音の大きさ

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

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^[2]。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^[3]。

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

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）。

ラウドネスレベル

詳細は「ホン」を参照

ラウドネスレベル (英: loudness level) は聴覚の特性に合わせて周波数補正され標準化された音圧レベルであり物理量である^[4]。

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、等ラウドネス曲線で補正を掛けられた音圧レベルである。補正により、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^[5]。単位はホン（phon）。例えば $f$ [Hz] の純音に関して、補正係数を $w_{f}$ 、計測された音圧レベルを $L$ [dB_SPL]とすると、この純音のラウドネスレベルは $w_{f}\times L$ [phon] である。

ラウドネスレベルは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。例えば近しい周波数の純音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^[6]。

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 $sone\sim k*phon^{0.3}$ 、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^[7]、(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^[8]。

利用

音量調整

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

[脚注の使い方]

^ "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
^ "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
^ 日本音響学会編、音響用語辞典
^ "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)
^ "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)
^ "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)
^ "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
^ "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)

参考文献

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.

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