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カルダーノは 歯はで くわえた ぼうから おとを きいた? 骨ほねで きく むかしの くふうと イヤホン

カルダーノは歯でくわえた棒から音を聞いた? 骨伝導の古い工夫と今のイヤホン

カルダーノは歯でくわえた棒から音を聞いた? 骨導の古い工夫が、聴力検査・補聴器・イヤホンに使われるまで

分野:技術

イタリアの おいしゃさん カルダーノは、歯はの あいだに ぼうを おいて、おんがくを きかせた と つたえられます。みみの あなを とおらなくても、おとが きこえる みちが あるからです。この みちは、むかしの ひとも しって いました。

みみを ふさがない イヤホンは、どうして きこえるのでしょう。この メモでは、骨ほねを つたう おとの みちが、けんさや 補聴器ほちょうきにも つかわれて いる ことと、おんりょうの ちゅういが わかります。

骨伝導イヤホンは、耳の穴をふさぎません。それでも音が聞こえます。この「頭の骨を伝って聞く道」は、ルネサンス期には知られていたとされ、イタリアの医師カルダーノが歯でくわえた棒で音楽を聞かせたという話も伝わっています。なぜ、鼓膜を使わなくても聞こえるのでしょうか。

この記事では、骨で聞く道の正体から、聴力検査や補聴器での使われ方、イヤホンの得意・苦手、音量の目安までが分かります。

頭の骨を振動させると音が内耳に届くことは、ルネサンス期には知られていたとされる。イタリアの医師カルダーノが、歯の間に置いた棒で楽器の音を聞かせたという記録もある。耳の穴をふさがない骨伝導イヤホンは、この古い道を現代の道具にしたものだ。ただし、骨で聞く道は「骨だけが震えて直接聞こえる」ほど単純ではない。

この記事では、骨で聞く道の仕組み、聴力検査と補聴器での役割、イヤホンの利点と限界、音量の安全の目安までが分かる。

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1. みみを ふさいで いないのに、どうして きこえるの?

1. 耳の穴をふさがないのに、なぜ音が聞こえるのか

1. 耳をふさがない骨伝導イヤホンは、なぜ聞こえるのか:空気の道と骨の道

ふつうの きこえかたを おもいだして みましょう。おとは くうきの ふるえで、みみの あなから はいります。おくの 鼓膜こまくが ふるえ、その おくの ちいさな ほねを とおって、蝸牛かぎゅうという ところへ とどきます。ここで おとを かんじます。

もうひとつ、骨ほねを とおる みちが あります。あたまの 骨ほねが ふるえると、その ふるえも 蝸牛かぎゅうに とどきます。これを 骨導こつどうと いいます。

みみを ふさがない イヤホンは、こめかみや ほおの ちかくに ふるえる ぶひんを あてます。鼓膜こまくの みちを おもに つかわず、骨ほねの みちで とどける、と せつめいされて います。

では、骨ほねの みちは、ほんとうに 骨ほねだけが ふるえて きこえる のでしょうか。

ふだんの聞こえ(気導)では、空気の振動が耳の穴から入り、鼓膜をふるわせ、中耳の小さな骨を通って、内耳の蝸牛に届きます。蝸牛で、音は神経が受け取る信号に変わります。

これとは別に、頭の骨そのものを振動させる道があります。頭蓋骨の振動が、側頭骨の中にある内耳へ伝わって聞こえる現象を骨導といいます。ルネサンス期(約500年前)には知られていたとされます[1]。

骨伝導イヤホンは、振動する部品をこめかみから頬骨のあたりに当て、耳の穴を開けたまま、骨へ振動を送ります。メーカーの説明では、音は鼓膜を通らずに蝸牛へ届くとされます[1]。

ただし「骨だけが震えて、そのまま聞こえる」と言い切ってよいのでしょうか。

通常の聞こえ(気導)は、空気の振動が外耳道から鼓膜へ入り、中耳の耳小骨を通って内耳の蝸牛に達する経路である。これに対し骨導は、音源の振動を受ける振動子を頭に当て、頭蓋骨を通じて蝸牛へ振動を伝える。頭蓋骨を振動させると側頭骨内の内耳に伝わって聞こえることは、ルネサンス期には知られていたとされる[1]。

骨伝導イヤホンはこの第二の経路を使い、こめかみから頬骨付近に振動子を当てて、耳の穴を開けたまま音を届ける。メーカー側は、音が鼓膜を迂回して蝸牛に届くと説明している。しかしこの説明が、そのまま物理的な事実と一致するかは別の問題だ。次の章で、研究者の整理を見る。

2. 骨ほねの みちは、ほんとうに 骨ほねだけ なの?

2. 骨で聞く道は、骨だけを通るわけではない

2. 骨導の経路は一本ではない:5つの要因と、蝸牛の液の慣性

スウェーデンの けんきゅうしゃが かいた ろんぶんでは、骨ほねで きこえる みちは、1つでは ないと しています。5つの ことが かかわる、と まとめられて います。

たとえば、みみの あなの なかで おとが ひびく こと、蝸牛かぎゅうの なかの みずのような ものが、ふるえに おくれて ゆれる ことなどです。このなかでは、蝸牛かぎゅうの なかの ゆれが いちばん たいせつだと かんがえられて います。

だから、「骨ほねが ふるえて ちょくせつ きこえる」だけでは、ざんねんながら たりません。骨ほねの ふるえが、みみの おくで いろいろな ゆれに なって、おとに なります。

では、この 骨ほねの みちを、むかしの ひとは どう つかったのでしょう。

スウェーデンの研究者ステンフェルトらは、骨導で内耳に音が届く道すじを論文で整理しました。要因は5つあるとされます。外耳道への音の放射、耳小骨の慣性、蝸牛内の液の慣性、蝸牛の壁の圧縮、脳脊髄液からの圧の伝わりです。このうち、蝸牛内の液の慣性が最も重要と考えられています[2]。

慣性とは、止まっているものが止まり続けようとする性質です。頭が振動しても、蝸牛の中の液は少し遅れて動くので、壁との間にずれが生まれます。そのずれで感覚細胞が刺激され、音として感じられると考えられています。これが大まかな考え方です。

ここで、耳の穴をふさぐかどうかが関わってきます。耳の穴が開いているかぎり、穴の中の音の圧力は、骨導の聞こえの主役ではないとされます。ふさぐと、周波数の低い音(おおよそ1〜2kHz以下)では穴の中の音が主役になるそうです[2]。骨伝導イヤホンが耳をふさがないのは、聞こえ方の面でも理由があるといえそうです。

ところで、この道を人間はどう使ってきたのでしょうか。

ステンフェルトとグッドは2005年の総説で、骨導で内耳に音が届く道は一つではなく、5つの要因が関わるとまとめた。外耳道への音の放射、耳小骨の慣性、蝸牛内の液の慣性、蝸牛壁の圧縮、脳脊髄液からの圧の伝わりである。このうち、蝸牛内の液の慣性が最も重要と考えられている[2]。

慣性とは、静止しているものが静止し続けようとする性質である。頭が振動すると、蝸牛の液は少し遅れて動くため、蝸牛の壁との間に相対的なずれが生じ、感覚細胞が刺激される、という筋道が考えられる。

この整理から、「骨だけが震えて直接聞こえる」「鼓膜はまったく関与しない」といった単純な説明が、不正確になりうることが分かる。外耳道の音の放射も経路の一つに数えられるからだ。ただし、耳の穴が開いているかぎり、穴の中の音圧は骨導の聞こえの主役ではないとされ、穴をふさぐと周波数の低い音(1〜2kHz以下)で穴の中の音圧が支配的になるという。この点は要旨の紹介にもとづく。骨伝導イヤホンが耳をふさがない設計であることは、この性質と矛盾しない。

3. 歯はで ぼうを くわえて おんがくを きいた ひとが いた?

3. 歯でくわえた棒で音楽を聞く:骨で聞く道を使った昔の工夫

3. カルダーノの棒とベートーヴェンの逸話:骨で聞く道を使った初期の工夫

イタリアの おいしゃさん、カルダーノは、歯はの あいだに ぼうを おいて、その さきを 楽器がっきに つなぎました。みみが きこえにくい ひとでも、おんがくが きけるように した、と つたえられます。

これは、きろくに のこる はやい れいの ひとつ だと いわれて います。ただし、いつの こと なのかは、しりょうに よって ちがいます。

おんがくかの ベートーヴェンの はなしも あります。ピアノに 木の ぼうを つけて、歯はで くわえ、おとの ふるえを かんじとった、と つたえられて います。ただ、これは たしかな きろくとは いえない はなしです。

ベートーヴェンの ものとして たしかに のこって いるのは、ベートーヴェン・ハウスの ラッパの かたちの ほちょうぐです。

ENT & Audiology Newsの歴史解説によると、記録に残る初期の骨導デバイスは、おそらくイタリアの医師カルダーノが作ったものだといいます。歯の間に棒を置き、その先を楽器につなぐことで、耳が聞こえにくい人が音楽を楽しめるようにしたそうです[3]。ただし「おそらく」という書き方で、年や書名は資料によって異なります。

ベートーヴェンについても、ピアノに木の棒をつけて、歯でくわえて弾き、音の振動を感じ取ったと伝えられます。ただ、この話は伝わり方がはっきりしないので、「骨伝導を発見した」とは言えません。「そう伝えられている」にとどめておきます。

確かなのは、ベートーヴェン・ハウスに残る補聴ラッパです。メルツェルが作った1813年製のものが、ドイツのボンにあるベートーヴェン・ハウスに残っています[4]。

歯でくわえるのは、音の振動を、頭の骨にまっすぐ送るためと考えられます。ふさがる耳の代わりに、歯が「入り口」になった、とも見られます。

骨導を聴取に使う工夫は古い。ENT & Audiology Newsの歴史解説は、記録に残る初期の骨導デバイスを、おそらくイタリアの医師カルダーノが作ったと述べる。歯の間に置いた棒の先を楽器につなぎ、難聴の人が音楽を聞けるようにしたという。ただし「おそらく(Most likely)」という限定つきの記述で、年や書名は資料によって異なる(たとえば1550年の『De Subtilitate』とする資料もある)ため、本稿では年を断定しない[3]。

ベートーヴェンについては、ピアノに木の棒をつけて歯でくわえ、音の振動を感じ取ったと紹介されることがある。しかしこの逸話は、検索で得た二次的な紹介にとどまり、ボン・ベートーヴェン・ハウスの資料本文では未確認である。「骨伝導を発見した」などとは書けない。確実に残る補聴具として資料で確かめられるのは、メルツェルが作った補聴ラッパ(1813年製、ベートーヴェン・ハウス所蔵)である[4]。

では、なぜ歯で棒をくわえるのか。振動を頭蓋骨へ直接送るには、歯が都合のよい接点だったと推測できるが、これは筆者の推測であり、資料の記述ではない。歯で棒をくわえる工夫は、頭蓋骨へ振動を送る方法の一つだったと考えられる。

4. 骨ほねの みちは、けんさや 補聴器ほちょうきにも つかわれて いる

4. 聴力検査と補聴器:骨で聞く道は診断と治療にも使われる

4. 気導と骨導の差で難聴のタイプを見分ける:聴力検査と骨固定型補聴器

みみの びょういんでは、ふつうの きこえと、骨ほねを つたう きこえの 2つを くらべて しらべます。

ふつうの きこえが わるくても、骨ほねを つたう きこえが よければ、鼓膜こまくの ほうの みちに もんだいが あると かんがえます。どちらも わるいと、蝸牛かぎゅうから おくの ほうの もんだいだと かんがえます。

骨ほねの みちは、補聴器ほちょうきにも つかわれます。骨ほねに うめこむ しゅるいの 補聴器ほちょうきは、スウェーデンの ヨーテボリの おいしゃさんたちが 1970ねんだいに つかえるように しました。さいしょの 3人の かんじゃさんに うめこまれたのは 1977ねんです。

にほんでは 2013ねんの 1月1日から、ほけんが つかえるように なりました。

聴力検査では、気導と骨導の両方を測ります。気導の聞こえが落ちていても、骨導が正常なら、外耳や中耳など、音を内耳へ運ぶ部分に原因があると考え、伝音難聴とします。気導も骨導も落ちていれば、内耳より奥に原因があると考え、感音難聴とします[1]。骨導も測ると、気導との聞こえ方の差から、音が伝わりにくい場所を考える手がかりになります。

骨で聞く道は、補聴器にも使われます。頭の骨に埋め込む骨固定型補聴器(BAHA)は、スウェーデンのヨーテボリの医師団(A・チェルストレムら)が1970年代に実用化しました。最初の3人の患者に埋め込まれたのは1977年です[5]。

日本では、2013年1月1日に保険の対象になったと紹介されています。適応の条件は改定されることがあるので、数値は書きません。

聴力検査では、気導閾値と骨導閾値の両方を測る。気導の聴取閾値が上がっていても骨導が正常なら、外耳・中耳など音を運ぶ部分に原因がある伝音難聴と考える。気導・骨導ともに閾値が上がっていれば、内耳以降の障害である感音難聴と考える[1]。骨導は中耳を迂回して内耳へ振動を送るため、二つの値の差が、障害の位置を絞りこむ手がかりになる。

この性質を治療に使ったのが、骨固定型補聴器(BAHA)である。ヨーテボリの医師団(チェルストレムら)が1970年代に実用化し、最初の3人の患者への埋め込みは1977年だった[5]。日本では2013年1月1日に保険適用となったとされる。ただし適応基準は改定されるため、本稿では数値を記さない。出典は二次的な解説にとどまるので、詳細は学会の資料を確認したい。

5. 骨ほねで きく イヤホンの とくいな ことと、きを つける こと

5. 骨伝導イヤホンの得意なことと、音量で気をつけること

5. 耳をふさがない利点と限界:音漏れ・低音と、WHOの音量の目安

みみを ふさがないと、まわりの おとも きこえやすく なります。くるまの おとや、ひとの こえに きづきやすい、という いいところが あります。

いっぽうで、おとが まわりに もれやすく、ひくい おとは ふつうの イヤホンより よわく かんじやすい、と いわれます。

おとの おおきさにも ちゅういが いります。骨ほねの みちでも、おとを かんじるのは 蝸牛かぎゅうです。おとが おおきすぎたり、ながく きいたり すると、みみに たいへんです。

WHO(せかい ほけん きかん)は、おとが おおきいほど、みじかい じかんで みみが あぶなくなる と して、おとの おおきさと きく じかんの めやすを しめして います。

耳をふさがないので、周囲の音が聞こえやすいのが利点です。いっぽう、音が密閉されず周囲に漏れやすく、低音は従来型のイヤホンより弱い傾向があるとされます[6]。

「鼓膜を使わないから、耳に優しい」と思うかもしれません。しかし骨で聞く道でも、音を感じ取るのは内耳の蝸牛です。大きな音を長く聞けば、耳に負担がかかるという説明が見られます。

WHOは、12〜35歳の若者10億人超が、娯楽での大きな音によって難聴の危険にあるとしています。安全の目安は、音が大きいほど短い時間になるように、音の大きさと聞く時間の組み合わせで示されています[7]。

骨伝導かふつうのイヤホンかにかかわらず、音量は「まわりの音が聞こえるくらい」に抑えるのがよさそうです。

耳をふさがないため、周囲の音が聞こえやすい点が利点である。一方、音が密閉されず漏れやすいこと、低音の再現が従来型より劣る傾向があることが指摘される[6]。低音が弱い理由や音漏れが起きる仕組みは、公的な資料でまだ詳しく説明されておらず、ここでは理由に踏みこまない。

「鼓膜を使わないから難聴にならない」という見方は誤りである。骨導でも、音を感じ取るのは内耳の蝸牛だからだ。骨伝導イヤホンの難聴リスクを直接論じた医学会の一次資料は取れておらず、民間の解説にとどまる。そこで一般の基準を見ると、WHOは12〜35歳の若者10億人超が娯楽での大音量により難聴の危険にあるとし、安全の目安を、音の大きさと聞く時間の組み合わせで示している[7]。具体的な数値は更新されうるので、WHOの最新の表で確かめたい。

6. じぶんでも しらべて みたく なったら

6. 自分でも調べてみたくなったら

6. 自分でも調べてみたくなったら

きょう できる こと

つくえに みみを そっと あてて、ゆびさきで つくえを トントンと かるく たたいて みましょう。あたまを あげて たたいた ときと、くらべて みます。つくえの ふるえも みみに つたわります。きこえかたの ちがいには、くうきを つたわる おとも かんけい します。ちからは いれすぎないで ください。

しらべる とき

おとなの ひとと いっしょに、みみの びょういんの ホームページで、「骨導こつどう」の せつめいを よんで みましょう。

今日できること

机に耳をそっと当て、指先で机を軽くトントンとたたいてみます。頭を上げてたたいたときと、聞こえ方を比べます。机の振動も耳に伝わります。聞こえ方の違いには空気を伝わる音も関係します。力は入れすぎないようにします。

資料を読むなら

コトバンクの「骨導」[1]は日本語で短く読めます。歴史に興味があれば、図書館で日本語の本を探し、カルダーノやベートーヴェンの補聴の記録を調べてみましょう。

今日できること

机に耳を当て、指先で机を軽く叩き、頭を上げて叩いたときと比べる。机の振動も耳に伝わる。聞こえ方の違いには空気を伝わる音も関係する。力は入れすぎない。

資料を読むなら

骨導の定義と聴力検査での使い方はコトバンクの「骨導」[1]、5つの要因はステンフェルトらの総説[2]、歴史はENT & Audiology Newsの解説[3]を読むとよい。音量の基準はWHOのMaking listening safe[7]が一次資料である。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

本文で使った資料です。

  1. コトバンク「骨導」. https://kotobank.jp/word/%E9%AA%A8%E5%B0%8E-3242641 (骨導の定義と聴力検査)
  2. Stenfelt & Goode, Bone-conducted sound: Physiological and clinical aspects, Otology & Neurotology (2005). https://research.chalmers.se/en/publication/106625 (骨導の5つの要因)
  3. ENT & Audiology News, The history of bone conduction devices. https://www.entandaudiologynews.com/features/audiology-features/post/the-history-of-bone-conduction-devices (カルダーノの棒)
  4. Beethoven-Haus Bonn メディア資料. https://www.beethoven.de/en/media/view/5337439937757184/ (補聴ラッパ)
  5. 骨固定型補聴器の歴史に関する査読総説(PubMed 21389699). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21389699/ (骨固定型補聴器)
  6. BCN+R「おすすめの骨伝導イヤホン…仕組みも解説」. https://www.bcnretail.com/market/detail/stk20240123_395553.html (イヤホンの利点と弱点)
  7. WHO, Making listening safe. https://www.who.int/activities/making-listening-safe (音量の安全の目安)

なおした ところ

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