarten Gebiet, in dem ein Mindestwohnanteil von 0 % gilt, Betriebe mit sexgewerblicher Nutzung an sich nicht verboten sind. Sie konnten sich demnach aus objektiven Gründen Rechenschaft über die ihnen auferlegten Beschränkungen geben und sich mittels Anfechtung des Zonenplans dagegen zur Wehr setzen. Die Beschwerdeführerinnen machen keine Gründe geltend, weshalb ihren Rechtsvorgängern bzw. der Familie der Beschwerdeführerin 2 eine Plananfechtung nicht möglich gewesen sein soll. Solche sind auch nicht ersichtlich. Demnach ist nicht zu beanstanden, wenn die Vorinstanzen den Zonenplan keiner akzessorischen Überprüfung unterzogen haben.
5.
Die Beschwerdeführerinnen bestreiten ferner die Zonenkonformität des geplanten Bordells.
5.1. Mit Blick auf die davon ausgehenden materiellen Emissionen anerkennen sie zwar, dass die Zonenordnung mässig störende Betriebe am streitgegenständlichen Standort zulässt und Sexgewerbe in Gebieten mit einem Wohnanteil von weniger als 50 % höchstens als solche mässig störende Betriebe erachtet werden. Sie wenden aber ein, die Störwirkung einer sexgewerblichen Nutzung sei in jedem Einzelfall gesondert zu beurteilen. Das hier geplante Bordell sei aufgrund des zu erwartenden hohen Verkehrsaufkommens und des direkt vor den Balkonen der Nachbarliegenschaften stattfindenden Musik- und Barbetriebs stark störend. Damit werde gegen § 52 Abs. 3 des Planungs- und Baugesetzes vom 7. September 1975 des Kantons Zürich (PBG/ZH; LS 700.1) verstossen, der stark störende und unverhältnismässigen Verkehr auslösende Betriebe in Wohnzonen verbietet.
5.1.1. Das Bundesgericht prüft die Auslegung und Anwendung von kantonalem oder kommunalem Recht nur unter dem Gesichtspunkt der Willkür (vgl. E. 1.3 hiervor). Willkür in der Rechtsanwendung liegt vor, wenn der angefochtene Entscheid offensichtlich unhaltbar ist, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft; dass eine andere Lösung ebenfalls als vertretbar oder gar zutreffender erscheint, genügt nicht (<ref-ruling> E. 2.1 S. 18 f.; 167 E. 2.1 S. 168).
5.1.2. Das Verwaltungsgericht hat sich ausführlich und in überzeugender Weise zum Konfliktpotential zwischen dem geplanten Bordell und der Wohnnutzung in der Umgebung geäussert und sich mit den zu erwartenden materiellen Immissionen auseinandergesetzt. Zum Verkehr erwog es, aufgrund des grossen Wertes, den die mutmassliche künftige Kundschaft auf Diskretion lege, der guten Erschliessung durch den öffentlichen Verkehr und des nahe gelegenen Parkhauses sei trotz der Grösse des Bordells nicht mit einem Verkehrsaufkommen zu rechnen, das nicht mehr quartierverträglich wäre. Soweit ihre Vorbringen überhaupt zulässig sind (<ref-law>), vermögen die Beschwerdeführerinnen jedenfalls nicht darzutun, inwiefern die Vorinstanz in Willkür verfallen bzw. inwiefern die Urteilsbegründung oder der Entscheid selbst geradezu unhaltbar sein sollen. Dies ist auch nicht ersichtlich. Zudem liegt keine Gehörsverletzung vor, nur weil die Vorinstanz ihrer Argumentation nicht gefolgt ist, sondern zum Schluss gelangte, die beabsichtigte Umnutzung sei nur mässig störend.
5.2. Die Beschwerdeführerinnen berufen sich zudem auf die ideellen Immissionen und machen geltend, diese seien zonenwidrig und verletzten das umweltrechtliche Vorsorgeprinzip. Dabei verkennen sie aber, dass ideelle Immissionen nicht in den Anwendungsbereich des USG (SR 814.01) und der zugehörigen Lärmschutz-Verordnung (LSV; SR 814.41) fallen (Urteil 1C_499/2014 vom 25. März 2015 E. 4.3 mit Hinweisen, Urteilsbesprechung von LUKAS WIDMER in: ZBl 117/2016 S. 616). Es ist vielmehr Sache des kantonalen bzw. kommunalen Rechts zu bestimmen, welche Nutzungen in einer bestimmten Zone zulässig sind. Die Zonenkonformität eines Vorhabens unter dem Blickwinkel der ideellen Immissionen wird daher vom Bundesgericht - wie bereits ausgeführt - in der Regel nur unter dem Gesichtspunkt der Willkür überprüft.
5.2.1. Das Verwaltungsgericht schloss in einem Umkehrschluss aus Art. 24c Abs. 3 BZO, dass in Quartiererhaltungszonen, in denen der Mindestwohnanteil weniger als 50 % betrage, die von einem sexgewerblichen Betrieb ausgehenden ideellen Emissionen nicht stark störend und damit zonenkonform seien. Dies gelte auch dann, wenn der tatsächliche Wohnanteil erheblich über dem vorgeschriebenen Mindestwohnanteil liege. Die Beschwerdeführerinnen wenden dagegen ein, ein Sexgewerbe der vorgesehenen Grösse verursache starke Störwirkungen, die nicht mit einem Umkehrschluss negiert werden könnten. Auch sei notorisch, dass nach der Zulassung eines ersten Bordells weitere folgen würden, wodurch das Quartier in Verruf geraten könnte.
5.2.2. Soweit diese Argumentation überhaupt den qualifizierten Begründungsanforderungen von <ref-law> zu genügen vermag, erweist sie sich als wenig stichhaltig. Es ist nicht unhaltbar, wenn die Vorinstanz für die Beurteilung der Störwirkung auf den in der Quartiererhaltungszone QI5a geltenden Mindestwohnanteil abstellte, spricht Art. 24c Abs. 3 BZO doch vom vorgeschriebenen Wohnanteil und schliesst sexgewerbliche Salons nur aus, wenn dieser mindestens 50 % beträgt. Hier geht es um eine Zone, in der unbestrittenermassen ein Mindestwohnanteil von 0 % gilt. Der Wohnnutzung kommt somit kein Vorrang gegenüber gewerblichen Nutzungen zu. Auch wenn heute - wie die Beschwerdeführerinnen behaupten - die Wohnnutzung überwiegen sollte, besteht keine Gewähr dafür, dass der bestehende Wohnanteil erhalten bleibt. Die Bewohner müssen vielmehr den Zuzug von mässig störenden Betrieben und deren immaterielle Immissionen dulden und können nicht darauf vertrauen, dass die bisherige Quartierstruktur erhalten bleibt (vgl. dazu Urteil 1C_499/2014 vom 25. März 2015 E. 6.2.2, publ. in ZBl 117/2016 S. 614). Zwar ist nicht ausgeschlossen, dass es zu Konflikten der sexgewerblichen Nutzung mit der Wohnnutzung kommen kann. Auch können sexgewerbliche Betriebe die Attraktivität einer Gegend für Geschäfte und Wohnungen mindern und das seelische Empfinden der Bewohner verletzen bzw. unangenehme psychische Eindrücke erwecken. Die vorinstanzliche Qualifizierung der Störung als höchstens mässig lässt aufgrund des Charakters der fraglichen Umgebung aber keine Willkür erkennen (vgl. <ref-ruling> E. 4.3.2 und 4.3.3 S. 401 f.). Wie bereits dargelegt, handelt es sich hier um ein durch eine gemischte Nutzung geprägtes, lebendiges Quartier (vgl. E. 2.4 hiervor), das als Teil eines grösseren Gebiets zu den Ausgehvierteln der Stadt Zürich zählt und in dem sich bereits verschiedene Restaurants und Bars angesiedelt haben. Es erscheint daher vertretbar anzunehmen, es sei kein erhebliches Konfliktpotential zwischen dem geplanten Bordell und der entgegenstehenden Wohnnutzung zu erwarten. Dabei entsteht kein Widerspruch zur bisherigen Rechtsprechung, die - gleich wie hier - bloss die Willkür einer kantonalen Anordnung zu überprüfen hatte und dies jeweils verneinte: Im dem von den Beschwerdeführerinnen zitierten Urteil 1P.771/2001 vom 5. Mai 2003 (in: ZBl 105/2004 S. 111) ging es um eine Wohnzone mit einem Mindestwohnanteil von 60 %, wobei das Bundesgericht es jedenfalls nicht für willkürlich hielt, angesichts des hohen Wohnanteils und der intensiven Wohnnutzung sexgewerbliche Betriebe aufgrund ihrer ideellen Immissionen als stark störend einzustufen (E. 9.2). Auch das Urteil 1P.191/1997 vom 26. November 1997 ist nicht mit dem hier zu beurteilenden Fall vergleichbar, denn darin erachtete das Bundesgericht den Ausschluss eines Sexgewerbes aus einer intensiv genutzten Wohnzone mit einem Wohnanteil von 80 bzw. 83 % wegen der übermässigen immateriellen Immissionen nicht als bundesrechtswidrig (E. 5c). Der Vorinstanz kann somit keine Willkür vorgeworfen werden, wenn sie vorliegend die Zonenkonformität der beabsichtigten Umnutzung bejahte. Sie war deshalb auch nicht gehalten, die weiteren von den Beschwerdeführerinnen beanstandeten Verletzungen von Bundes- bzw. Verfassungsrecht zu prüfen. Ihr kann keine Gehörsverletzung zur Last gelegt werden.
6.
Die Beschwerdeführerinnen berufen sich schliesslich auf die bundesrechtlichen Lärmschutzvorschriften und machen geltend, das aktenkundige Lärmgutachten sei mangelhaft, die massgebenden Planungswerte für Innenlärmimmissionen würden nicht eingehalten und der angefochtene Entscheid verletze das Vorsorgeprinzip.
6.1. Das Lärmgutachten erachten sie als unvollständig, da weder ein Verkehrs- und Betriebskonzept bestehe noch der An- und Abreiseverkehr, der nächtliche Parkplatzsuchverkehr, das Zuschlagen von Autotüren und die Gespräche der Besucher im Freien berücksichtigt würden. Dabei übersehen sie aber, dass die Vollzugsbehörde nach <ref-law> die Aussenlärmimmissionen eines Bauvorhabens nur dann ermitteln oder ermitteln lassen muss, wenn sie Grund zur Annahme hat, dass die massgebenden Belastungsgrenzwerte überschritten sind oder ihre Überschreitung zu erwarten ist. Zwar sind an die Wahrscheinlichkeit einer solchen Überschreitung keine hohen Anforderungen zu stellen (<ref-ruling> E. 3.4 S. 36 f. mit Hinweis). Mit dem Verwaltungsgericht und dem BAFU ist im vorliegenden Fall aber davon auszugehen, dass durch den Betrieb des geplanten Bordells angesichts der aller Wahrscheinlichkeit nach auf Diskretion bedachten Kundschaft, des nahe gelegenen Parkhauses und der guten Anbindung an den öffentlichen Verkehr keine wahrnehmbare Lärmzunahme aus dem öffentlichen Strassenbereich zu erwarten ist bzw. der von den Besuchern verursachte Lärm nicht massgeblich in Erscheinung tritt. Insoweit musste die Vorinstanz in Erfüllung ihrer Ermittlungspflicht keine weiteren Abklärungen treffen.
6.2. Streitig ist ferner, ob das geplante Bordell unzulässigen Innenlärm verursacht. Nicht in Abrede gestellt wird, dass die Belastungsgrenzwerte der Anhänge 3-8 der LSV ausschliesslich auf Aussenlärm zugeschnitten und für die Erfassung von Lärm, der sich innerhalb eines Gebäudes ausbreitet, nicht geeignet sind (Urteil 1C_311/2007 vom 21. Juli 2008 E. 3.3). Fehlen - wie hier - Belastungsgrenzwerte, so beurteilt die Vollzugsbehörde die Lärmimmissionen nach <ref-law>, unter Berücksichtigung der Art. 19 und 23 USG (<ref-law>; <ref-ruling> E. 4c/aa S. 307). Dabei dürfen neue ortsfeste Anlagen höchstens geringfügige Störungen verursachen (<ref-ruling> E. 2.2 S. 36; <ref-ruling> E. 4d/bb S. 335; zur sinngemässen Geltung für Innenlärm: Urteil 1C_510/2011 vom 18. April 2012 E. 3). Wie das BAFU in seiner Stellungnahme zutreffend ausführt, sind für die Beurteilung der Innenlärmbelastung die Kriterien für den Schallschutz gemäss <ref-law> i.V.m. <ref-law> heranzuziehen. Nach <ref-law> muss der Bauherr dafür sorgen, dass der Schallschutz bei Aussenbauteilen und Trennbauteilen lärmempfindlicher Räume sowie bei Treppen und haustechnischen Anlagen den anerkannten Regeln der Baukunde entspricht. Als solche gelten insbesondere die Mindestanforderungen nach der SIA-Norm 181 (vgl. Urteil 1C_20/2016 vom 6. Juli 2016 E. 4.1).
Die Beschwerdeführerinnen bemängeln, gemäss Lärmgutachten herrsche im Bordell Lärm von 85 dB (A) bzw. in der Bar sogar 90 dB (A), was dem Lärm einer stark befahrenen Strasse entspreche, wobei die Grenzwerte angesichts des ungenügenden Geschossdeckenaufbaus nicht eingehalten werden könnten. Dabei verkennen sie aber, dass das Baurekursgericht die Baubewilligung um die im Gutachten empfohlenen Massnahmen ergänzt hat. Das Lärmgutachten folgerte mit Bezug auf den Innenlärm, die massgebenden Anforderungen der SIA Norm 181 könnten durch den Einbau eines Schallpegelbegrenzers und eines Equalizers sowie aufgrund der Begrenzung des maximalen Schalldruckpegels der Musikanlage bis 19 Uhr auf 70 dB (A) und nach 19 Uhr auf 75 dB (A) trotz des bestehenden Geschossdeckenaufbaus eingehalten werden. Die Beschwerdeführerinnen zeigen keine triftigen Gründe auf, die ein Abweichen vom Gutachten rechtfertigen würden. Solche sind auch nicht ersichtlich. Die angefochtene Baubewilligung enthält somit an sich alle nötigen Auflagen, um den bundesrechtlich gebotenen Schutz vor Innenlärm sicherzustellen.
6.3. Auch wenn ein Projekt die massgebenden Belastungsgrenzwerte einhält, bedeutet dies nicht ohne Weiteres, dass alle erforderlichen vorsorglichen Emissionsbegrenzungen getroffen worden sind. Vielmehr ist anhand der in <ref-law> und <ref-law> genannten Kriterien zu prüfen, ob das Vorsorgeprinzip weitergehende Beschränkungen erfordert (<ref-ruling> E. 4b S. 521 f.). Nach diesen Bestimmungen müssen die Lärmemissionen einer neuen ortsfesten Anlage nach den Anordnungen der Vollzugsbehörde so weit begrenzt werden, als dies technisch und betrieblich möglich sowie wirtschaftlich tragbar ist. Ist der Planungswert aber eingehalten, so gelten nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung weitergehende Emissionsbegrenzungen nur dann als verhältnismässig, wenn mit relativ geringem Aufwand eine wesentliche zusätzliche Reduktion der Emissionen erreicht werden kann (<ref-ruling> E. 8 S. 318; <ref-ruling> E. 5a S. 523 mit Hinweisen). Abgesehen von den geforderten vorsorglichen Massnahmen zum Schutz vor ideellen Immissionen (z.B. Sichtschutz bei den Séparée-Zimmern oder Werbe- und Rotlichtverbot), die ohnehin nicht vom umweltrechtlichen Vorsorgeprinzip erfasst werden (vgl. E. 5.2 hiervor), erweisen sich die im Eventualbegehren beantragten weitergehenden Emissionsbegrenzungen als unverhältnismässig. Das oberirdische Besucherparkplatzverbot und der Einbau von Fenstern mit den höchsten Schalldämmwerten, die dauerhaft zu verschliessen und die Räumlichkeiten dafür künstlich zu belüften wären, lassen sich weder mit einem relativ geringen Aufwand erreichen noch würde deren Umsetzung eine wesentliche zusätzliche Reduktion der Emissionen bewirken. Letzteres gilt insbesondere auch in Bezug auf das Benutzungsverbot einer Musikanlage mit mehr als 70 dB (A). Die geforderte massive Betriebszeitenbeschränkung wäre zwar betrieblich umsetzbar, erwiese sich aber angesichts der bereits angeordneten, verschärften Auflagen für die Beschwerdegegnerin als unzumutbar. Demnach verstiess die Vorinstanz nicht gegen das Vorsorgeprinzip, wenn es die Anordnung weitergehender Emissionsbegrenzungen zum jetzigen Zeitpunkt ablehnte.
7.
Die Beschwerde erweist sich demnach als unbegründet und ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Verfahrensausgang werden die Beschwerdeführerinnen kostenpflichtig (Art. 66 Abs. 1 und 5 BGG) und sie haben der privaten Beschwerdegegnerin eine angemessene Parteientschädigung auszurichten (Art. 68 Abs. 1 und 4 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.
Die Gerichtskosten von Fr. 5'000.-- werden den Beschwerdeführerinnen auferlegt.
3.
Die Beschwerdeführerinnen haben die private Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 3'000.-- zu entschädigen.
4.
Dieses Urteil wird den Parteien, der Bausektion der Stadt Zürich, dem Verwaltungsgericht des Kantons Zürich, 1. Abteilung, 1. Kammer, und dem Bundesamt für Umwelt schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 11. Januar 2017
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Merkli
Die Gerichtsschreiberin: Pedretti