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音の質的要素を考慮した騒音評価(心理学の工学への応用,第29回大会 シンポジウム)

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(1)

2011,Vol.30, No、1,97−102

質 的要 素

考慮

し た

音 評

添   田  喜  治

産 業 技 術 総 合 研 究 所

Noise

 evaluations  

based

 on  sound  

quality

 analysis

Yoshiharu

 

SoETA

National lnstitute of  4dvanced  lndustrial Science and  Technology*

  At present, environmental  noises  are  evaluated  by sound  intensity such  as equivalent  continu −

ous  A−weighted  sound  preSSure  level(LAeq〕. However , we  sometimes  feel annoyed  with  Sound  with

low sound  intensity because  of the quality . Sound quality  can  be characterized  by factors obtained from autocorrelation (ACF )and  interaural cross −correlation  function (IACF )of sounds .  For exampLe  pitch and  pitch strength  can be characterized  by the delay time τ i} and  amplitude  of the

maximum  peak φ1>of the ACF . Directional sensation  cau  be characterized  by the delay time τIAcc )

and  amplitude  of the maximum  peak IACC of the IACF . We utiized ACF  and  IACF factors as means  to evaluate  artificial and  environmental  noises .  The results  suggest  that the effective duration Qf the ACF ,τ1,φ1, and  IACC  are  useful  criteria for evaluating  noise .

Key words sound  quality, autocorrelation  function, interaural cross −correlation

は じ め に

 自動車,航空機,鉄道な ど か ら発生 する環 境 騒音は,

騒 音 評 価に有 効な指 標である こと が示さ れて い る等 価 騒 音 レベ LA

。q)等の 物 理 的な音の強さに よ り評 価さ れ て き た。 (例え ば,Kuwano , Namba ,&Miura ,1989)。

しか しながら,騒 音 源の低 騒 音 化,騒 音 制 御 技 術の発 達

によ り,環 境 騒 音 レ ベ 体 と し低 く なっ た が,こ

れまで マ ス クさ れて いた音が顕 在 化 し,LA,qが環 境 基 準

値 以 下で あっ て も不 快 な 音が報 告さ れる ようにな っ た。

(例え ば,  Kitamura,  Shimokura ,  Sato,& Ando , 2002 )。 ま た,LA 。qが等しい音で も,心 理的な音の大き

さ (ラ ウ ドネス)や不 快 感が異なる場 合がある こ とも報

告さ れて い る(Soeta, Maruo ,& Ando , 2004

 そ の よ うな騒 音の微 妙な差 異を評 価 するた めに は,音 の質 的評価が必要で あ る。 コ ンサ ート ホール等の 音響空 間に お け る音の響き や質は,人 間の感覚特 性を考慮 し た 手 法に よ り評 価される Ando ,1998)。そ の手 法を応 用 し,騒 音の 質 的 要 素 を 評 価 す る 環 境 騒音評 価方 法が提 案 さ れ た (Ando , 200 1安 藤,2001 。 提 案 手 法の特 徴は,音の相 関 解 析により得 られる指 標 を 用いる点で あ る。 本 報 告で は,騒 音 レベ ル が等し くて もラウ ドネス や 不 快 感が異なる場 合の音の評 価に相 関 指 標が有 効で あ る こ と 示 し,実 際の騒 音評価へ の適用例 を 示す。 相 関 指 標  相 関 指 標は, 自己相 関 関 数 (ACF )。両 耳 間相互相 関 関 数 (IACF )解 析に より算 出 する (Ando ,2001,安 藤・添 田,2001)。 遅 れ時間τ の 関 数で あ る正 規化短 時 間ラ ン ニ ン 相 関 関 数次 式で 定 義さ れ る (Ando ,1998) ¢・・

1

・・t・・T}一 、

・ (

D

こ こ で,gbii0t Tは左 耳で録 音さ れ た音 信 号の ACF , φ,。(O; t,Tは右 耳で録 音さ れ た音信 号の ACF ,2T は積 分 区 閤で ある。IACF は次 式で定 義さ れる。

Health Research  Institute National Institute of

 Advanced Industrial Science and  Technology

  (AIST),1−8−31 Midorigaoka. Ikeda, Osaka 563−

 8577 ,Japan

・ lr(… η一

1

・1’〈・・;(・・・  

こ こ で,♪鼠s)=Pl,。(s)*e

〔s), Pl. 

r(s)は左 右の耳で録 音さ れ

(2)

98 基 礎 心理学 研 究 第 30巻 第 1号 (a)1 暮。 LO 1τ1 φ1        0.1 L         覧 WΦ (0)趁 〔bl 11 §・ WIAcc   4      8 ’

11

     。     1

Delaytime, T[ms 】       Leftearsig冂al τ[ms ]RightearslgnaI

      deleyed      delayed

    Definitions of parameters  extracted

1    .

IACC

τIACC

Figure 1.

 from (aACF  and bIACF ,

た音 信 号,e〔s)は耳の感 度を表す。 式 (2>で Pi ’ (s

Cp

..’〔s) をpsX ρ匠 ’ (sとす れ ばACF とな る。召(sは,実 用 的に A 特 性フ ィ ル タの インパ ル ス 応 答で近 似 さ れ る。 ACF 解 析で は次の指 標が得 られる。

 

D

 LA,q に相 当 するパ ワー(LA,q = 10 log Ott.”Oi t, T 234 − ) 5 〔の15

1

1

・ ・

1

1

・155C0     5     0     5     0     5 1   D   O   心   4   司 O 切 Φ 匚 Uコ O 一 一 ω コ 一 冫 口貞 一 圏 QO 5 ⇔ △ O ■ ■ 噛○ ← 八 口 囗 ム 尋 ◎ ム ロ 5 τe[ms]   , 宝 ゜ ⇔

  

合       △        非 △ 口 中 9 ● ?撃。

 

? △     ・ 50505055     1   0   0   4   4   判 切 8 匚 Φ δ ⊆ 岳 ち ω 器 》   通 o の   d   0     5     0     5     0     5 1   α   0   』   4   11 0 り 匚 田 > O 匚 匚   一 〇 〇 三口 》 Φ 一 〇5Q の Dc ○ ム O   ■

▲ ■ ● 1      1       09         τe[msI   :    ’    詈   . e     や

1

  ■ ピッ チに対 応 する第一ピークの遅れ時 間(τ1) ピッ チ の明 瞭 度に対 応 する第一ピーク の振 幅 (φi) テンポ や響きに関連 しエ ンベ ロ ープが 10%に減 衰す る時 間と定 義さ れ る有 効 継 続 時 間(τ,) ス ベ ク トル 重 心と対 応 する初 期 減 衰 幅 (w φ〔eD. IACF 解析で は次の指 標が得 ら れ る。  D 音の拡 散 度に関 連 する最 大 振 幅 (IACC )  2) 音 の到 来 方 向に対応する最 大 振 幅の れ時 間      (τIAcc  3) 音の 広が り感 ・っ っ ま れ感に対 応す る 最大 振 幅 幅      (再厂 [ACC ). 各 指 標の 定 義をFigure 1 に示 す。  コ ト ホ音 場 , 聴取音圧 レベ ル, 初 期 反 射 音の遅 れ 時 間 (△ti),残 響 時 間(RT },両 耳 間 相 互 相 関 度が設 計 基準と して さ れて い る 安 藤,1987)。 △tlとR7 ’は,音 源の性 質,す な わ ち演奏さ れ る音楽に 依 存す る。例え ば,ゆっ く りと し た テ ンポ の音 楽に は長 い △tl・1〜T が好ま し く, 速い テ ン ポ の音 楽に は短 い △t且・RT が好ま しい。音 楽の テン ポは τ。で定量化で き (安 藤, 1987), ゆ っ く り したテンポ の音楽の τ e は長 く, 速 い テ ン f の 音 楽 の τ。は短 い。 っ ま り,最適な △tl ([△tlp残響 時 間RT pは,音 楽の τ ,か ら次 式に よ り 予 測で き る (安 藤, 1987)。 [△tlP1−lo910/11τe 〔RT ]P=23τe (3) (4) こ こ で Al は第一反 射 音 振 幅である。 音に関 連 する人 間の基本であ るピ ッ チ と その 明 1       10       10Q        oo        l      IO         100       0e          Te[msl                          Te[mSI

Figure 2. Scale value  of Ioudness and  annoy −

 ance  as a function of τe of bandpass noise

 with  center  frequency of a and  b1,000 and

 (cand  d2,000 Hz. Each  symbol  represents

 one   subject . The  line represents  the mean  scale value  of eight  subjects .Soeta, Maruo ,

 & Ando  (2004).  Annoyance  of bandpass

 filtered noises  in relation  to the factor

  extracted   from   autocorrelation   function.

 

lournat

 of Acousticat Society of America ,116,  3275−3278 よ り一部 変 更して引用.] 瞭 度は, τ1 とφ1 により予 測で き る(YQst&Hill,1979〕。 こ のように,τ,, q , gb1等の相 関 指 標は,好 ま しい響 き や 基 本 的 知覚 と密 接に関連して い るこ と か ら,騒音の質的 要 素の評 価に利 用で き る。 音の 時間的周期 性の変 化と ラ ウ ドネス ・不快 感  τ。はある音に含 まれ る時 間 的 周 期 性の程 度を表し,音 楽の τ 。か ら そ の音 楽に最適な △t1や RT を予測で き る。 実際に は音 楽の演奏 中に τ,は変化す ること か ら,演 奏中 の τ,の最 小 値を 用い て最 適な △tl や RT を予 測 する。ま た,実 際の 音 楽で は,τ。 以外の τ1や φi等の相 関 指 標 も 変 化す る。 そこ で,τ。が人 間の 心 理に及ぼ す影響を よ り 詳 細に調べ る ため,時 間 的に定 常な τe を持っ 刺 激を作 成 し,ラウ ドネス や不快感との関係を調べ た。  帯 域雑音の ラ ウ ドネス と不快感  帯域雑音を用い域 幅 を 変化させ ることで τ を 制 御

し た(Soeta, Maruo , Ando ,2004

。 中心周 波 数を 1,000 , 2,000 Hz と し,帯 域 幅5段 階 変 化せ た。帯 域 幅を狭 くする とτ。は短 くな る。 一対比較 法により,各 実

験 参 加 者に,どちら の刺 激の音が よ り大 きい か,不 快か

(3)

70           5                   0                                り 冖 」 」 ω 囗自 O } go 匂◎ Φ ⊂ U ⊃ O 一 」 O し 凵 の 」 55  0 .5 

1

  10 τe ms ] 100200

Figure 3.  Mean  point  of subjective   equality

  〔PSE )for loudness as a function of the τe  of

 IRNs with  a delay of (○)0,5,{△)1,(口 )2,(●)

 4,(△}8and (■ )16ms . Error bars represent

 the standard  error  of the means .[Soeta, Y .

 Nakagawa , S.2008 . Effect of the repetitive  components  of a noise  on  IQudness.ノb    α1(ゾ

 Temporal  Design in Architecture and  thg  Environment, 8,1−7よ,] 法則ケース V に 適 用 し尺 度 値 を求め た (Thurstone, 1927)。  実 験 結 果 をFigure 2 に示 す。従 来は,帯 域 雑 音の帯 域 幅が,聴 覚フ ィ ル タの 仮 想 的な帯 域 幅で あ る臨 界 帯 域 幅 より狭い場 合に ラ ウ ドネスは変 化ぜず,臨 界帯域 幅より 広い場 合に帯 域 幅の増 加に伴い ラ ウ ドネスが 上昇 する と

報 告さ れて い た Zwicker  Flottorp,& Stevens,1957 Scharf,1962 )。 し か し,帯 域 幅が より狭い場 合,すな わ ち,τc が長い場 合に 8人 中5人の実 験 参 加 者の ラ ウ ド ネ ス は, 帯域 幅が 臨界帯域 幅よ り狭い場 合に もヒ昇 し た。 不 快 感につ い て は,ラ ウ ドネス で見ら れ た よ う な,臨 界 帯 域 幅 以 上の帯 域 幅に お ける ラ ウ ド ネス の増 加は,は っ き り と は 見 ら れ な か っ た 帯域幅が狭い場合,す な わ ち, τ ,が長い場 合に顕 著に ア ノ イ ア ン スが増 加し た。こ の よ う に,ラウ ド ネスや不快感に音圧レ ベ ル の み な ら ず τ,が 影 響を与えて い る。  繰り 返 しリプル雑 音 (IRN )の ラ ウ ドネス  帯 域 雑 音の帯 域 幅 を 変 化させ ることで τ を 制 御で き る が,帯域 幅が狭い と きに圧 レベ ルが大き く変動す る ことで,ラウ ドネスや不 快 感 が 変 化 した可能 性 も考 え ら れ た。繰り返 し リプ ル雑 音 〔IRN)を用い る と,その よ う な音 圧 レ ベ 変 動 を 生 じ と な τ 。を 制 御で きる こ と から,IRN を 用いて ラ ウ ド ネス 評 価 実 験 を 行っ た

(Soeta&Nakagawa ,2008)。 IRN は, あ る雑 音 信 号を 遅

延 しもとの信 号と加 算 する,その過 程を繰 り返 すこ とに よ っ て作る。遅延時 間に対 応 した ピ ッ チ が知覚 さ れ,繰 り返 し数の増加に と も ない τ eは長く な る。 実 験で は,遅 延 時 間 ・繰り 返 し数を数 段 階 設 定して τ,を制 御し た。各 刺 激の ラ ウ ド ネ ス は,1000Hz の純 音を参照刺 激とし 適 応 法 (単純上 下法)に より求め た。 っ ま り各刺激の ラ ウ ドネスは,主観 的に等 価に聞こえる 1,000 Hz の 純 音 の音 圧 レベ ルとして求め た。  実 験 結 果 をFigure 3に示 す。 re が 10 ms 以 下 あるい は 100ms 以上の と き は,ラ ウ ドネス は ほ とん ど変 化 し な か っ た。 re が 10ms か ら 100 ms の と きに,τe の増 加 に伴い ラ ウ ド ネ スが増 加 し た。また,φ1 と ラ ウ ド ネス に は対応 関係が見 ら れ な かっ た 帯 域 雑 音の場 合はτe と φ且は高い相関を持っ が,IRN の場 合は τ,と φ1 の相関は 低い ため,τc が よ り ラウ ド ネス と密 接に関 連し て い る こ と が明ら か に なっ た 相 関 指 標 を 用いた環 境 騒 音 測 定  音圧 レベ し く ラ ウ ド不 快 感が 異 な る 現 象につ いて,τ,で説 明できることが 示 唆 さ れた。その 他の相 関 指標で あ る τ1 と φ1はピ ッ チ とピ ッ チ明瞭 度と

関 連 し (YQst& HilL 1979, IACC ・τIAcc ・WIAcc につ いて

は,音の広 がり感や不 快 感 と関 連 する {Ando & Kuri・

hara,1986;Sato& Ando 2002Sato, Kitamura,

Ando ,2004)こ と か ら,相 関 指 標を用い て,環 境 騒 音の 質の評 価を行っ た。   航 空 機騒音  近年, 航空機か ら発生 す る騒 音レベ ルは低 下しつ つ あ る もの の,いまだに睡 眠

1

璋害 や 聴 力 障 害の リス ク は大 き く,乳 幼児へ の 深刻な 影響も報 告さ れて い る(Ando & Hattori, 1970,1977 ま た,騒 音の質に注 目し た研 究は ほ とん ど存 在し な い。質の高い生 活環境 をデザ イ ンする に は, 騒音の質が重 要で あ る と考え,航空機騒音の質を

相 関 指 標に よ り 評価 した Fujii, Soeta,&Ando ,2001 )s

 航 空機騒 音の測 定 ・解析は, 航空機の 離 陸, 水平 飛 行, 着 陸の そ れ ぞ れの場 合にっ い て行っ た。測 定は,騒 音 計 の ような単一の マイ ク ロ フ ォ ン で は な く,ヒ トの頭 部形 状 を 模し たマ ネ キ ンに取 り付け た 2つ の マ イ クロ フ ォ ンで行っ た。  Figure 4にLA,q,τt,φ1 の時間変化を示す。 着 陸時に は,航空機がマ .イ クロ フ ォ ン に接 近する に従い,LA,qφ

(4)

100 基礎 心理学 研 究 第 30巻 第 1号 DO90aO705 σ 10 昌 6420 己 【 豊 屋 一 冨 三

D O86420 100q α O 「 合 lbl 70    60 冨 o −50  矼く 」40    3q   lO     呂一 詈6 でド  4    2    0    10  D.巳  o.66  04  02 ..m ’ レ 」( 、嵩 ・

ノ紙

、譜 D       2       4       6       8              石  「1 OOL・  02      4     6      巳    10 fime【s] Ime [sI

Figure 4.  Measured  LA。q top,τ1 (middle  and

 φ1(bottom )for (a1anding and blevel flying  aircrafts  as a function of time,[Fujii, Soeta,  & Ando  (2001).  Acoustical  properties of  aircraft noise  measured  by  temporal  and

 spatia 旦  factors 

foumal

  of  Sound  and

 Vibγation,241,69−78よ り引用.] が増 加し,τ1は 減少, す な わ ち, 騒 音レベ ル は大 きく, その ピッ チ は明 瞭に聞こえ,ピッ チ は ヒ昇 して いること がわ か る。水 平 飛 行 時に は,騒 音 レ ベ ル は緩や かに変 動 す る。 τ 且・φ1 は機種に より異な る変 化を示 し た。 ある特 徴 的な周 波 数 成 分を持っ 機 種 (Figure 4b の実 線 )は, 明 瞭な ピ ッ チ を持ち, その ピ ッ チ は ほ と ん ど変 化 し な い。あ る特徴 的な周 波 数 成 分 を 持た ない機 種 (Figure 4 b の 点線)は,明瞭なピ ッ チ を持たず,その ピ ッ チ は変 動す る。   Figure 5に IACC の時 間 変 化を示 す。着 陸 ・離 陸 時 に IACC は高い値を示し た。 すな わ ち, 航 空 機の飛んで い る方 向がはっ きりとわか る。離 陸 時に IACC の値が一 時 的に低 下し てい るの は, マ イクロ フ ォ ン の真上 を航 空 機が通 過 して い る た めで あ る。水平 飛 行 時に は,多 くの 場 合に IACC は低い値を示 した 機 種に よ っ て はIACC が大き く変 動す る もの も 見 ら れ た。 この よ う な IACC の 変 化は,大き な不 快 感を生じる可 能 性が ある 〔Sato, Ki− tamura ,&Ando ,2004).   鉄道駅構 内騒音  鉄 道は,通勤・通 学の手 段とて多くの人々 に利 用さ れて い る が, その 内部 環 境は音 響的観点か ら ほ と ん ど考 慮が され ておらず,鉄 道 騒 音の不 快さや構 内 ・車 内 放 送 の き取 りにくさ が指摘さ れて い る。 快 適な鉄 道 駅 構 内 音 環 境をデザ インするた めに は,現 状の問 題 点 を 明 らか に す る 必要が あ るこ と か ら, 鉄道駅 構 内騒音 特性を調べ (a)1.00 .8OO .62 −04   02   0.0     0 (b)1.O0 .8OO .60 く 一4 O 2000 (c1.0O ,86   40   000 ≦ 0.2 2 4 6 8 10   0.0     0 (d)1.O0 .8QO .60 く 一 〇.4 2 4 6 8 10 0 2000 2 4 6 8 10 2 4Time  s] 6 8

Figure 5.  Measured  IACC  as  a  function  of  time  for the conditions  of (a} landing,(b>   takeQff,(c)level fiying 1, and dlevel flying

  2.[Fujii, Soeta,& Ando 2001. Acoustical

 properties  of  aircraft  noise  measured  by

 temporal and  spatial factors. Journα1 of  Sound

 and  Vibration,241,69−78 より引 用 10 た(Shimokura & Soeta,2011)Q   Figure 6に LA,q, IACC ,τ1,φ1 の 時 間 変 化を示 す。 LA。q は,鉄 道 車 両が駅に接 近する と ともに増 加, 停車 時 にや や 減 少,出 発 後一時 的に増 加 しその後 減 少 し た。 IACC ・τ1・φiは車 両の運行状態 と ともに変化す る が, LAeq の変 化とは異なっ て い る。 IACC は鉄 道 車 両や構 内 放 送 の方 向 定 位の し や す さ と 関連す る(Zimmer &Maca!uso 2005。 τ 】とφ1 は,鉄 道 車 輪の 転 動 音 や 車 両 機 器 音の

(5)

{a)100

墨・・

lt

(、}1.

8

1

1

1

  0・OO 1020304050fiOTD80go 〔C )10010 [9 三 r ド     1       0 {d)1.e    D8  TO6 曾    0.4    0.2   ° % 102030405060 アoso90 10203040506070BDgo 1020304e       50Time 【s亅 6D7060

FigUre 6. (a)LAeq,bIACC ,cτ1, and d>φl as

 afunction  of time in the above −ground

 side  and (一)island platformsShimokura ,

 SQeta (2011 ). Characteristics of train noise  in

 ground  and  underground  stations  with  side

 and  island platforms.ourn αl of Sound  and

  vibration,330 1621−1633 よ り引 用.] れ ば,騒音源の 同定と改善が可能と な る。 ま  と め go  騒音のを評 価す る方法と し て,ACF ・IACF か ら得 ら れる関指 標を用い る方 法にっ い て例を示し た。 有 効 継 続 時 間τ。につ いて は,実 験 室 実 験で 用い ら れ る帯 域 雑 音や IRN の よ う な単純な刺激にっ い て は容 易に算出 可 能で あるが,実 際の複 雑な騒 音につ い て は算 出が難 しい こ と か ら,算 出方 法の.良 を行っ てい る ま た,交通騒

音 (Fujii,  Atagi,& Ando ,2002冷 蔵 庫 騒 音 (Sato,

You &Jeon,2007),床 衝 撃 音 (

Jeon

& Sato,2008>,低

周波騒音 (Ryu , Sato,& Kurakata,2011 )な どの不快感

や音 質 評 価が相 関 指 標 を 用いて行 わ れて いる。 今 後は さ

まざまな.騒 音の質 的 評 価 を 行い,従 来の成 果と統 合 する

こ とで,相関指 標を用いた 騒音 評価 法の確 立 を目指す。

引 用 文 献

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  Porat Design in Architecture and  the Eni丿ironmenち

  2,29−32,

Sato, S., Kitamura , T.,& Ando , Y.2004 . Annoyance

  of noise stimuli  in relation  to the spatial factors

  extracted   from  the  interaural  crosscorrelation

  function.ノburnat of  Sound and  Vibration

,277 ,511−   521,

(6)

102

nee)LNve#mzagg

3o

gaglg

characteristics of refrigerator noise inreal living

environments with relation to psychoacoustical

and autocorrelation function parameters.

fournal

of

theAcousticalSociety

of

America,122,314-325, Shimokura,R.& Soeta,Y.

(201

1).Characteristicsof

train noise inground and underground stations

with sjde and islandplatforms,

10urnal

ofSound

and Vibration,330,1621-1633.

Soeta,Y,,Maruo, T.& Ando, Y.

(2004).

Annoyance of

bandpass filterednoises inrelation to the factor

extracted from autocorrelation function.

fournal

of

AcousticalSocieCy

ofAmen'ca,

116,3275-3278. Soeta,Y. & Nakagawa, S.{2008).Effectof the

tivecomponents of a noise on loudness.Jlournat of

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cal bandwidth inloudnesssummation,

fournal

of

Figure   2 .   Scale   value   of   Ioudness   and   annoy −
Figure   3.   Mean   point   of   subjective   equality   〔 PSE ) for   loudness   as   a   function   of   the τe   of
Figure   4 .   Measured   LA 。 q ( top ) , τ 1 ( middle ) ,   and   φ 1 ( bottom ) for (a } 1anding   and (b ) level   flying   aircrafts   as   a   function  of   time , [ Fujii,  Soeta,
FigUre   6.   ( a ) LAeq , ( b ) IACC , ( c > τ 1 ,   and ( d >φ l  as

参照

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