Aの重み付けとは

Aの重み付けは、広く採用されている周波数重み付け法です。人間の耳で聞き取れるレベルにするために、捕捉したサウンドに適用する手法です。発せられるサウンドは広範囲の周波数を持ち、マイクで捕捉されたサウンドは、耳で捉えたサウンドとは異なります。人間の耳は、理論的には20～20,000Hzの範囲でしか聞き取ることができず、250～5,000Hzの範囲の周波数には非常に敏感ですが、低周波数や高周波数に対する感度は低くなります。

そのため、サウンド内の各周波数に特定の重み付けを適用することで、その周波数におけるサウンドのレベルは、実際の大きさの知覚をよりよく反映するようになります。国際規格IEC 61672:2003で定義されている重み付けには、サウンドの大きさの範囲と目的の用途に応じてさまざまなタイプがありますが、最も一般的に使用されるアプローチがAの重み付けです。Aの重み付けは、基本的には人間が聞き取れる周波数範囲にわたる周波数フィルタであり、音響レベルをdB(A)単位で測定できるようになります。

音圧レベル（SPL: Sound Pressure Level）は、これまではデシベル（dB）スケールで測定されてきました。これは、音波によって空気にかかる圧力の量で特徴付けられます。音響測定装置には、すべての周波数のdB(SPL)値が記録され、表示されます。Aの重み付けには、各周波数が人間の耳の知覚に与える相対的な影響が反映されます。音波が耳に入った瞬間から、それが音であると脳が最終的に解釈するまで、聴覚系は自然なフィルタとして機能し、特定の周波数のサウンドを通しやすくする一方で、他の周波数のサウンドは通しにくくします。

Aの重み付けの一般的な適用分野

さまざまなタイプの周波数重み付けシステムがありますが、Aの重み付けは、音響外傷や騒音による健康被害を判断し、さまざまな種類の騒音公害（産業騒音や環境騒音など）を測定する際に広く採用されている標準です。

以下の領域で、Aの重み付けによる騒音測定が広く適用されます。

• エネルギーセクターにおける電動モータやポンプの騒音
• 自動車および輸送業界における自動車の騒音、振動、ハーシュネス（NVH）
• 航空宇宙および防衛業界におけるドローン、航空機、ヘリコプターの騒音
• 生産ラインの騒音レベル
• 建設の騒音レベル
• 建物内の内部騒音レベル
• ファンや各種キッチン家電（冷蔵庫など）を含むコンシューマ向け製品の騒音
• 住民や野生生物に対する環境騒音汚染（空港や鉄道の近くなど）
• オーディオ機器の低レベルの騒音

dBとdB(A)の違い

dB(A)の重み付けによる測定値は、重み付けが適用されないdB単位で示される測定値と比較して、実際に聞き取れる音をより明確に表します。つまり、2つのサウンドが同じdBレベルであっても、dB(A)レベルが異なることがあります。顧客満足度の高い製品の開発時やシステムの設計時に、人間にとって最高の快適さを表すAの重み付け値が導入されます。dB(A)スケールは、さまざまな業界の内部仕様や規制のために、主に研究開発部門で使用されています。たとえば、欧州連合では、すべての車両に対して、通過騒音レベルが（車種に応じて）特定の動作条件およびマイク位置で一定の音響レベルを超えていないことを示す認証の取得を義務付けています。この認証のための測定値は、多くの場合、dB(A)で表されます。

Aの重み付けは、1933年にHarvey FletcherとWilden A. Munsonが発表した音の大きさの感じ方に関する基礎研究で初めて紹介されました。Aの重み付け曲線は、1936年にFletcher-Munsonによる等ラウドネス曲線がANSI（American National Standards Institute）規格として公開された際に完全に確立されました。これらの曲線は長年にわたって繰り返し更新され、ISO（International Organization for Standardization）226規格として発行されています。その最新版は、2003年に発行されたISO 226:2003です。IEC 61672:2003では、騒音計で使用するすべての曲線が定義されており、Aの重み付けからCの重み付け（dB(C)）までの重み付き周波数測定が定められています。

Fletcher-Munsonの等ラウドネス曲線は、異なる周波数により、人間の耳で音の大きさがどのように知覚されるかをマッピングしたものです。基準周波数とする1,000Hzにおいて、各レベルの純音と、実際に耳で感じた音の大きさを対応させたグラフです。Aの重み付けは、40フォンに対応する反転させた等ラウドネス曲線（つまり、40dB(SPL)において知覚された1,000Hzの純音の大きさ）に基づいています。これは、適度に静かなサウンドに相当します。たとえば、40dB(SPL)において1,000Hzで再生された純音は、250Hzまたは8,000Hzにおいて50dB(SPL)の純音と同じ大きさで聞こえます。これは、音の大きさが40フォンと同じレベルであり、このレベルがAの重み付けの基準曲線であるため、同じdB(A)レベルになります。

Aの重み付けは、10kHzを超えて急激に下降する特性が示されれば、反転した40フォンの等ラウドネス曲線に近いものになりますが、長年にわたり、こうした急峻な特性を持つフィルタの製造は困難でした。現在は、ITU-R 468曲線のように、1～9kHzの周波数を強調できるフィルタは存在するものの、騒音計に組み込まれているケースは稀で、長年にわたって標準的なAの重み付け法がそのまま採用されています。

Aの重み付けは、最もよく使用される周波数重み付け法として、今日では多くの騒音計で採用されています。このAの重み付け以外に、Bの重み付けもよく使用されますが、Cの重み付け、Dの重み付け、Gの重み付け、Zの重み付けはそれほど一般的ではありません。使用する重み付けは、用途とサウンドの大きさに基づいて選択します。非常に低いまたは非常に高いサウンドを計測する場合、人間の耳が聞き取れる感度に合わせて異なる重み付けが適用されます。 

各周波数重み付け法がどのような場面で採用されているかについて、以下に示します。

• Aの重み付け: 日常的な中程度の騒音に使用されます。
• Bの重み付け: 70フォンの等ラウドネス曲線と一致します。これは、中程度の大きなサウンドに対応します。車両内部の騒音、職業騒音、公共騒音の測定に使用できます。
• Cの重み付け: 100フォンの等ラウドネス曲線に一致します。これは、非常に大きなサウンドに対応します。Cの重み付けは曲線形状がより平坦であるため、広帯域騒音を測定するために騒音計で主に使用されますが、建設機械からの非常に大きな騒音を測定するためにも使用できます。
• Dの重み付け: 航空機の騒音の測定など、特定の用途に使用されます。
• Gの重み付け: 潜水艦、通信、Wi-Fiなど、人間の耳では聞き取れない超低周波音領域の測定に使用されます。
• Zの重み付け: フィルタなしの平坦な周波数応答であるため、「ゼロの重み付け」と呼ばれます。

振動音響シミュレーションを使用すると、音源レベルおよびシステムレベルで音源の騒音をシミュレーションし、そのサウンドが人間の快適さにどのような影響を及ぼすかを調べることができます。ほとんどのシミュレーションはdB(SPL)単位で実行され、後でフィルタリングを適用してdB(A)値に変換されます。以下に、シミュレーションを使用して生成できるサウンドの例を示します。

• ギアボックスの歯など、2つの部品またはコンポーネントが互いに近接して可動すると、サウンドが発生します。
• サウンドを生成する他のコンポーネントの動き。
• 物体の衝突や落下による衝撃音。
• パイプ、ターボ、ファン内、またはキャビティ内を通過する流体の動き。
• 電動モータが発するサウンド。
• さまざまなコンポーネントの振動とその圧力出力。
• 音源から耳または別の受信ポイントへの音圧の伝播。

これらすべての音源は、Ansys Mechanical、Ansys Motion、Ansys Fluent、Ansys LS-DYNAなどのツールを使用してシミュレーションしてから、Ansys Soundで解析して、分野ごとにAの重み付けをどのように適用できるかについて調べることができます。シミュレーションは、ユーザーだけでなく、周囲の人たちも不快に感じない音響レベルを調査し、騒音規制を満たす製品を開発する上で重要な役割を担います。

シミュレーション手法を使用して、有害な音を発しないさまざまなコンポーネントや製品を設計する方法について詳しく知りたい方は、今すぐAnsysのテクニカルチームにお問い合わせください。

関連リソース