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利用者:うら/sandbox/test10

音の大きさ（ラウドネス、英: loudness）はヒトの聴覚が感じる音の大小を示す心理量である[1]。

解説

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空気中の音圧の変化が耳に達すると、耳では音圧の振幅の大小により基底膜の振幅が定まり、それに応じた数のインパルスをコルチ器官が発して大脳へ伝えることで、知覚される音の大きさの大小が定まる。こうした音の知覚的な大きさを表す音の大きさ（ラウドネス）は、感覚量であり、物理的に直接測定することはできないが、基本的には音のエネルギーと対応しており、音の強さ（音響インテンシティ）が増せば音は大きく感じられる。また、基底膜の振動部位は音の周波数によって異なるため、音の大きさは周波数によっても左右されるほか、音の時間構造にも依存する[2][3][4]。

空気中の音圧の変化が耳に達すると、音がするという感覚が得られる。耳では音圧の振幅の大小により基底膜の振幅が定まり、それに応じた数のインパルスをコルチ器官が発して大脳へ伝えることで、知覚される音の大きさの大小が定まる。一方で、基底膜の振動部位は音の周波数によって異なるため、音の大きさは周波数によっても左右される[2]。

こうした音の知覚的な大きさを表す音の大きさ（ラウドネス）は、感覚量であり、物理的に直接測定することはできないが、基本的には音のエネルギーと対応しており、音の強さが増せば音は大きく感じられる。音の大きさは、音の強さのほかに音の時間構造、また後述のとおり周波数スペクトル構成にも依存する[3][4]。

同じ周波数の音であれば音圧が増大するほどヒトは音を大きく感じる。しかしヒトの聴覚の感度は周波数によって異なるため、同じ音圧であっても周波数が異なればヒトの感じる音の大きさは異なる。音の大きさが一定となる純音の音圧レベルを結んで得られる周波数と音圧レベルの関係を図示したものが等ラウドネス曲線である（右図）。

等ラウドネス曲線。横軸は周波数、縦軸は音圧レベル。

推定

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ラウドネスは心理量であるため、本来的には個々人が感じた「音量」を調査することでしか記録できない。そのため音量測定・操作は容易ではない。一方、ラウドネスは物理量である音圧と強い関係性がある。ゆえに心理量であるラウドネスを物理量から推定・近似できる尺度が提案されている（A特性音圧レベル、Moore-Glasberg法など）。

同じ音圧の音であっても周波数が異なれば、その音の大きさ（音の知覚的な大きさを表す感覚量）は、必ずしも同じではなく[5]、 概して、低い周波数領域では、最も感度の良い1～5kHz付近に比べて、相対的に高い音圧レベルでないと同じ大きさに聞こえない[6]。

この周波数による音の大きさの違いについて、基準となる周波数（1,000Hz）の純音の音圧レベルと同じ大きさに聞こえる、ある周波数の純音の音圧レベル（ラウドネスレベル）を線で示したものが等ラウドネスレベル曲線であり、フレッチャー=マンソンによるものが著名である[5]、等ラウドネスレベル曲線の測定は古くから測定が繰り返されており、近年では、鈴木と竹島によるものがISO 226:2003として規格化されている[6]。

ラウドネスレベル

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→「ホン」も参照

ラウドネスレベル (あるいは音の大きさのレベル 英: loudness level) は聴覚の特性に合わせて音圧レベルを周波数補正し標準化した物理量である[7]。

ラウドネスレベルのフォン[phon]と音圧レベルを表すデシベル[dB]との関係（等ラウドネス曲線）

フォン (phon) は、音の大きさ（ラウドネス）のレベル（ラウドネスレベル）の単位。別名ホン、ホーン[8]。

周波数1000ヘルツ[Hz]の純音のフォン[phon]は、その音圧レベル（単位:デシベル[dB]）に等しい。これ以外の周波数のフォン値は、同じラウドネスに聞こえる1000ヘルツの純音の音圧レベルに等しい。したがって、同じフォンの音は（個人差等もあるがほぼ）同じ大きさに聞こえる。

音圧レベルのdB値とフォンの関係は等ラウドネス曲線に一致するはずだが、実際には測定条件や個人差などの違いにより、研究者ごとに異なる等ラウドネス曲線が導き出されている。フォンの算出には、ISO 226:2003で規格化された等ラウドネス曲線を使う。

なお、等ラウドネス曲線が等間隔でないため、騒音レベルとは異なり、同じ周波数で音圧レベルが1デシベル増えてもラウドネスレベルが1フォン増えるとは限らない。

ラウドネス「レベル」ではない、ラウドネスの単位にソーン（sone）がある。フォンとソーンには「フォン[phon] ÷ 10 - 4 = log2ソーン[sone]」の関係がある。ラウドネスはISO532で規格化されている。

同じ音圧であっても、純音のラウドネスがその周波数によって変わる事実に基づき、音圧レベルをもとにして等ラウドネス曲線により補正を掛けた量である。周波数によらずラウドネスレベルが等しければラウドネスも近似的に等しい[9]。単位はフォン（phon）。例えば [Hz] の純音に関して、補正係数を 、計測された音圧レベルを [dBSPL]とすると、この純音のラウドネスレベルは [phon] である。[要出典]

ラウドネスレベルは、同じ値であれば周波数が異なる場合でも、純音のラウドネスが等しくなるように補正された尺度である。ゆえに複合音に外挿してもラウドネスとの関係が保たれる保証はない。例えば近い周波数の純音2つからなる複合音の場合、マスキング効果によりラウドネスが抑制される、すなわち実際のラウドネスレベルが純音のラウドネスレベル和より小さくなる可能性がある[要出典][10]。

ヒトは音に対して大小を感じる。これが音の大きさ・ラウドネスである。単位はソーン（sone）。音圧レベル40dB・周波数1kHzの純音をヒトが聴いた際に感じる音の大きさが1soneと定義される[11]。ヒトの感じる音の大きさが2倍になれば2sone、半分になれば0.5soneと表される[12]。

ラウドネスとラウドネスレベルの尺度関係は明確でない。比率尺度として、すなわち10phonで2倍のラウドネスが得られる（等比）という研究や[13]、間隔尺度として10dBで騒音カテゴリが1つあがる（等差）という研究が存在する[14]。

A特性音圧レベル

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周波数による聴感補正グラフ
平坦特性をZ特性といい、A,C特性は等ラウドネス曲線のそれぞれ60,100phonに近似した重みづけである。その中間のB特性と、航空機騒音評価のために提案されたD特性は音源の改善により用いられなくなった[15]。

さまざまな周波数により構成される音の大きさの評価について、周波数による感覚的な音の大きさの違いを踏まえて、周波数による聴感補正を行った音圧を用いる。通常用いられるサウンドレベルメータ（騒音計）には、このような周波数による聴感補正を行う周波数補正回路が、音の大きさのレベルを近似的に測定する目的で挿入されている[16]。

騒音の測定に用いる聴感補正は、A特性によるものが一般的である。A特性は、フレッチャー=マンソンの40 phon[注釈 1]における等ラウドネスレベル曲線を逆にしたものに近似される。このA特性により周波数重みづけを行った音圧pAを用いて算定した音圧レベル（A特性音圧レベル）LAを、騒音レベルといい、騒音の大きさの評価に用いられる[17]。

利用

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音量調整

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音響機器・オーディオソフトウェアが発する音声信号の音量調整/volume control（音量正規化）にラウドネスは用いられる。

異なる2つの楽曲の音量を最大振幅（~音圧）で制御した場合、視聴者が感じるラウドネスは必ずしも一致しない。なぜなら音圧とラウドネスは正比例しないからである。（視聴者が感じる）ラウドネスを一致させたいのであれば、機材側での音量調整段階でラウドネスを揃えればよい。すなわちラウドネスレベル等のラウドネス推定値を用いて音量上限を設定すれば、複数の音声信号間でラウドネスを均一化できる。これをラウドネス正規化（英語版）という。

脚注

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[脚注の使い方]
  1. ^ "音の大きさ，ラウドネス 聴覚にかかわる音の属性の一つで，小から大に至る尺度上に配列される。備考 音の大きさは，主として刺激の音圧に依存するが，周波数，波形及び継続時間にも依存する。 " JIS Z 8106:2000
  2. ^ a b 山本・高木『環境衛生工学』 1988, pp. 72–77, 80.
  3. ^ a b 安藤・鈴木・古川『基礎音響学』 2019, p. 111.
  4. ^ a b 『音の百科事典』 2006, p. 97, 「音の大きさ」.
  5. ^ a b 山本・高木『環境衛生工学』 1988, p. 80.
  6. ^ a b 安藤・鈴木・古川『基礎音響学』 2019, p. 112.
  7. ^ "ラウドネスレベルは聴覚の特性に合わせて周波数補正され標準化された物理量である。" 難波精一郎. (2017)
  8. ^ 精選版 日本国語大辞典 「ホン」(コトバンク-ホン)
  9. ^ "周波数を異にする純音でもラウドネスレベルが同じならラウドネスもまた同じと見なされる。" 難波精一郎. (2017)
  10. ^ "音源が複数あってその周波数成分が相互に異なる場合，マスキング効果の相違によってラウドネスが変化する可能性がある。" 難波精一郎. (2017)
  11. ^ "ソン 音の大きさの単位。1ソンは，平面波として前方から提示された音圧レベル40dB，周波数1000Hzの純音の大きさに等しい。 備考 評定者によって1ソンのn倍と判断された音の大きさが，nソンである。" JIS Z 8106:2000
  12. ^ 日本音響学会編、音響用語辞典
  13. ^ "だいたい音のレベルが10dB上がると二倍の大きさに聞こえる）" 千葉祐弥. 音響特徴量ってなんですか Answer2. 音響学入門ペディア
  14. ^ "被験者が音の強さの変化に対して量的に対応する能力のあることの妥当性を示すが，この心の中のラウドネス尺度が距離尺度か比率尺度か判明しない" 難波精一郎. (2017)
  15. ^ 前川・森本・阪上『建築・環境音響学』第3版 2011, p. 23-24.
  16. ^ 山本・高木『環境衛生工学』 1988, pp. 81, 82.
  17. ^ 山本・高木『環境衛生工学』 1988, p. 82.

参考文献

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  • JIS Z 8106 : 2000（音響用語）
  • ISO 226:2003 Acoustics — Normal equal-loudness-level contours
  • 難波精一郎. (2017). 知っているようで知らないラウドネス. 日本音響学会誌 73 巻 12 号（2017），pp. 765–773.
  • 音の百科事典編集委員会 編『音の百科事典』丸善、2006年。ISBN 4-621-07660-4。 
  • 西巻正郎『電気音響振動学』 9巻（改版）、コロナ社〈電子通信大学講座〉、1978年2月。ISBN 4-339-00076-0。 
  • 山本剛夫; 高木興一『環境衛生工学』朝倉書店、1988年。ISBN 4-254-26123-3。 

関連項目

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