音響心理学の基礎

グスタフ・テオドール・フェヒナーによって発表された有名な原理により、知覚の感覚は直線的な法則ではなく、対数的な法則に従うことが知られています。光の強さの知覚や重さの感覚も、この法則に従います。このことから、音響の分野でも対数の尺度を使うことが正当化されます。80 dB (10-4 W/m²) の音は、70 dB (10-5 W/m²) の音の2倍の音量に見えますが、2つの音響パワーの間には10の因子があるのです。これは非常にナイーブな法則ですが、聴覚的な感覚を表現しようとすることで、音響学の新しい考え方につながりました。それが音響心理学の狙いです。現代でも、人間の聴覚の神経生理学的なメカニズムがうまくモデル化されていないため、音響心理学に取り組むには、音のさまざまな側面を最もよく表現する指標を見つけるしかありません。

音の知覚 編集

音の知覚の研究は、人間の耳の仕組みが複雑であるため、限界があります。下図は知覚の領域と痛みと聴き取りの閾値を表したものです。痛覚の閾値は周波数に依存しません(可聴帯域で120dB程度)。反対に、聞き取り閾値は、すべての等ラウドネス曲線と同様に、周波数に依存します。

phonsとsones編集

phons編集

人間の耳には周波数感受性があるため、同じ強さの2つの音は同じ大きさにはなりません。100 Hzで80 dBの音は、3 kHzで80 dBの音ほど大きくはないのです。倍音の大きさを表すために、phon(フォーンと発音する)と言う新しい単位が使われます。X phonsは「1000 HzでX dBの音量」というような意味で使われます。もう一つの方法として、等ラウドネス曲線(別名でフレッチャー曲線)が使われるようになりました。

sones編集

現在使われているもう一つの尺度は、音の大きさの経験則に基づくsone (ソーンと発音する)です。この法則は、音が2倍の大きさに感じられるには、音の強さを10倍にしなければならないというものです。デシベル(またはphon)スケールでは、10dB(またはphons)の増加に相当します。soneスケールの目的は、これらのスケールを線形に変換することです。

 

ここで、Sはsone、 はphonを表します。変換表は次の通りです。

Phons Sones
100 64
90 32
80 16
70 8
60 4
50 2
40 1

測定基準 編集

ここでは、人間の主観的な感覚を予測する方法を提供するために、5つの音響心理学的パラメータを紹介しましょう。

dB A編集

soneやphonスケールで騒音知覚を測定することは容易ではありません。広く使われている測定方法は、音圧レベルを周波数分割に従って重み付けする方法です。密度スペクトルの各周波数に対して、レベル補正が行われます。異なる音の強さにおける人間の耳を近似するために、様々な種類の重み付け(dB A、dB B、dB C)が存在するが、最も一般的に使用されているのはdB Aフィルターです。そのカーブは、40phonの耳の等ラウドネスカーブに一致するように作られており、結果としてphonスケールの良い近似となるのです。

 

例:倍音が40dBの音に対して、200Hzで-10dBの補正がかかるので、この音は30dB Aとなる。

ラウドネス (Loudness)編集

音の強さを測定するものです。ラウドネスはsone単位で測定でき、音響心理学では支配的な指標となっています。

トナリティー (Tonality)編集

人間の耳は純粋な倍音に非常に敏感であるため、この指標は非常に重要なものです。ノイズスペクトルに含まれる純粋な音の数を測定します。例えば、広帯域の音は、非常に低い階調を持っています。

ラフネス  (Roughness)編集

音の時間的変化に対する人間の知覚を表しています。この指標はasper で測定されます。

シャープネス (Sharpness)編集

シャープネスは、音のスペクトルの特徴と関連しています。高周波の信号は、シャープネスの値が高くなります。この指標はacumで測定されます。

ブロッキング効果 (Blocking effect)編集

正弦波は、帯域を狭めたホワイトノイズによってマスキングされることがあります。ホワイトノイズとは、パワースペクトル密度が平坦なランダムな信号のことです。言い換えれば、この信号のパワースペクトル密度は、与えられた帯域幅を持つ、どの中心周波数でも、どの帯域でも同じパワーを持っています。ホワイトノイズの強度が十分に高ければ、正弦波は聞こえなくなります。例えば、騒がしい環境(街中や作業場)では、誰かの話し声を聞き分けるために注意深くならないといけないことです。