JPH10115546A - 音エネルギーの評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】音エネルギーをデジタル量として定量的に評価
できるようにする。 【解決手段】所定音量で発音された特定周波数の音の一
周期をパルス値とし、その音の発音時間をそのパルス値
で除した商であるパルス数をその音の音エネルギーとし
て評価する従来の音圧で評価する方法における各種矛盾
が解決され、音エネルギーを定量的に絶対評価すること
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音エネルギーの新規
な評価方法に関する。本発明の評価方法は、例えば難聴
者の聴力の測定やその矯正に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】音波は媒質の粗密波とされ、その振幅が
音エネルギーを決定するとされている。そして音エネル
ギーとしては、音場の媒質における圧力の変動部分であ
る音圧が用いられ、正常の聴力をもつ人の１ｋＨｚの平
面波の音に対する最小可聴値ｐ ₀ ＝２０μＰａを基準音
圧としている。また音圧ｐを、音圧レベル２０ｌｏｇ
（ｐ／ｐ₀ ）（単位ｄＢ）で表すことも多い。

【０００３】ところで難聴者の聴力を補助するものとし
て、補聴器が広く用いられている。この補聴器は、音を
電気信号に変換するマイクロフォンと、マイクロフォン
で検出した信号を電気的に増幅する増幅装置と、増幅さ
れた電気信号を音に変換するスピーカーとから構成さ
れ、箱型、耳かけ型、めがね型、挿耳型など種々の形状
のものが市販されている。

【０００４】難聴の程度は人によって様々であり、補聴
器は各個人の聴覚に合わせて調整する必要がある。その
ため近年の補聴器は、全体の音量を増幅する装置と低周
波数の音及び高周波数の音をそれぞれ増幅する装置とを
備えたものや、内部のメモリに複数の周波数の音の増幅
量を記憶できるようなものが開発され、各個人の聴力を
測定して複数の周波数毎に挿入利得を決定している。

【０００５】補聴器の挿入利得をどの程度にするかにつ
いては、古くから種々の提案があり、裸耳の最小可聴閾
値（以下、ＭＣＬという）から５０ｄＢ差し引いた値と
する方法、６０ｄＢの音声の聴力レベルがＭＣＬになる
ような利得とする方法なども提案されたが、近年ではハ
ーフゲイン・ルール及びそれに改良を加えたポゴ法が主
流となっている。

【０００６】このハーフゲイン・ルールは、各周波数毎
の聴力レベルを測定し、聴力レベルの約半分を挿入利得
とする方法である。例えば２５０Ｈｚ〜４ＫＨｚの範囲
の周波数帯でオクターブの点をとり、それぞれの音をオ
ージオメーターを使用し、ヘッドホーンで被験者に聞か
せて聴力レベルを測定し、その約半分を挿入利得として
補聴器の音響特性を設定する。

【０００７】聴力レベルの測定法としては、純音、バン
ドノイズなどをごく小さい音から電気的に徐々に音量を
増幅し、被験者が知覚し得た最小音量を聴力レベルとす
る。また、補聴器装用時の補聴効果を評価するには、ス
ピーカーを使用したフリーフィールドでＭＣＬを測定
し、各周波数のＭＣＬがスピーチスペクトラムに合致す
れば良いとされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが本発明者らの
実験によれば、発音時間を制御してスピーカーから発音
させると、１波長分の時間（一周期）未満に相当する短
時間ではスピーカーコーンの振動が生じず、あるいは騒
音計の振動子の振動が生じず、発音が無いことが明らか
となった。この現象は、アンプのボリュームに関わらず
生じ、ボリュームを大きくしても同様に発音は生じな
い。

【０００９】また発音時間を一周期の整数倍で長くして
いくと、アンプのボリュームは一定であるにもかかわら
ず、スピーカーからの音量が徐々に大きくなるように聞
こえることが確認された。これは人間の聴覚のみなら
ず、騒音計でも音圧が大きくなることが確認された。音
波がアナログ量である媒質の粗密波だとすれば、エネル
ギーレベルに変位が生じた瞬間に音圧が生じなければな
らず、例えば１／２波長分の波動が発生しても音圧が生
じるはずである。したがって、これは一周期以下の短時
間では音の発生が無いという実験結果と矛盾する。

【００１０】また音波が媒質の粗密波であるとすれば、
アンプのボリュームが一定であれば振幅は一定であり一
定の音圧を示すはずであるが、これは発音時間を長くす
ると音圧が上昇するという実験結果と矛盾する。すなわ
ち従来の音圧を音エネルギーとして評価する方法では、
上記のような矛盾が生じる。またその評価値は騒音計を
用いているといえども、音エネルギーを定量的に評価し
ているとは言い難い。

【００１１】また補聴器の音響特性の設定においては、
ハーフゲイン・ルールに基づいて設定された補聴器を装
用しても、理論通りの矯正聴力レベルが与えられること
は稀であり、可聴域の全周波数帯でＭＣＬを低くするこ
とは困難であった。さらに従来の補聴器の音響特性の設
定方法においては、難聴者にとって環境音の意味、例え
ば語音を聞き取るのが不十分であった。また、補充現象
と称されるＭＣＬと不快域値との幅が極端に狭くなる現
象を回避することも困難である。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、新規な音エネルギーの評価方法を提供する
ことで、音エネルギーをデジタル量として定量的に評価
できるようにすることを目的とする。また補聴器の音響
特性の設定に利用して、現実の可聴域の全周波数帯でＭ
ＣＬを低くできるようにするとともに、環境音の意味の
認知、生理的変化への対応などを可能とすることを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の音エネルギーの評価方法の特徴は、所定音量で発音
された特定周波数の音の一周期をパルス値とし、その音
の発音時間をそのパルス値で除した商であるパルス数を
その音の音エネルギーとして評価することにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】例えば１０００Ｈｚの音と３１Ｈ
ｚの音を同一のアンプを用いそれぞれ一定のボリューム
で所定時間発音させた時の音圧を測定したところ、図１
に示すように発音時間によって音圧が変化することが明
らかとなった。またこの発音時間の範囲では、音圧の変
化量は周波数の高い音ほど大きくなっていることもわか
った。さらに３１Ｈｚ音では、３０ミリ秒以下では発音
が生じないことも明らかとなった。

【００１５】しかし音波が媒質の粗密波であるとすれ
ば、エネルギーレベルに変位が生じた瞬間に音圧が生じ
なければならず、アンプのボリュームが一定であれば振
幅は一定であり一定の音圧を示すはずである。これは上
記現象と矛盾する。したがって、音圧を聞こえの物理量
とし、それによって音エネルギーを評価していた従来の
方法には矛盾があることが明らかとなったのである。

【００１６】一方、さらなる研究の結果、例えば一定の
音圧の音源を用いて０．５ミリ秒から１００ミリ秒の間
で０．５ミリ秒間隔で発音時間を長くしてその音圧を測
定したところ、発音時間の短い初期ほど発音時間の変化
量に対して聞こえる音の大きさの変化量が大きく、発音
時間の長い後期になると発音時間の変化量に対して聞こ
える音の大きさの変化量が小さくなることも明らかとな
った。

【００１７】したがって音源から発生された音のエネル
ギーを評価するにあたり、観測者側での音圧のみで評価
する従来の方法には明らかに問題があり、音エネルギー
を絶対的に評価する必要がある。そこで発音時間を音エ
ネルギーの評価の尺度とすることが想起された。しかし
上記の実験結果より、発音時間を聞こえの物理量とする
場合には何らかの数学的処理が必要となることがわかっ
た。そこで鋭意研究の結果、所定音量で発音された特定
周波数の音の一周期をパルス値とし、その音の発音時間
をそのパルス値で除した商であるパルス数をその音の音
エネルギーとして評価することで、音エネルギーが絶対
評価されることを見出した。

【００１８】また、その評価方法を用いて難聴者の聴力
を測定し、それに応じて補聴器の音響特性を設定したと
ころ、難聴者の聴力の各周波数におけるＭＣＬが著しく
低下して各周波数でほぼ一定となり、極めて顕著な矯正
効果が得られることを見出した。本発明はこのようにし
て完成されたのである。本発明では、所定音量で発音さ
れた特定周波数の音の一周期をパルス値とし、その音の
発音時間をそのパルス値で除した商であるパルス数をそ
の音の音エネルギーとして評価している。

【００１９】例えば５００Ｈｚの周波数の音の一周期は
１／５００秒＝０．００２秒＝２ミリ秒であり、これを
パルス値とする。そして、この音の発音時間が例えば
０．２秒間であるとき、音エネルギーは０．２／０．０
０２＝１００パルスと評価される。また発音時間が１秒
間であれば、その音エネルギーは１／０．００２＝５０
０パルスと評価される。もちろんこの値が大きいほどエ
ネルギーレベルが高い。なお、発音時間をパルス値で除
した時に余りが生じても、余りには意味がなく音エネル
ギーは整数値であるパルス数で評価される。

【００２０】すなわち本発明では、音波は波動であると
ともに量子としての性質も併せ持つと仮定し、パルス値
をその音エネルギーの単位量子として扱っている。そし
て発音時間が短ければ含まれるパルス数が少なく、音エ
ネルギーは小さい。また発音時間が長くなれば含まれる
パルス数が多くなり、音エネルギーが増大する。なお、
本発明にいう所定音量には特に制限がなく、正常耳の人
が不快なく聞こえる程度の音量など、目的に応じて適宜
設定することができる。また複数の周波数成分が混じっ
た音の場合には、各周波数の単音に分解しそれぞれの単
音についてパルス数を求めることにより音エネルギーを
評価することができる。

【００２１】本発明の音エネルギーの評価方法は、例え
ば後述の実施例に示すように、補聴器の音響特性を設定
する場合に用いると難聴者の聞こえが格段に向上し、極
めて高い効果が得られる。また、デジタル録音にも利用
することが考えられる。現在のコンパクトディスクなど
のデジタル録音では、音波を単位時間毎に区切ってその
音圧と周波数をデジタル化しているが、容量の関係から
か人の耳には聞こえない高周波数及び低周波数の音がカ
ットされている。しかし本発明の評価方法を利用すれ
ば、容量の縮小化が可能となり、このような聞こえない
高周波数及び低周波数の音も録音することが可能となる
であろう。このような音であっても、実際の音では鼓膜
に届いているのであるから人体に何らかの生理作用を引
き起こしている可能性があり、録音の音を実際の音に一
層近づけることにより実際の音を聞いた場合と同じ生理
作用を起こさせることができる。

【００２２】また本発明はマイクロフォン、アンプ、ス
ピーカー、あるいは補聴器などの音の入出力装置の開発
にも応用でき、従来の入出力方式と全く異なる入出力装
置が出現する可能性が高い。さらに、音が生体に及ぼす
作用の研究などに、本発明は大いに貢献できるものと考
えられる。

【００２３】

【実施例】以下、実験例及び実施例により本発明を具体
的に説明する。 （実験例１）音源として、周波数１０００Ｈｚと３１Ｈ
ｚのＦＭ音源による２種類の純音を用い、同じ増幅器と
スピーカーを用いて、発音時間を１０ミリ秒から初めて
１０ミリ秒ステップで増加させて１００ミリ秒まで発音
させ、各発音時間における音圧を騒音計でそれぞれ測定
した。結果を図１に示す。図１に示すように、３１Ｈｚ
の低音は３０ミリ秒以下の発音時間では音圧がゼロであ
り、４０ミリ秒以上の発音時間では３５〜４０ｄＢでほ
ぼ一定の音圧を示している。しかし１０００Ｈｚの高音
では、発音時間が１０ミリ秒でも約４８ｄＢの音圧が発
生し、５０ミリ秒までの間に急激に音圧が上昇してそれ
以後は約９０ｄＢに漸近している。

【００２４】すなわち発音時間の長さによって音圧が変
化し、同じ発音時間でも周波数によって音圧が大きく異
なっていることが明らかである。 （実験例２）ＦＭ音源を用い、パーソナルコンピュータ
の制御により、アンプ及びスピーカーを介して５００Ｈ
ｚの純音を発生させた。５００Ｈｚの音の周期であるパ
ルス値は、１／５００＝２ミリ秒である。したがって発
音時間を２ミリ秒から１ミリ秒毎に１５ミリ秒まで長く
し、その時のＦＭ音源からの出力信号をオシロスコープ
に入力してその波形をそれぞれ観察するとともに、ＦＭ
音源からの出力電圧をそれぞれ測定した。

【００２５】その結果、発音時間を２ミリ秒から１５ミ
リ秒まで長くしても波形は一定であり、ＦＭ音源の出力
電圧も一定であって、発音時間を長くしてもＦＭ音源か
らの出力電圧は一定であることが確認された。次に、Ｆ
Ｍ音源からの出力信号を所定ボリュームに調整されたア
ンプに入力し、アンプからの出力信号をオシロスコープ
に入力して同様の実験を行った。その結果、発音時間を
２ミリ秒から１５ミリ秒まで長くしても波形は一定であ
り、アンプの出力電圧も一定であって、発音時間を長く
してもアンプからの出力電圧は一定であることが確認さ
れた。

【００２６】さらに、アンプからの出力信号をスピーカ
ーに入力し、スピーカーから５００Ｈｚの音を発生させ
た。そしてスピーカーから３０ｃｍ離れた位置に騒音計
を設置し、騒音計の出力信号をオシロスコープに入力し
て同様の実験を行った。その結果、発音時間が長くなる
につれてオシロスコープの波形が大きくなるのが観察さ
れた。また騒音計からの出力電圧も発音時間とともに増
大し、発音時間が２ミリ秒の時の出力電圧を基準とした
場合の各発音時間における出力電圧の比を算出した結果
を図２に示す。

【００２７】図２より、発音時間が１０ミリ秒程度まで
の間に騒音計の出力電圧が急激に増大し、その後はなだ
らかに増大して一定の値に漸近していることがわかる。
以上の実験より、発音時間を長くしてもＦＭ音源とアン
プの出力電圧は一定であるのに対し、騒音計の出力電圧
は発音時間が長くなるにつれて増大していることが明ら
かである。つまり、音源から発生された音のエネルギー
を評価するにあたり、観測者側での音圧で評価する従来
の方法には明らかに問題があり、音エネルギーを絶対的
に評価する必要があることがわかる。

【００２８】（実施例）ＦＭ音源による純音を用い、２
５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及
び４０００Ｈｚの５水準の周波数にて、それぞれ発音時
間を１パルス値から初めて１パルス値ずつ増加させなが
らスピーカーより発音させ、裸耳にて難聴の被験者に聞
かせた。音量は被験者の位置において最大値で１００ｄ
Ｂとなるように設定してある。

【００２９】具体的には、２５０Ｈｚの音の場合はパル
ス値が４ミリ秒であるから、４ミリ秒から４ミリ秒毎に
発音時間を長くし、５００Ｈｚの音は２ミリ秒から２ミ
リ秒毎に発音時間を長くし、１０００Ｈｚの音は１ミリ
秒から１ミリ秒毎に発音時間を長くし、２０００Ｈｚの
音は０．５ミリ秒から０．５ミリ秒毎に発音時間を長く
し、４０００Ｈｚの音は０．２５ミリ秒から０．２５ミ
リ秒毎に発音時間を長くして、それぞれの周波数毎に被
験者が知覚し得た可聴最小パルス数を測定した。結果を
表１に示す。また正常な聴覚をもつ人も同様にして測定
し、結果を表１に併せて示す。

【００３０】

【表１】 表２のように、正常者は１パルスで知覚しているのに対
し、難聴者はパルス数が小さい範囲では知覚し得ず、周
波数によってもその程度に差が見られる。

【００３１】次に、上記結果に基づいて補聴器の音響特
性を設定するのであるが、現時点では本発明の理論に基
づく補聴器はない。したがって便宜上、市販のプログラ
ム補聴器（「ＰＭＣ」シーメンスヒヤリングインスツル
メンツ（株）製）を用い、上記難聴者の可聴最小パルス
数が正常者の可聴最小パルス数となるように補聴器の音
響特性を調整した。なお、この補聴器には予め所定の基
準挿入利得が設定されている。

【００３２】つまり、２００パルス以上でエネルギー準
位の変化（増加）がほとんどゼロとみなせるので、２０
０パルスを最大エネルギーレベルと定め、表２に示すよ
うに、２００パルスと難聴者の可聴最小パルス数との差
分パルス数を求め、２５０Ｈｚの値１７５を基準として
各周波数毎にその比を求める。次にその比と補聴器に予
め設定してある基準挿入利得との積を求め、その値に近
くなるように新挿入利得を設定して補聴器の音響特性を
設定した。

【００３３】

【表２】 その補聴器を上記難聴者に装用させ、オージオメータを
用い２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、２０００
Ｈｚ及び４０００Ｈｚの５水準の周波数にてＭＣＬを測
定した。結果を表４及び図３に示す。

【００３４】（比較例）実施例と同じ難聴者に、実施例
で用いた所定の基準挿入利得が設定された補聴器を装用
させ、オージオメータを用い２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、
１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び４０００Ｈｚの５水準
の周波数にて聴力レベルを測定した。結果を表３に示
す。

【００３５】得られた聴力レベルを基に、ハーフゲイン
・ルールにより新挿入利得を算出し、表３に合わせて示
す。

【００３６】

【表３】 この新挿入利得に基づいて補聴器の音響特性を設定し、
同じ被験者に装用させて、オージオメータを用い２５０
Ｈｚ、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び４
０００Ｈｚの５水準の周波数にてＭＣＬを測定した。結
果を表４及び図３に示す。

【００３７】（評価）

【００３８】

【表４】 表４及び図３より、比較例の方法でもある程度の矯正効
果がみられるが、実施例の方法によればＭＣＬが極めて
低くなり、矯正効果に格段に優れている。また各周波数
でほぼ一定のＭＣＬとなっていることもわかる。

【００３９】なお、上記したように本発明の方法は高い
矯正効果が得られるが、現実の市販の補聴器は音圧で調
整するように設定されているため、本発明の評価方法の
効果を十分に発揮させることが困難である。しかし本発
明の評価方法に対応した補聴器が開発されれば、上記難
聴者のＭＣＬはさらに低くなり、かつ全ての可聴周波数
域でほぼ一定のＭＣＬとなることが期待される。このよ
うな補聴器とは、例えば表１に示す難聴者の可聴パルス
数に対応して各周波数毎に挿入利得を設定できる補聴器
である。具体的には、例えば２０００Ｈｚの音であれば
可聴最小パルス数である４８パルスから正常者の１パル
スを減じた４７パルスに相当する電圧を挿入利得とすれ
ばよい。つまり、４７パルスは０．５×４７＝２３．５
ミリ秒の発音時間であるから、２０００Ｈｚの音を２
３．５ミリ秒発音させるに相当する電圧を挿入利得とす
ればよい。

【００４０】このように本発明の評価方法に対応した補
聴器の早期開発が望まれる。

【００４１】

【発明の効果】すなわち、本発明の音エネルギーの評価
方法によれば、原刺激、補聴器出力、聴覚などを定量的
に扱うことが可能となり、聴覚神経系の生理的機能の賦
活化が可能となるなど、今後の音の研究に大きく貢献す
ることができる。また本発明の音エネルギーの評価方法
を補聴器音響特性設定方法に応用すれば、可聴域の全周
波数帯でＭＣＬを低くすることができる。またダイナミ
ックレンジも広くなり、難聴を確実に矯正することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験例１で得られた発音時間と音圧との関係を
示すグラフである。

【図２】実験例３で得られた発音時間と騒音計の出力電
圧比との関係を示すグラフである。

【図３】実施例及び比較例で設定された補聴器を装用し
た被験者のＭＣＬを示すオージオグラムである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定音量で発音された特定周波数の音の
   一周期をパルス値とし、該音の発音時間を該パルス値で
   除した商であるパルス数を該音の音エネルギーとして評
   価することを特徴とする音エネルギーの評価方法。