重み付けフィルタ

重み付けフィルターは、測定やその他の目的で、現象のある側面を他の側面と比較して強調したり抑制したりするために使用されます。

オーディオアプリケーション

オーディオ測定の各分野では、エネルギーレベルの基本的な物理的測定ではなく、重み付けされた測定を示すために特別な単位が使用されます。音の場合、単位はフォン( 1 kHz相当レベル) です。

音

音には、波長、周波数、速度という 3 つの基本要素があります。音響測定では、音の大きさをデシベル(dB) で測定します。デシベルは0 dBを基準とする対数です。^[1]音にはさまざまな周波数があります。周波数は、正弦波が 1 秒間に繰り返される回数です。^[2]通常の聴覚システムは通常、20 Hz から 20,000 Hz の間で聞くことができます。^[2]音響を測定する場合、測定機器は入力される聴覚信号を受け取り、これらのさまざまな特徴について分析します。これらの機器の重み付けフィルターは、フィルターに応じて特定の周波数とデシベルレベルをフィルターします。重み付けフィルターは、自然な人間の聴覚に最も似ています。これにより、騒音計は、通常の聴力を持つ人間の聴覚システムで入力音がどのくらいのデシベルレベルになるかを判断できます。

音量測定

たとえば、音量の測定では、A特性フィルタは、人間の耳が最も敏感な3～6 kHz付近の周波数を強調し、耳が鈍感な非常に高い周波数と非常に低い周波数を減衰させるのによく使用されます。その目的は、測定された音量が主観的に知覚される音量とよく一致するようにすることです。A特性は、40フォンのフレッチャー・マンソン等ラウドネス曲線に基づいているため、比較的静かな音と純音にのみ有効です。^[3]B曲線とC曲線はより大きな音を対象としていますが（あまり使用されていません）、D曲線は大きな航空機騒音（IEC 537）の評価に使用されます。B曲線は、A曲線と比較して、より多くの中程度の音量レベルをフィルタリングします。^[3]この曲線は、現在では騒音レベルの評価や監視にほとんど使用されていません。^[4] C曲線は、低周波数と高周波数のフィルタリングが少ないという点で、A曲線とB曲線の両方とは異なります。^[3]フィルターはより平坦な形状で、特に騒音の多い環境での音響測定に使用されます。^[3] A加重曲線は40フォン曲線に従い、C加重曲線は100フォン曲線に従います。^[4] 3つの曲線は、露出レベルの測定方法ではなく、測定される周波数が異なります。A加重曲線は、人間の耳を最もよく表す500Hz以下の周波数をより多く通過させます。^[4]

重み付けフィルタによるラウドネス測定

音を測定する理由は様々です。これには、労働者の聴力を保護するための規制に従うこと、騒音条例に従うこと、電気通信などが含まれます。音響測定の基本は、入力信号をそのさまざまな特性に基づいて分解するという考えです。入力されるすべての正弦波の音には、周波数と振幅があります。この情報を使用して、入力されるすべての聴覚情報の振幅の二乗和平方根から音響レベルを推測できます。^[4]騒音計を使用する場合でも、騒音線量計を使用する場合でも、処理は多少似ています。校正された騒音計では、入力音がマイクで拾われ、内部の電子回路で測定されます。^[5]デバイスが出力する音響測定値は、A、B、またはCの加重曲線でフィルタリングできます。使用する曲線は、結果として得られるデシベルレベルにわずかな影響を及ぼします。

通信

電気通信の分野では、加重フィルタは、電話回線の電気ノイズの測定や、さまざまな種類の機器（受話器）の音響応答を通じて知覚されるノイズの評価に広く使用されています。他のノイズ加重曲線も存在しており、たとえばDIN規格などがあります。ソフォメトリック加重という用語は、原理的にはノイズ測定を目的としたあらゆる加重曲線を指しますが、電話の狭帯域幅音声帯域スピーチ回路で使用される特定の加重曲線を指すためによく使用されます。

環境騒音測定

A加重デシベルはdB(A)またはdBAと略される。音響（校正済みマイクロフォン）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=0dB SPLを基準とするdB SPL（音圧レベル）となる。 ^[6]^[注1]

A 加重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 (詳細については、 ITU-R 468加重を参照してください)。

A 特性は、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が、これは、そのような使用が有効であることを示唆する優れた実験的証拠ではなく、A 特性を組み込んだ騒音計が広く入手可能であることに基づいているようです。SPL 測定値を引用する場合、測定マイクから音源までの距離は「忘れられる」ことが多く、データが役に立たなくなります。環境騒音や航空機騒音の場合、必要なのは測定ポイントのレベルであるため、距離を引用する必要はありませんが、冷蔵庫や同様の機器を測定する場合は、距離を明記する必要があります。明記されていない場合は、通常 1 メートル (1 m) です。ここでさらに複雑なのは、反響室の影響です。そのため、機器の騒音測定では、「オープンフィールドで 1 m」または「無響室で 1 m 」と記載する必要があります。屋外で測定すると、無響条件によく近似します。^{[引用が必要]}

冷蔵庫や冷凍庫、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には、騒音レベルの A 加重 SPL 測定値がますます多く記載されています。聴覚の閾値は通常 0 dB SPL 程度ですが、これは実際には非常に静かで、電化製品の騒音レベルは 30 ～ 40 dB SPL である可能性が高くなります。

オーディオ再生・放送機器

6 kHz 付近のノイズに対する人間の敏感さは、1960 年代後半に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が導入されて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 付近が十分に強調されないため、誤解を招く結果になることが判明しました。また、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優れている場合もありました。

そのため、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ました。この曲線は、BBC研究部門による作業から生まれ、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^[update]、ITU によって維持されています。この加重を使用するノイズ測定では、通常、低速平均化ではなく準ピーク検出法も使用されます。これは、低速の rms 測定では検出されない可能性のあるバーストノイズ、ティック、ポップの可聴性を定量化するのに役立ち、

ITU-R 468 準尖頭値検出によるノイズ加重は、ヨーロッパで広く使用されており^[7]、特に通信分野で広く使用されています。また、Dolby 社が自社の目的に優れた有効性を認めて採用して以来、放送分野でも広く使用されています。A 加重に対するその利点は、米国や家電製品ではあまり評価されていないようで、A 加重の使用が主流となっています。これはおそらく、A 加重の方が 9 ～ 12 dB の「優れた」仕様を生み出すためでしょう ( specsmanship を参照) 。^[要出典]^{[中立性は議論中]}これは、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広く使用されています。

16 ビットオーディオシステム (CD プレーヤーなど) のノイズレベルは、一般的に (主観的な影響を考慮しない計算に基づいて) FS (フルスケール) に対して -96 dB とされていますが、468 加重の最良の結果は、アライメントレベル (一般的に FS より 18 dB 低いと定義されます) に対して -68 dB、つまり FS に対して -86 dB の範囲になります。

適切な曲線が使用されている限り、加重曲線の使用は「ごまかし」と見なされることはありません。関連性のあるものは何も「隠されている」わけではなく、たとえば、50 Hz または 100 Hz で、引用された (加重された) ノイズフロアよりも高いレベルでハムが存在する場合でも、人間の耳は低レベルの低周波に非常に鈍感であるため、ハムは聞こえないため、これは重要ではありません。A 加重は、たとえばADC を比較して評価するためによく使用されます。これは、ノイズシェーピングが超音波範囲でディザノイズを隠す方法をより正確に表すためです。

重み付けのその他の応用

ガンマ線やその他の電離放射線の測定では、放射線モニターや線量計では通常、フィルターを使用して、人体への損傷が最も少ないエネルギーレベルや波長を減衰させ、最も損傷が大きいエネルギーレベルや波長を通過させます。これにより、あらゆる放射線源を、その「強度」だけでなく、実際の危険性に基づいて測定できます。シーベルトは、電離放射線の加重放射線量の単位で、古い単位であるREM (レントゲン当量) に代わるものです。

異なる波長には異なる生物学的効果があるため、日焼けによる皮膚損傷のリスクを評価する際にも、太陽光の測定に重み付けが適用されます。一般的な例としては、日焼け止めのSPFやUV インデックスがあります。

重み付けのもう 1 つの用途はテレビで、信号の赤、緑、青の成分が、知覚される明るさに応じて重み付けされます。これにより、白黒受信機との互換性が確保され、ノイズパフォーマンスが向上し、送信時に意味のある輝度信号と色信号に分離できるようになります。

参照

注記

^ 注意: dBaはdBrn調整とも呼ばれ、dB(A)の同義語ではありません。 ^[A]

参考文献

^ 「セクション III: 第 5 章 - 騒音」。OSHA 技術マニュアル (OTM)。労働安全衛生局。2020年 11 月 25 日閲覧。 {{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)
^ ab 「音を理解する - 自然の音」。www.nps.gov。米国国立公園局。 2020年11月25日閲覧。
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^ Woodford, Chris (2009-01-28). 「デシベル騒音計の仕組み」Explain that Stuff . 2020-11-25閲覧。
^ 連邦規格 1037、電気通信用語集、dBa の項目: https://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/dir-010/_1471.htm
^ d' Escrivan, Julio (2012). 音楽テクノロジー. ケンブリッジ大学出版局. p. 16. ISBN 978-1-107-00080-3。

外部リンク

騒音測定の説明
A、C、U、AU 重み付け値の計算機
オーディオ測定用A重み付けフィルタ回路
AES プロオーディオリファレンスの「重み付けフィルタ」の定義
デシベルとは何ですか?
DIN EN 61672-1 2003-10 (DIN-IEC 651) に準拠した重み付けフィルタ計算: 周波数 f から dBA および dBC

[NB_dBa-7] 注意: dBaはdBrn調整とも呼ばれ、dB(A)の同義語ではありません。 ^[A]

[OSHA-1] 「セクション III: 第 5 章 - 騒音」。OSHA 技術マニュアル (OTM)。労働安全衛生局。2020年 11 月 25 日閲覧。 {{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)

[:2-2] 「音を理解する - 自然の音」。www.nps.gov。米国国立公園局。 2020年11月25日閲覧。

[:3-3] 「音響測定のためのA、B、C輪郭フィルタ」。hyperphysics.phy -astr.gsu.edu 。 2020年10月12日閲覧。

[:0-4] 「2. 音はどのように測定されるのか？」ec.europa.eu . 2020年11月26日閲覧。

[Explain_2009-5] Woodford, Chris (2009-01-28). 「デシベル騒音計の仕組み」Explain that Stuff . 2020-11-25閲覧。

[FS1037-6] 連邦規格 1037、電気通信用語集、dBa の項目: https://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/dir-010/_1471.htm

[8] ' Escrivan, Julio (2012). 音楽テクノロジー. ケンブリッジ大学出版局. p. 16. ISBN 978-1-107-00080-3。