ONO SOKKI Co.,LTD

1.はじめに

音質評価とは、心理音響技術を使用して、音を人による感じ方に合わせて定量的に解析する技術です。 従来の物理量に基づく機械的評価に対して、人の感覚に基づくこの音質評価技術は、これからの生活環境に人間性をプラスしてゆくと考えられます。例えば、現在のエアコンは以前よりもだいぶ静かになりましたが、その音はまだまだ機械的です。しかし、音質評価技術で音質を解析し、音の改良技術が進歩すれば、心地よく、やさしい自然の音に造りかえることも可能です。音質評価技術は、この他にも、自動車などの乗り物や事務機器など、様々な分野へ今後の応用が期待できます。

イラスト(物理量から音質評価へ、生活に調和した音環境づくりの概念図)

2.心理音響技術とは

音質評価の基盤となっている心理音響技術は、工学、医学、心理学などの広い分野を駆使した技術であり、 また、これからさらに成長する技術といえます。例えば、心理音響評価のパラメータといっても数多くあ り、対象とする音によって使い分けたり、組合せたりして使いこなす技術が必要です。 特に、心理学については、人の嗜好や社会環境により感性に違いが出るなど、今後の研究課題が残されて います。しかし、これらは将来解決され、さらに実用化されていくと考えられます。

イラスト(工学、医学、心理学を組み合わせた心理音響技術による音質評価)

 

イラスト(物理量から音質量評価へ)

 

3.音質評価の普及

心理音響技術に基づく音質評価は、はじめ自動車の車室内音を評価するために用いられました。

イラスト(音質評価の歴史的流れ図)

音の大きさの評価量であるラウドネスは ISO で規格化されています。また、自動車業界の他でも心理音響 評価量が注目されています。1998 年には家電機器業界で騒音の表示に関する基準が定められ、騒音の表示 には騒音レベルの他にラウドネスを用いるように記されています。その他、事務機器業界などでも騒音対策に用いる定量的な評価量として注目されています。

学問としての心理音響技術は、次ページ表のように 1930 年代から研究されています。心理音響評価量の 1つであるラウドネスは、先に述べたように ISO で規格化され(定常音のみ)、広く使われ始めています。

このラウドネスは様々な人達の研究が蓄積され、ドイツのツヴィッカーによって今のラウドネスにまで玉成されました。その他の心理音響評価量の多くは比較的近年に考案されています。その多くがツヴィッカ ーの研究室と関係がある研究者によって提案されたものです。現在もいくつかのパラメータが研究されて おり、今後ますます発展して行く技術です。

1930 年代 純音ラウドネスの測定/ H. Fletcher, W.A. Munson
1940 年代 ラウドネスへの時間効果の測定 / W.R.Garner
1950 年代 聴覚の生理学的研究の開始/ G. Bekesy
純音ラウドネスの再測定/ D.W. Robinson, R.S. Dadson
ラウドネスの計算方法/ L.L. Beranek
1960 年代 ラウドネスの計算方法/ S.S.Stevens
ラウドネスとマスキング/ E. Zwicker
ラウドネスに及ぼす時間構造の影響/ E. Zwicker
1970 年代 ラウドネスの計算方法/ E. Zwicker
シャープネスの提案/ G. Bismarck
ラフネスの提案/ E. Terhardt
1980 年代 変動強度の提案/ H. Fastle
好ましさの提案/ W. Aures
 

4.音の知覚(聴感)と音質評価システム

心理音響評価量は、人間の耳の構造や聴覚神経の働きを調べたり、たくさんの人間に聴感実験を行った結 果から導き出されたものです。聴感実験とは実際に人間に音を聞かせ、どのように感じたかをたずねて、 その反応を調べることです。人間は、その人の年齢や今までの経験、その時の体調や、温度など周囲の環 境によって少しづつ音に対する反応が異なってしまいます。そこで、たくさんの人間に何回も試験を行っ てそれを統計処理することで心理音響評価量が求められてきました。

イラスト(音質評価システムの概念図)

それでは、心理音響技術はなぜ必要なのでしょうか。 機器から発生する音は、従来、物理量(音圧レベル、騒音レベル、パワーレベル、1/3 オクターブスペク トル、FFT スペクトルなど)に基づいた評価・対策が中心でした。しかし、実際に音を聞くのは人間です。 また、物理的な音の対策、一般的には物理量を下げる方向で行われますが、そこには限界があります。 もちろん、非常に高価で大きく、重い材料で覆うなどしてもよければ全く音を消すことも不可能ではあり ませんが、現実的ではありません。それに音を無くすことが必ずしも心地よい環境を創り出すとは限りま せん。そこで、音圧などの物理量を単純に下げるのではなく、人間が聞いた時にどう感じるかを定量化し たものが、心理音響評価量と呼ばれるものです。 心理音響評価量は物理量と関係付けられていますので、音質評価量からどのようにしたらその音質を改善 できるかを知る手がかりが得やすくなっています。このようにして、機器の設計へとフィードバックして いく手法が、音響設計と呼ばれる方法です。

イラスト(音質評価手法を使用し設計へフィードバックする音響設計の概念図)

小野測器のSQ シリーズで算出する心理音響評価量には主にラウドネス、シャープネス、ラフネス、変動 強度の4つがあります。さらにトーナリティと呼ばれる純音感をあらわす評価量や、AI と呼ばれる語音明瞭度 をあらわす評価量も算出できます。

心理音響評価量 単位 解説
ラウドネス sone 音の大きさ
定常音については ISO 532B で規格化
ラウドネスレベル phon ラウドネスを対数表示  
シャープネス acum 甲高さ
低域と高域の音のバランスが高域側に偏ったときに感じる
ラフネス asper 粗さ感 ざらざら、ぶるぶる
ラウドネスが短い周期で変動する時に感じる
変動強度 vacil 変動感 滑らかさ感の逆
ラウドネスがゆっくりとした周期で変動する時に感じる
トーナリティ tu 純音感
音の中にどれだけ純音成分が多く含まれているかを表す
AI % 語音明瞭度
語音の明瞭性を評価するための評価量

音質評価をご理解いただくために、実際の解析例を紹介します。下図に示しているのは音の大きさが異なる6つの機械音に対する分析例です。

データ画面(6つの機械音の分析例)

上側の線(緑色)はA 特性音圧レベル(騒音レベル)で分析したもので、6 つの音は全て同じ値を示しています。 それに対し、下側の線(ピンク色)は音の大きさを示す評価量の「ラウドネス」で分析した結果で、6つの音の違いが現れています。実際にこれらの音を私達が聞いてみると、下側のラウドネスの結果と同様に音の大きさが それぞれ異なって聞こえます。この例からも、人間が聞いたときの音の大きさは A 特性音圧レベルのような、音圧のみに基づいた評価量だけでは評価することができないということが分かります。

次は、バイク2 台が順に通過する音です。

データ画面(2台のバイクが順に通過する音の分析例)

この音についても先ほどの例のように A 特性音圧レベルおよびラウドネス分析を行いました。

A 特性音圧レベル(騒音レベル)で分析した上側の線(緑色)では 2 台のバイクの値が同じです。 それに対し、「ラウドネス」で分析した下側の線(ピンク色)では 2 台目に通過するバイクの音の方が大きい値となっています。実際にこれらの音を聞いてみるとラウドネスの結果と同様に 2 台目の音の方が大きく聞こえます。

今度は、2 つの機械音です。

データ画面(2つの機械音の分析例)

1 つ目の音よりも2 つ目の音のほうが大きく聞こえます。しかし、A 特性音圧レベルを調べてみると後の 音のほうが値が小さくなっています。A 特性音圧レベルで評価した場合の大小関係と、実際に聞いた場合 の大小関係が逆になることもある、という例です。

では、なぜ音圧の値と実際に聞こえる音の大きさが対応しないのでしょうか。


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→目次
 1:はじめに(ページトップ)
 2:心理音響技術とは
 3:音質評価の普及
 4:音の知覚(聴感)と音質評価システム
 5:ラウドネス計算の基となる考え方
 6:シャープネス計算の考え方
 7:変動強度計算の考え方
 8:ラフネス計算の考え方
 9:変動感とざらざら感
10:解析例
  最後に
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