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Ansysブログ

July 13, 2023

心理音響学: リスニング体験の理解

私たちは皆、サウンドを同じように体験するわけではありません。私たちの体、環境、認知的文脈はすべて、私たちの周りのサウンドの意味をどのように解釈するかに影響を与えます。それは私たちが認識しているサウンドですか? サウンドは驚くべきものですか、それとも予想されるものですか? 他の感覚が教えてくれていることと一致しているのでしょうか? 私たちが聞くものは、私たちが聞くと思うものによって非常に影響を受けるので、人間の聴覚に関する会話には、サウンド知覚、つまり心理音響学の研究を含める必要があります。

心理音響学とは

心理音響学は、人間がサウンドをどのように知覚するかを研究する学問です。コミュニケーションの発展を助けるために1800年代後半に始まった比較的若い分野です。心理音響学では、サウンドの生理学（私たちの体がサウンドを受け取る方法）とサウンドの心理、または私たちの脳がサウンドをどのように解釈するかを組み合わせます。これらの科学はサウンドが人々にどのように影響するのか、そしてその理由を理解するのに役立ちます。

聴覚生理学

外耳の形状から蝸牛のコイル、頭蓋骨の共鳴特性まで、音波が私たちの体を通って脳に入る方法に影響を与える多くの物理的特性があります。年齢を重ねても周波数の違いを処理する能力は変化します。つまり私たちが聞くサウンドは人生を通じてわずかに異なることがあります。 

Ear anatomy

人間の耳の解剖学的構造

一般的に、人間は、可聴音域のごく一部しか聞くことができません。人間の聴覚範囲には、約20Hz～20kHzの周波数範囲が含まれます。これは、音声認識や音楽鑑賞に最適ですが、火山噴火などの非常に高周波または低周波のサウンドにはあまり適していません。

私たちの中で最もよく作られた耳でさえ、不可聴音（20Hz未満のノイズ）や超音波（20kHz以上のノイズ）を聞くことはできません。ゾウ、コウモリ、イルカのような一部の動物は、より広い範囲の可聴周波数を聞くことができますが、私たちの世界の叫びの多くは、生理学的に許容される聴覚しきい値を超えているため、人間には聞こえません。

サウンドの知覚に影響を与える可能性のある生理学的要因には、次のようなものがあります。

  • 耳の形状とサイズ
  • 骨密度
  • 体重

聴覚の心理学

身体的な違いは私たちが聞くものに影響を与えますが、私たちの脳によって、それを聞く方法が決まります。私たちの耳は精密な機械ではないので、サウンドの主観性を補うために認知能力を使用しています。私たちの脳には、サウンドが何を意味するのかを理解するという重要な役割があります。そのためには、直接的な文脈と個人的な経験の両方を考慮して、ソースと意図を解読する必要があります。

EMモデリング

他の動物と同じように聴覚を一次警告システムとして使います。走るべきか笑うべきか? これは実際のサウンドとは関係がなく、脳がそれをどのように解釈するかに関係があります。たとえば、忙しいレストランにいて、グラスの割れる音が聞こえた場合、給仕人が飲み物を落としたと考えます。怖くはありません。しかし、同じサウンドで睡眠から目覚めた場合、私たちの脳は闘争／逃走モードになります。サウンドの文脈は、心理音響学で考慮される多くの要因の1つです。

赤インクで印刷された「緑」という言葉を読んでみると 、視覚的な不一致によって、心に一瞬の休止があるかもしれません。この文脈バイアスは、サウンドを通じて私たちの脳を騙すこともできます。私たちの心は常にサウンドを識別するために働き、視覚的および環境的な手がかりに依存して聴覚情報を効率的に処理するのに役立ちます。私たち自身の頭の中では、サウンドの知覚は、必ずしも正確ではないとしても現実です。

聴覚的錯覚

これらの例は、私たちが聞くものに対する脳の解釈に文脈がどのように影響を与え、感情的な反応を刺激することもできるかを示しています。

良いサウンドか悪いサウンドか

人間がサウンドをどのように知覚するかの重要な主観性は、サウンドが良いか悪いかです。サウンドが迷惑か楽しいかを判断するのに、私たち自身の個人的な経験や好みに加えてさまざまな側面が役立ちます。これらの心理音響指標を組み合わせることでサウンドに見解を割り当てることができます。

心理音響指標

  • ピッチ
  • ラウドネス
  • 鋭敏さ
  • 調性
  • 期間
  • 不快さ

サウンドを「良い」ものにするかどうかは、脳がこれらの指標をどのように解釈するかによって異なります。たとえば、G#は常に同じ音符ですが、フルートで演奏されたサウンドを聞くのは、煙探知機から発せられるサウンドを聞くのとは大きく異なります。フルートから受信した心理音響指標は、サイレンからの同じ音符が脅迫的として知覚されている一方で、脳によってなだめるように解釈されます。

EMモデリング

音響心理学の応用

私たちの世界の多くはサウンドを通じて経験されています。心理音響学が多くの業界で使用されている重要なツールであることは驚くことではありません。

  • 音楽と映画の制作
  • 自動車性能
  • 建物と環境設計
  • 通信デバイス
  • コミュニティアラートシステム

各分野のエンジニアは、サウンドが設計の経験にどのような影響を与えるかを理解するために、心理音響学に頼っています。自動車技術者は心理音響学を使用してスポーツカーで加速するスリルを高めますが、土木技術者はそれを使用して、高速道路のノイズ音が近くの公園での訪問者の楽しみにどのように影響するかを理解します。

心理音響学はどのように計算されるか

人間の脳は測定するのが非常に難しいのです。脳の物理的、化学的変化を客観的に観察することはできますが、知覚のモデリングはそれほど明確ではありません。サウンド知覚の研究は、リスナーにサウンドのピッチや音色などのさまざまな側面を評価するように求められる心理音響実験に依存しています。これらの結果を数値化するため、解析への統計的アプローチは、サウンド知覚の正確なモデリングを提案することを目的としています。

Ansys Soundのようなエンジニアリングソフトウェアは、数学的および計算的技法を使用して、人間の脳内でのサウンドの処理をシミュレーションします。知覚のニュアンスをすべて説明することはできませんが、これらのモデルは、さまざまな条件下でサウンドがどのように体験されるかを予測し、聴覚マスキングなどの要因を特定するのに役立ちます。これにより、エンジニアは設計を最適化するための貴重な洞察を得ることができます。

音像定位

私たちの脳が環境内のサウンドの起源の位置をどのように識別するかを音像定位と呼びます。それは後ろにありますか、それとも前にありますか? 高いですか、低いですか? たとえば映画では、音像定位は恐竜がどの方向から攻撃しようとしているかを教えてくれます。また、道で近づいてくる自転車を検出したり、緊急車両のためにいつ停車するかを知るのにも役立ちます。

心理音響学は音像定位にとって重要であり、私たちが受け取る音響的な手がかりがどのように解釈されるべきかについての洞察を提供します。自転車は道に十分なスペースがありますか、それとも片側に寄る必要がありますか? 緊急車両は近づいていますか、離れていますか? これらの位置に関する質問に答えるために、私たちの脳は、時間と強度を含む両方の耳から収集した情報を処理し、比較します。

音像定位を体験するには、ヘッドホンを装着して、QSound Lab社のバーチャル理髪店にお座りください。

サウンドに意味を与える

心理音響学の研究により、人間は聞くことを理解できます。私たちの聴覚システムと認知能力の強力な組み合わせによって、周りのサウンドを受け取るだけでなく、それらに意味を割り当てることができ、私たちが安全であり、コミュニケーションをとり、終わりのない世界のコンサートを楽しむことができます。

サウンドが製品設計上の考慮事項において果たす重要な役割については、ウェビナー「Ansysによるシミュレーションに耳を傾ける」をご覧ください。