A重み付け

A特性は周波数重み付けの一種で、国際規格IEC 61672:2003および音圧レベルの測定に関連するさまざまな国家規格で定義されている曲線群の中で最も一般的に使用されています。^{[1] A特性は、人間の耳が低いオーディオ周波数に対して感度が低いため、機器で測定した音圧レベルに適用され、人間の耳が知覚する相対的な}音量を考慮に入れようとしています。これは、オクターブまたは第3オクターブ帯域別にリストされた値の表を、測定されたdB単位の音圧レベルに算術的に加算することによって採用されます。結果として得られるオクターブ帯域の測定値は通常、音を表す単一のA特性値を提供するために加算され（対数法）、単位はdB(A)と表記されます。他の重み付け値セット（B、C、D、そしてZ）については以下で説明します。

これらの曲線は、もともと異なる平均騒音レベルでの使用のために定義されたものですが、A 特性は、もともと低レベル音 (約 40ホン) の測定のみを目的としていましたが、現在では環境騒音や工業騒音の測定のほか、あらゆる騒音レベルでの聴覚障害やその他の騒音による健康への影響の可能性を評価する場合にも一般的に使用されています。実際、数十年にわたる現場経験から、人間の会話の周波数範囲で職業性難聴と非常に良好な相関関係にあることが示されているため、現在ではこれらすべての測定に A 周波数特性の使用が義務付けられています。また、特に米国では、オーディオ機器の低レベル騒音を測定する場合にも使用されています。^{[本文では未検証]}英国、ヨーロッパ、および世界の他の多くの地域では、放送局やオーディオ エンジニア^{[誰? ]は、1960 年代に}BBCなどの組織の研究に基づいて開発されたITU-R 468 騒音特性をより頻繁に使用しています。この研究は、私たちの耳はランダムなノイズに対して異なる反応を示すこと、そしてA、B、Cの重み付けのベースとなる等ラウドネス曲線は純粋な単一音に対してのみ有効であることを示しています。^{[本文では検証されていません]}

A 特性は、フレッチャーとマンソンの研究から始まり、1933 年に等ラウドネス曲線のセットが発表されました。3 年後、これらの曲線は、騒音計の最初の米国規格で使用されました。^[2]このANSI規格は、後に ANSI S1.4-1981 として改訂され、A 特性曲線だけでなく B 特性も取り入れました。これは、後者が低レベルの測定以外には適していないことを認識したためです。しかし、B 特性はその後使用されなくなりました。その後、最初に Zwicker、次に Schomer によって、異なるレベルによって生じる困難を克服しようと試みられ、BBC の研究によって CCIR-468 特性が生まれました。これは現在 ITU-R 468 ノイズ特性として維持されており、純音よりもノイズのより代表的な測定値が得られます。^[要出典]

A 特性は、純音の周波数の関数として人間の耳の感度を表すのに有効です。A 特性は、人間の聴覚の等ラウドネス曲線の初期の決定を表す40 フォンのフレッチャー・マンソン曲線に基づいています。しかし、数十年にわたる現場経験により、人間の音声の周波数範囲における A スケールと職業性難聴の間に非常に良好な相関関係があることが示されたため、^{[出典が必要]}このスケールは、多くの管轄区域で、職業性難聴のリスクや、騒音環境における信号または音声明瞭度に関連するその他の聴覚の問題を評価するために採用されています。

国際標準化機構（ISO）は、初期の決定と最近の決定との間に矛盾が認められたため、東北大学電気通信研究所が調整した研究の勧告に応じて、ISO 226で定義されている標準曲線を改訂しました。^[3]この研究では、日本、ドイツ、デンマーク、英国、米国の研究者によるいくつかの研究結果を組み合わせて、新しい曲線が作成されました。（日本はデータの約40％を占める最大の貢献者でした。）その結果、ISO 226:2003として標準化された新しい曲線セットが承認されました（その後、20〜90フォンの範囲で0.5 dB未満のISO 226等ラウドネス曲線の変更により、2023年に再度改訂されました）。報告書では、統合研究の結果と、オリジナルのフレッチャー・マンソン等ラウドネス曲線、および1987年に発行されたISO 226の最初のバージョンの基礎となった後のロビンソン・ダドソン曲線との間の大きな違いについて言及しています。その後の研究では、A特性は、40フォンのフレッチャー・マンソン曲線よりも、ISO 226:2003に組み込まれた更新された60フォン曲線とより一致していることが実証されており、A特性は静かな音のラウドネスのみを表すという一般的な誤解に異議を唱えています。^[4]

それでも、A特性が10kHz以上でより急峻に低下すれば、等ラウドネス曲線に近くなるでしょう。また、電子機器の初期の頃は急峻なフィルタを構築するのが難しかったために、このような妥協が生じたと考えられます。^[要出典]今日では、ITU-R 468曲線が示すように、そのような制限は不要です。A特性をさらに帯域制限せずに使用すると、超音波または近似超音波ノイズが存在する場合に、異なる計測器で異なる測定値が得られる可能性があります。したがって、正確な測定には、最新の計測器でA特性曲線と組み合わせる20kHzローパスフィルタが必要です。これは、IEC 61012でAU特性として定義されており、非常に望ましいものですが、市販の騒音計にはほとんど装備されていません。

A周波数重み付けは、国際規格IEC 61672によりすべての騒音計に取り付けることが義務付けられており、ISO 226で規定されている等ラウドネス曲線の近似値です。^[5]古いB周波数重み付けとD周波数重み付けは使われなくなっていますが、多くの騒音計はC周波数重み付けを備えており、少なくとも試験目的では、精密（クラス1）騒音計にその取り付けが義務付けられています。D周波数重み付けは、IEC 537測定規格に従って高レベルの航空機騒音を測定する際に使用するために特別に設計されました。D周波数重み付け曲線の大きなピークは等ラウドネス曲線の特徴ではなく、人間がランダムノイズを純音とは異なって聞くという事実を反映しており、この効果は特に6 kHz付近で顕著です。これは、内耳の蝸牛の異なる領域の個々のニューロンが狭い周波数帯域に反応するが、高周波ニューロンはより広い帯域を統合するため、同じ圧力レベルの単一の純音よりも多くの周波数を含むノイズが提示された場合に、より大きな音を信号化するためです。^{[引用が必要]}

ISO規格の変更に伴い、D周波数重み付けは、民間航空機ではなく軍用機にのみ搭載されている非バイパス型ジェットエンジンにのみ使用できるようになりました。このため、現在ではA周波数重み付けが軽量民間航空機の測定に義務付けられており、大型輸送機の認証には、より正確なラウドネス補正重み付けEPNdBが求められています。^[6] D重み付けは、EPNdBの基礎となる測定の基礎です。

Z またはゼロ周波数重み付けは、2003 年に国際規格 IEC 61672 で導入され、メーカーが頻繁に採用する「フラット」または「リニア」周波数重み付けを置き換えることを目的としていました。この変更が必要だったのは、各騒音計メーカーが独自の低周波および高周波カットオフ (-3 dB) ポイントを選択できるため、特にピーク騒音レベルを測定するときに異なる測定値が生じるためです^[要出典]。これは、10 Hz から 20 kHz ±1.5 dB のフラットな周波数応答です。^{[7] [検証に失敗]}また、-3 dB ポイントが 31.5 Hz と 8 kHz にある C 周波数重み付けでは、真のピーク騒音 (Lpk) を正確に測定するのに十分なバンドパスがありませんでした。

G加重は8Hzから約40Hzまでの超低周波音域の測定に使用されます。 ^[8]

B および D 周波数重み付けは、規格 IEC 61672:2003 の本文では説明されなくなりましたが、その周波数応答は古い IEC 60651 に記載されています。ただし、この規格は国際電気標準会議によって正式に撤回され、IEC 61672:2003 が採用されました。IEC 61672 の周波数重み付け許容値は、以前の規格 IEC 179 および IEC 60651 の許容値よりも厳しくなっているため、以前の仕様に準拠した計測器は、法的に要求される測定には使用しないでください。

A 加重デシベルはdB(A)またはdBAと略されます。音響 (校正済みマイク) 測定を参照する場合、使用される単位は20 マイクロパスカル = 0 dB SPL を基準とするdB SPLになります。^{[注 1]}

A 特性曲線は環境騒音測定に広く採用されており、多くの騒音計の標準となっています。A 特性システムは、あらゆる環境騒音測定に使用されます (例として、道路騒音、鉄道騒音、航空機騒音などがあります)。A 特性は、職場での騒音量測定など、大きな騒音によって引き起こされる聴覚障害の可能性を評価するためにも一般的に使用されています。1 日の騒音レベルが 85 dB(A) を超えると、聴覚障害のリスク要因が増加します。

A 特性音響パワーレベル L _{WA は}、冷蔵庫、冷凍庫、コンピューターファンなどの家庭用電化製品の販売資料でよく見かけるようになりました。騒音計で SPL として特定の距離で測定される予想音圧レベルは、音響パワーレベルから、ある程度の簡略化によって計算できます。ヨーロッパでは、A 特性騒音レベルは、たとえば自動車のタイヤの騒音を標準化するために使用されます。

大音量の音楽が流れる会場の訪問者の騒音曝露も通常は dB(A) で表されますが、低周波騒音のレベルが高い場合はこの限りではありません。

騒音測定に広く使用されているA特性曲線は、40フォンのフレッチャー・マンソン曲線に基づいていると言われていますが、1960年代の研究では、純音を使用して行われた等音量の決定は、騒音の知覚に直接関係ないことが実証されました。^[9]これは、内耳の蝸牛が音をスペクトル内容の観点から分析し、各有毛細胞が臨界帯域と呼ばれる狭い周波数帯域に反応するためです。^[要出典]高周波帯域は低周波帯域よりも絶対的に広いため、騒音源から比例して多くの電力を「収集」します。^[要出典]ただし、複数の臨界帯域が刺激されると、さまざまな帯域の出力が脳によって合計され、音量の印象が生成されます。これらの理由により、騒音帯域を使用して導出された等音量曲線は、純音を使用して導出された曲線と比較して、1 kHzを超えると上向きの傾斜、1 kHz未満では下向きの傾斜を示します。

6 kHz 領域でのノイズに対する感度の向上は、コンパクト カセットレコーダーとドルビー Bノイズ リダクションの導入により、1960 年代後半に特に顕著になりました。A 特性のノイズ測定では、ノイズ リダクションの効果が最も大きい 6 kHz 領域が十分に強調されず、10 kHz 付近以上のノイズが十分に減衰されないため、誤解を招く結果になることが判明しました (具体的な例としては、FM ラジオ システムの 19 kHzパイロット トーンが挙げられます。このトーンは通常は聞き取れませんが、A 特性では十分に減衰されないため、スペクトル内容が異なるため、機器によっては測定値が他よりも悪くても音質が良くなることがあります)。

ITU-R 468 ノイズ加重は、トーンではなく、あらゆる種類のノイズの主観的な音量をより正確に反映するように開発された。この曲線は、BBC研究部門による研究から生まれ、 CCIRによって標準化され、後に他の多くの標準化団体 ( IEC、BSI ) によって採用され、 2006 年現在、 ITU によって維持されている。この曲線はヨーロッパ、特に放送で広く使用されるようになり、ドルビー研究所^[update]にも採用された。同社は、映画のサウンドトラックやコンパクト カセット システムのノイズを測定する際に、この曲線の優れた有効性を認識した。A 特性に対するこの曲線の利点は、A 特性が依然として主流である米国ではあまり受け入れられていない。^{[出典が必要]}この曲線は、イギリス、ヨーロッパ、およびオーストラリアや南アフリカなどの旧大英帝国の国々の放送局で使用されている。

標準規格^[10]では、さまざまな実装を可能にするために、許容限度付きの表によってdB単位で重み付け（）を定義しています。さらに、標準規格では重み付けを計算するための重み付け関数^{[10]についても説明しています。重み付け関数は、重み付けされていない音響レベルの}振幅スペクトル（強度スペクトルではない）に適用されます。オフセットにより、1000 Hzで0 dBに正規化されます。適切な重み付け関数は次のとおりです。^[11]${\displaystyle A(f),C(f)}$${\displaystyle R_{X}(f)}$${\displaystyle R_{X}(f)}$

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{A}(f)&={12194^{2}f^{4} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ {\sqrt {\left(f^{2}+107.7^{2}\right)\left(f^{2}+737.9^{2}\right)}}\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]A(f)&=20\log _{10}\left(R_{A}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{A}(1000)\right)\\&\approx 20\log _{10}\left(R_{A}(f)\right)+2.00\end{aligned}}}$^[10]

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{B}(f)&={12194^{2}f^{3} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ {\sqrt {\left(f^{2}+158.5^{2}\right)}}\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]B(f)&=20\log _{10}\left(R_{B}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{B}(1000)\right)\\&\approx 20\log _{10}\left(R_{B}(f)\right)+0.17\end{aligned}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{C}(f)&={12194^{2}f^{2} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]C(f)&=20\log _{10}\left(R_{C}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{C}(1000)\right)\\[3pt]&\approx 20\log _{10}\left(R_{C}(f)\right)+0.06\end{aligned}}}$^[10]

${\displaystyle {\begin{aligned}h(f)&={\frac {\left(1037918.48-f^{2}\right)^{2}+1080768.16\,f^{2}}{\left(9837328-f^{2}\right)^{2}+11723776\,f^{2}}}\\[3pt]R_{D}(f)&={\frac {f}{6.8966888496476\cdot 10^{-5}}}{\sqrt {\frac {h(f)}{\left(f^{2}+79919.29\right)\left(f^{2}+1345600\right)}}}\\D(f)&=20\log _{10}\left(R_{D}(f)\right).\end{aligned}}}$^[12]

ゲイン曲線は、次のS領域伝達関数によって実現できます^[13]。ただし、これらはこのように定義されておらず、標準文書の許容値を含む値の表によって定義されているため、さまざまな実現が可能です。^{[引用が必要]}

${\displaystyle H_{\text{A}}(s)\approx {k_{\text{A}}\cdot s^{4} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+676.7)\quad (s+4636)\quad (s+76617)^{2}}}$

kA ≈ _7.39705 × 10 ⁹

${\displaystyle H_{\text{B}}(s)\approx {k_{\text{B}}\cdot s^{3} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+995.9)\quad (s+76617)^{2}}}$

kB ≈ _5.99185 × 10 ⁹

${\displaystyle H_{\text{C}}(s)\approx {k_{\text{C}}\cdot s^{2} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+76617)^{2}}}$

kC ≈ _5.91797 × 10 ⁹

${\displaystyle H_{\text{D}}(s)\approx {k_{\text{D}}\cdot s\cdot \left(s^{2}+6532s+4.0975\times 10^{7}\right) \over (s+1776.3)\quad (s+7288.5)\quad \left(s^{2}+21514s+3.8836\times 10^{8}\right)}}$

kD ≈ _91104.32

k値は、関数をゲイン 1 (0 dB) に正規化するために使用される定数です。上記の値は、通常使用されるように、関数を 1 kHz で 0 dB に正規化します。(この正規化は画像に示されています。 )

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• オーディオエンジニアの参考書、第2版、1999年、マイケル・タルボット・スミス編、フォーカル・プレス
• 聴覚心理学入門第 5 版、ブライアン CJ ムーア、エルゼビア プレス

• 騒音測定概要。2013 年 2 月 25 日のオリジナルからアーカイブ。
• オーディオ測定用 A 重み付けフィルタ回路 2016-12-31 にWayback Machineでアーカイブ
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• ノイズ帯域を用いたCBSによるラウドネス測定の研究、1966年IEEE論文
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