1. ひくい 音は、ちいさく かぞえる
1. 騒音計は、低い音を小さく数えている
1. A特性の補正量 ── 1000Hzを基準に、低音ほど差し引く
そうおんけいには、「A」という せってい(とくせい)が あります。ふつうは、この せっていで はかります[4]。
この せっていでは、音の たかさによって ひく 数が ちがいます。1000ヘルツの 音は、ひきません。100ヘルツの ひくい 音は、およそ 20デシベル ひきます[4]。ひくい 音ほど、たくさん ひくのです。
なぜかというと、人の 耳が、ひくい 音に にぶいからです。おなじ つよさでも、ひくい 音は ちいさく きこえます。そうおんけいは、その 耳の くせを まねして います。
では、耳の くせは、だれが どうやって しらべたのでしょう。
100ヘルツの音は、約20デシベル引かれる
騒音計には、音の高さによって数字の出し方を変える「周波数補正」があります。ふつうはA特性という設定にして使います。A特性は、1000ヘルツの音では補正がゼロで、100ヘルツでおよそ−20デシベルです(規格の表の値ではなく、目安の数字です)。低い音ほど大きく差し引いて表示します[4]。
低い方へ進むと、引く量はさらに増えます。ウィキペディア英語版にある式で計算すると、100ヘルツは約−19.1デシベル、31.5ヘルツは約−39.5デシベルです[2]。ただしこれは式から出した値で、規格の表の値とは少しずれることがあります。
なぜ、わざと引くのか
人の耳が、低い音に鈍いからです。同じ強さの音でも、低い音は静かに聞こえます。そこで騒音計も、耳と同じ感じ方になるように、低い音を小さく数えます。うるささの数字を、機械の都合ではなく、聞こえ方に近づけるための工夫です。
では、この「耳のくせ」を、いったい誰がどうやって調べたのでしょうか。
騒音計の周波数補正は、通常A特性に設定して使う。A特性は1000Hzで補正0dB、100Hzでおよそ−20dBで、低い周波数ほど大きく差し引く[4]。ウィキペディア英語版の式から自分で計算すると、100Hzは約−19.1dB、31.5Hzは約−39.5dBになる[2]。規格(JIS・IEC)の表の値とは許容差の範囲でずれるため、本文では「約」を付けて扱う。
この差は小さくない。20dBはエネルギーの比で100倍、39.5dBなら約8900倍(103.95)にあたる。つまり、31.5Hzと1000Hzで音圧の二乗に比例する量(エネルギーの目安)が同じなら、31.5Hzの音は約8900分の1に小さく数えられる。逆にいえば、31.5Hzの低い唸りは、この比べ方で1000Hzの音の数千倍のエネルギーがあっても、同じ数字で表示される計算になる。
補正の理由は、人の耳が低い周波数に鈍いからだ。同じ音圧でも低音は小さく聞こえるので、測定値を聞こえ方に寄せるために引く。では、この「耳のくせ」はどのように測られ、なぜ測定器の補正に姿を変えたのか。
2. 耳の くせを しらべたのは、電話の 会社
2. 耳のくせを調べた、1933年の実験
2. 1933年の論文 ── 11人が「同じ大きさ」に合わせた
1933ねん、アメリカの 電話の 会社の 人たちが、耳の くせを しらべた ろんぶんを 出しました[1]。
やり方は、こうです。まず、1000ヘルツの 音を ならします。つぎに、ほかの 高さの 音を ならして、「さっきと おなじ 大きさに きこえる」ところまで、聞く 人が 音の つよさを 自分で かえます[1]。
この ように、同じ 大きさに きこえる 音の つよさを つなぐと、一本の 線に なります。ひくい 音ほど、つよく しないと おなじ 大きさに きこえない、という 線です。
聞く 人は、耳に 問題の ない 11人でした。数字は、297回 しらべた 中の まん中の あたいです。しらべるときは、耳に あてる 電話の じゅわきを つかった ものが おおかったそうです[1]。
聞く人が、自分で音の強さを合わせる
1933年、FletcherとMunsonは、「同じ大きさに聞こえる音」を測った論文を、ベル研究所の技術誌に発表しました[1]。
方法は、基準になる1000ヘルツの音を鳴らし、聞き手がほかの高さの音の強さを調節して、基準音と同じ大きさに感じるところへ合わせるというものです。いくつもの高さ、いくつもの強さで同じことをくり返すと、同じ大きさに聞こえる音の強さを結んだ曲線ができます[1]。
11人、297回の中央値
基準にしたのは、聴力が正常な11人の結果です。表の数字は、297回の観察の中央値でした。データの多くは、耳に当てる電話の受話器で取ったものです[1]。部屋のスピーカーで聞く場合とは条件が違うことになります。
ところで、この曲線は「耳のくせ」の記録です。それが、どうして騒音計の中に入ったのでしょうか。
Fletcher & Munson(1933)は、Bell System Technical Journal 12巻4号に、等ラウドネス曲線の測定を報告した。1000サイクルの純音を基準とし、聞き手が比較音の強さを調節して基準音と「同じ大きさ」に合わせる方式である[1]。これを周波数と強さの組み合わせでくり返すと、等しく聞こえる点を結んだ曲線の組ができる。
基準にしたのは、正常な聴力の観察者11人の結果で、表の各値は297回の観察の中央値である。データの多くは、耳に当てた電話の受話器(ヘッドホン)で取られた[1]。そのため、部屋のスピーカーから聞く場合や、正面から来る音の条件とは異なる点に注意が要る。
なお、論文本文は「フォン(phon)」という単位名を使わず、ラウドネスレベルをdBで表している。「40フォンの曲線」という呼び方は後のものだ。この曲線がどのように測定器の部品へと変わったかが、次の問いになる。
3. 耳の 線を ひっくりかえして、そうおんけいに
3. 曲線を上下逆にして、騒音計のフィルターにする
3. 40フォン曲線から、騒音計のA特性へ
耳の くせの 線を、そのまま きかいに いれる のは むずかしいことでした。そこで、40フォンという 線を ひっくりかえして、かんたんに した ものが、Aと いう せっていの もとに なったと いわれます[2]。
ひくい 音は 耳に きこえにくい ので、ひくい ほうを 小さく かぞえる ように するのです。
1936ねんごろには、アメリカで はじめての そうおんけいの きまりに、この せっていが はいりました[2]。1933ねんの 3年あとの ことです。
そのとき、「B」という せっていも ありました。でも、Bは 今は つかわれません[2]。「A」だけが のこって、日本でも つかわれて います。
40フォンの曲線を、上下に返す
A特性は、このとき得られた曲線のうち、1000ヘルツで40デシベルの音と同じ大きさに聞こえる曲線(40フォン)をもとにしたとされます[2]。聞こえにくい低い音ほど、曲線は上に上がります。その形を上下に逆さにすると、低い音ほど大きく引く補正の形になります。
ただし、曲線そのものを写し取ったわけではありません。少ない部品でも作れるように簡単にした近似だと説明されています[2][3]。近似なので、耳の感じ方と完全には重なりません。
最初の規格と、消えた仲間たち
A特性は、1936年ごろに作られた最初のアメリカの騒音計規格に取り入れられたとされます。1933年の論文の3年後です。その規格には、B特性も入っていました[2]。B特性は、今は使われません。
古い騒音計にはC特性もありましたが、今はあまり使われないという指摘があります。周波数ごとに分析したいときは、補正なしのZ特性にして、別の分析器につなぎます[4]。ただしC特性が完全に消えたわけではなく、精密級の騒音計の検査では必要とされます。
日本では、2005年3月に旧JIS C 1502(普通騒音計)とJIS C 1505(精密騒音計)が廃止され、IEC 61672に対応したJIS C 1509に変わりました。計量法では、騒音計を精密(クラス1)と普通(クラス2)に分けています[9]。
A特性は、1933年の曲線のうち40フォン(1kHzで40dB)の曲線をもとにしたものとされる。曲線を上下逆にし、少ない部品で実現できるように簡略化した近似だ[2][3]。聞こえにくい低域ほど曲線が高く、反転すれば低域ほど深い減衰になる。だから「耳の感度曲線の逆」が補正として働く。ただし、規格本文による「40フォンにもとづく」という裏づけは、ここで使った二次資料の範囲を出ない。
この補正は、1936年ごろの最初のアメリカの騒音計規格に取り入れられたとされる(1933年の3年後)。同じ規格にはB特性もあったが、現在は使われない[2]。C特性も古い騒音計に由来し、今はあまり使われないとの指摘がある。周波数分析にはZ特性(補正なし)にして外部の分析器へつなぐ。一方で、精密級の騒音計の検査ではC特性が必要とされる[4]。「廃止」とは言えず、用途が絞られた、という位置づけだ。
日本では2005年3月に旧JIS C 1502と1505が廃止され、IEC 61672に対応したJIS C 1509-1・-2に置き換わった。計量法は騒音計を精密(クラス1)と普通(クラス2)に分ける[9]。
4. まちの しずかさの 目ひょうも、この ものさしで
4. 町の静かさの目標は、どう測られているのか
4. 環境基準とA特性 ── LAeq・計量法・遅い動特性
この ものさしは、今も つかわれて います。たとえば、日本の ふつうの 地いきでは、ひるまは 55デシベル いか、よるは 45デシベル いかが、のぞましい 目ひょうです[6]。
ひるまは あさ6時から よる10時まで。よるは よる10時から つぎの あさ6時までです。ただし、この 数字は「こう したい」という 目ひょうで、すべての 人に ぜったい まもらせる きまりでは ありません[6]。
はかるときは、きまりに あった そうおんけいを つかいます[5]。たとえば ひこうじょうの まわりの 音を はかる きまりでは、Aの せっていで はかる ことに なって います[5]。
昼は55、夜は45デシベル以下が目標
日本には、騒音の環境基準があります。一般の地域のA・B類型では、昼間(6時〜22時)は55デシベル以下、夜間(22時〜翌6時)は45デシベル以下です。C類型は昼間60、夜間50デシベル以下です[6]。評価には、時間帯ごとの「等価騒音レベル(LAeq)」という平均的な値を使います。
この基準は、維持が望ましい目標です。事業者などに直接義務を課すものではありません[6]。
測り方まで決まっている
環境省の小規模飛行場の暫定指針(2005年改正)では、測定は計量法71条の検定に合格した騒音計を使い、周波数補正はA特性、動特性は遅い動特性(SLOW)にすると決めています[5]。これは飛行場についての指針で、一般の環境基準の測定法は別に定められています。
つまりA特性は、1930年代の実験の名残というだけでなく、今も測定の決まりごとの中に入っています。では、この物差しは、耳のくせを完全に写せているのでしょうか。
騒音の環境基準(一般地域)は、A・B類型で昼間55dB以下・夜間45dB以下、C類型で昼間60dB以下・夜間50dB以下である。昼間は6時〜22時、夜間は22時〜翌6時で、評価は各時間区分の等価騒音レベル(LAeq)で行う。自治体の解説が主な根拠で、告示本文はここでは扱わない[6]。この基準は維持が望ましい目標であり、事業者に直接義務を課す性質のものではない[6]。
測り方については、環境省の小規模飛行場環境保全暫定指針(2005年改正)が、計量法71条の検定に合格した騒音計を用い、周波数補正回路はA特性、動特性は遅い動特性(SLOW)を使うと定める[5]。これは飛行場の指針であり、一般の環境基準の測定法は別の告示で確認する必要がある。それでも、A特性が公的な測定の手順に組みこまれている一例として読める。
では、1933年の純音の実験にもとづく補正が、現代の騒音測定にそのまま通用するのか。ここには限界があるという指摘がある。
5. この ものさしは、ぜんぶ ただしいの?
5. A特性は万能なのか ── 指摘されている限界
5. 純音の曲線と騒音のずれ ── ISO 226の改訂が示すもの
1933ねんの じっけんで つかったのは、ピーと ひとつだけ ひびく、まじりけの ない 音でした。
ふつうの そうおんは、いろいろな 高さの 音が まざって います。その 聞こえ方に、この 線を そのまま あてはめて よいのか、という ごいけんが あります[3]。
それでも A の せっていは、おもに そうおんを はかる ために つかわれつづけて います。耳の くせを まねる という かんがえは、いまも やくに たって いるからです。
あたらしい 研究では、耳の 線が すこし ちがうことも わかって います。それでも、2023ねんの あたらしい 線と、2003ねんの 線の ちがいは、さいだい 0.6デシベルほどです[7]。
純音で作った曲線を、騒音に使っている
1933年のデータは、単一の高さの音(純音)で取られました。ところが、実際の騒音はいろいろな高さが混ざった音です。1960年代の研究で、等ラウドネス曲線は広い帯域の騒音の聞こえ方に直接は当てはまらないことが示された、という指摘があります。それでもA特性は、主に騒音の測定に使われています[3]。これはオーディオ技術者の解説を含む見方なので、一つの意見として読むのがよさそうです。
新しい曲線では、60フォンに近い
ISO 226:2003の新しい曲線では、A特性はもとの40フォン曲線より、60フォンの曲線に近いとされます。そのため、A特性は小さい音専用だという説明は、単純すぎるようです[2]。
ISO 226は2023年に改訂されました。20ヘルツ〜12.5キロヘルツの純音について、同じ大きさに聞こえる音圧レベルを示す規格で、条件は正面からの平面波、両耳で聞く、耳に病気のない18〜25歳の聞き手です[8]。日本音響学会の英文誌の解説によると、2003年版との差は最大0.6デシベルで、実用上は同じとみなせます[7]。
ただし、この0.6デシベルは2003年版と2023年版のあいだの差です。1933年の曲線との差ではありません。
第一の限界は、曲線が純音で測られたことだ。Lindos社の解説は、等ラウドネス曲線は騒音の測定には妥当でない、と1960年代の研究を根拠に述べる[3]。ただし、この資料はオーディオ技術者の見解を含むため、「という指摘がある」と読むのが適切である。それでもA特性は主に騒音の測定に使われている[3]。
第二に、曲線の側も更新された。ISO 226:2003の曲線では、A特性はもとの40フォン曲線より60フォン曲線に近く、現在は低レベルの音に限らず広く使われている[2]。したがって「A特性は小さい音専用」という説明は単純すぎる。
ISO 226:2023は、20Hz〜12.5kHzの純音について、等しく聞こえる音圧レベルを定める。条件は、正面からの平面波、両耳聴、耳に病気のない18〜25歳である[8]。鈴木・竹島・倉片による解説(Acoustical Science and Technology 45巻1号)は、2003年版との差は最大0.6dBで、実用上は同じとみなせるとする[7]。聞き手が18〜25歳に限られる点には、注意したい。
6. いえの 音で、ひくい 音を さがして みよう
6. 家の音で「低い音は聞こえにくい」を確かめる
6. 出口 ── 聞こえ方の観察と、原典を読む順序
おうちの テレビや ラジオで、ためして みましょう。まず、ふつうの 大きさで 音楽を ながします。つぎに、音を すこしずつ ちいさくします。
ドラムや ベースのような ひくい 音と、すずの ような たかい 音の どちらが さきに 聞こえなくなるか、耳で たしかめます。音は、大きくしすぎないでください。
ただし、きかいや へやによって かわります。「こうなる」と きめつけずに、じぶんの 耳で 見て みましょう。
もっと しりたく なったら、おうちの 人と、市の ホームページで「そうおんの かんきょうきじゅん」を しらべて みて ください。
家のテレビやラジオで、確かめることができます。ふつうの大きさで音楽を流し、音量を少しずつ下げます。ドラムやベースのような低い音と、鈴のような高い音とで、どちらが先に聞こえなくなるかを、耳で確かめます。音を大きくしすぎないよう、気をつけてください。
機器や部屋によって聞こえ方は変わります。結果にこたえはありません。低い音と高い音の聞こえ方を考えるきっかけになります。
調べを進めるなら、自分の住む市の「騒音の環境基準」のページが読みやすく、等価騒音レベルの意味を日本語で確認できます[6]。環境省の指針は法令のページにあります[5]。原論文は英語で、アーカイブに全文があります[1]。
観察としては、家のテレビやラジオで音量を少しずつ下げ、低い音(ベース・ドラム)と高い音(鈴・シンバル)のどちらが先に聞こえなくなるか、耳で確かめる方法がある。機器と部屋で結果は変わり、曲線の確認にはならないが、「低音は聞こえにくい」という感覚の入口にはなる。音量は上げすぎない。
資料は、次の順で読むとよい。まず日本語で読める浜松市の「騒音の環境基準」と環境省の指針[6][5]で、基準と測り方の言葉を知る。次に、A特性の成り立ちはウィキペディア英語版とLindos社の解説[2][3]で、曲線の改訂は日本音響学会の英文誌の解説[7]で確かめる。最後に、1933年の原論文[1]で、「同じ大きさ」を人間が手で合わせた実験の記述を読む。
残る問いは、補正の形が「騒音のうるささ」を本当にとらえているかどうかだ。純音の曲線を、混ざり合った音にどこまで当てはめてよいのか。これは、今も議論になりうる点として読める。
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
出典について:論文、公的機関のページ、学会の解説、解説記事を使った。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。
- Fletcher, H. and Munson, W. A. (1933), Bell System Technical Journal 12(4), 1933. https://archive.org/stream/bstj12-4-377/bstj12-4-377_djvu.txt (同じ大きさに聞こえる音の測定の方法と、聞き手の数について)
- A-weighting(Wikipedia英語版)。https://en.wikipedia.org/wiki/A-weighting (A特性の成り立ち、最初の規格の年やB特性、60フォンとの関係について。二次資料による説明で、規格の年とB特性もこの記事を元にしている)
- Lindos Electronics, "A-weighting in detail". https://lindos.co.uk/articles/a-weighting-in-detail (A特性が近似であること、騒音への適用への批判について。技術者の見解を含む)
- MONOist「振動と音に関する基礎量 その2」。https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2301/17/news002.html (A特性の補正量、C特性・Z特性について)
- 環境省 小規模飛行場環境保全暫定指針(法令データ)。https://www.env.go.jp/hourei/07/000018.html (A特性・遅い動特性・検定済みの騒音計の使用について)
- 浜松市「騒音の環境基準」。https://www.city.hamamatsu.shizuoka.jp/kankyoho/env/souon/2kijun.html (環境基準の値と、等価騒音レベルでの評価について)
- 鈴木陽一・竹島久志・倉片憲治ほか, Acoustical Science and Technology 45(1), J-STAGE. https://www.jstage.jst.go.jp/article/ast/45/1/45_e23.66/_article (ISO 226の2003年版と2023年版の差について)
- DIN「ISO 226:2023」の要旨。https://www.din.de/en/wdc-proj:din21:379070391 (ISO 226:2023の測定条件について。要旨のみ)
- 騒音計(Wikipedia日本語版)。https://ja.wikipedia.org/wiki/騒音計 (日本の騒音計の規格の変遷とクラス分けについて。二次資料)
なおした ところ
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