実際に鼓膜に来ている音圧は高音ですごいですか

質問

ようやく自分の顔から人頭マイクを作って周波数特性を測りました。
耳介部（耳道入り口部）では極端でないのに鼓膜部のマイクでは耳道の長さの気柱共鳴で2kHz以上が大きな山になりました。
マイクの作り方がおかしいか？、脳が凸凹を無視するのか？、と思うのです。
マイクは無指向性エレクトレットコンデンサーであり、単純な製作ミスとは思えませんので、
ご意見が欲しいし、他に周波数特性図記事を見かけたら紹介願います。
（なお録音したものはイヤホンで聴くと前方定位に感じます）

回答No.3

HAL2（@HALTWO） · ベストアンサー

(1) 耳道気柱共鳴、(2) 耳道表面素材の吸音及び耳道形状に因る反射、(3) 鼓膜から蝸牛神経に至る径路での特性、更に(4) 蝸牛神経が振動を神経の電気信号にどう変換するか、そして (5) 脳がその信号をどう処理するか、は人によってかなりの違いが生じるもので、最終的には誰でも (5) が経験則からその違いを異常とは呼べない範囲に補正しています。

人が赤い色を「赤」と認識する時、その認識は脳が行っているのですが、人によっては視神経が「緑」を多量に検出しているかも知れません。

人の視神経は輝度と彩度を別々の Sensor で検知し、彩度も R (Red) G (Green) B (Blue) の三原色領域に Sensor の検知域が集中していて、脳は輝度値と RGB 値から色を判断しています。

RGB 個々の Sensor が同じ感度特性であると仮定すると RGB Sensor の数から人の眼がどれほど実際の色からはずれた色を感知しているかの予測ができるのですが、赤を「橙」と言うと「変な奴！赤だろっ？」と言われますので、幼い頃から「これが『赤』だ」と脳の修正 Program が出来上がり、人は殆ど違いのない「色」を共通の色と認識するようになります。

聴力も同じです。

擬音や錯聴音などは多くの人が騙されるものですが、訓練によって「あっ、これって、あの錯聴音みたいだ」と感じ取ることができるように、脳がどんどん補正 Program を進化させて行きます。

何十年も音 (Audio) に興味を持って、そんな訓練を重ねてきた Mania はそうでない人では聞き取れない音を聞き取ってしまうのですが、それは外耳道から蝸牛神経までの耳の構造が優れているのでは決してなく、脳の補正 Program が他の人とは大分異なるものになっているだけのものなのです。

因みに人の耳が音波振動を神経伝達電気信号に変換する部分は Corti 器と呼ばれる螺旋状の有毛細胞器官となっており、帯電させた振動膜と Coil とで電気信号を作り出す Microphone の構造とは全く異なるものになっています。

Microphone だって振動及び電気変換系のみならず指向性を決定する Case の遮音特性がちょっと変化しただけでも大きく特性が変わってしまうのですから、外耳道から蝸牛神経までの物理的性能は人に依って様々な特性になっているのも当然であり、この構造を Simulate した人頭 Microphone が変な周波数特性になって驚くというのも当然でしょう。

耳鼻咽喉科の紹介本に拠れば、(1) の気柱共鳴は「3～4kHz で 10dB 以上の Boost」が起きているとされています。

御質問者さんの人頭 Microphone が 2kHz で 20dB 前後の Boost を生じたのも人頭型という構造から当然予測できるものですが、3～4kHz ではなく 2kHz に Peak があることや Boost 値が 20dB 前後と大きくなっているのは設計上の問題か加工精度の問題及び使用した Microphone の問題もあるのかも知れませんね。

Tone Controller で周波数特性を Flat にしても余り意味はありません。……風呂場の周波数特性計測値から Microphone 特性を Flat に補正しておけば、風呂桶に隠れて歌うことで最高の音色になる……んなわけないですものね(^_^;)。

良い音になるか否かはその度聴き直して「耳で」判断するしかなく、耳が「良い音」と判断した音響特性は必ずしも Flat な周波数特性となるわけでもなければ均一な残響特性や歪特性になるわけでもありません。

また、その人が「良い音」と感じる音が他の人にも同じように聴こえるわけでもないのは Speaker System の試聴でも御存知の通りです。

Speaker 工作をする Mania の間では当たり前のことなのですが、Speaker Unit を入れる Enclosure が、同じ容積及び共鳴管のものでも、縦横高の比が違ったり、角の処理をしているか否か、Baffle 面の処理をどうするか、或いは Unit を取り付ける穴の壁部分を Baffle と直角にしたままにするか内側に向かって広げた円錐状に抉るかといった違いで大きく変わるものです。……Horn Tweeter の Driver と Throat 及び Horn の位置関係や形状及び材質が音にどう影響するのかに例える方が解り易いかも(^_^;)……。

人頭 Microphone も Microphone の Diaphragm (Pick Up 振動膜部分) が気柱に対してどのように Set されているのか、気柱径と Diaphragm 径の違いはどうか、気柱の音道形状はどうか、気柱の材質はどうか……こうした事が共鳴や歪のみならず周波数特性にも大きく影響を及ぼします。

＞マイクの作り方がおかしいか？、脳が凸凹を無視するのか？、と思うのです。

両方でしょう。

私は実験したことがないのですが、ものの本に拠れば 「3～4kHz で 10dB ほどの Peak」だそうですので「2kHz で 20dB」といった測定値との違いは Driver (Diaphragm) と Throat (気柱) 部の関係や気柱及び人頭そのものの設計の違いだろうと思います。

また「3～4kHz で 10dB ほどの Peak」は誰でも「これが Flat な特性だよ」という学習結果に基づいて「脳の補正 Program」が処理しています。……素人は学習経験が少ないので当てにならないものでしょうが、音響 Maker の試聴技術者は物凄い量の学習経験を重ねていますので雑音や歪分布にまで絶対音感を持っていたりしますよ(^_^;)。……昔、PHILIPS と PIONEER の技術者さんの話を見聞きした事があるのですが、詳しい内容は殆ど忘れてしまったものの「超絶音感だよなぁ(^_^;)」と感心した想い出があります。

私の聴覚は既に音圧認識能力に於いては 10kHz 以上が脳の補正 Program 限界を超えていて感度が激減してしまうのですが、音楽聴収時の倍音再構成能力に於いては未だに 10kHz 以上まで補正が働いているようで、単音試聴では聴き取れない筈の音を感じ取っていますし、逆に 10kHz 以上を Boost することによって 100Hz 以下の音が Clear に聴こえるといった干渉合成音からの低域再構成 Program も有効範囲内にあるようです。……さすがにハイレゾの超高域が可聴帯域の音を Clear にする Program を脳は醸成していませんので Super Tweeter を追加しても虫が湧くだけだろうと思ってはいるのですが(汗)。

p.s.
耳や Corti 器の構造などは Wikipedia にも紹介されていますよ。

素敵な Audio Life を(^_^)/

お礼

そうですね。気柱共鳴は4kHz位で起こるはずなので鼓膜と耳道入り口2.5ｃｍで作りましたがもっと短くしないといけないように思います。
又、脳はラウドネス曲線にある4kHzピークは無視しているように思います。
詳しい回答をありがとうございます。
今後の実験に生かしたいと思います。

補足

耳道入り口とマイク距離を3ｃｍから2.5ｃｍにしてみましたが、
2.2KHz位から2.5kHz位に上昇するだけであまり変化がありませんでした。
正確な耳道を作成したいと思います。
今は耳道で2kHz付近（イヤホンに関係）、耳道入り口（ヘッドホンに関係）では4kHz付近に山があるのでは？と想像しています。

回答No.6

tetsumyi

耳の複雑な形状で間接的に聞こえるのは自分の耳介と同じ形なので実現できてる
これが問題なのですが、高精度のダミーヘッドを使ったマイクでこの状態を録音して耳の穴に音を押し込んだからと言って前方から聞こえるわけではありません。

耳が音を聞く場合、単に耳の穴に音が入ることが全てではなく耳介の振動による骨伝導や耳の溝による聞こえる時間差を調整して聞く時、耳は前方距離感を認識しているようです。
確かに耳は特定の左右の位置の違い、距離の違いを聞き分け雑音の中でも会話ができますし、特定の楽器に焦点を合わせて初めて生演奏の音色と響きを再現できます。
前方定位ヘッドホンは、前方からの音と同じ物理特性を持った音を聞くことはできるようにすることで、前方定位を可能にすると同時に生々しい生演奏の音の場を再現することに成功しました。
ヤフオクのヘッドホン分野で、前方定位ヘッドフォンを検索すると出てきます。

お礼

紹介ありがとうございます。
ヤフオク:http://page7.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/g147374528
ここに1点4800円でありました。
説明を見ると、耳から4cmほど離した位置にイヤホンを付けた構造と思います。
耳介部を囲っているので耳介が方向を感じて前方定位するのではないでしょうか？

ニヤスピーカーと仮称して、耳前方5cmほどにスピーカーユニット振動板に鉛板を付けて重くしてＦｓを下げたものを裸のまま振動板型としたもので聴くと前方定位します。
同様な効果になっているのでは？と想像します。
ニヤスピーカー：http://www1.bbiq.jp/sirasaka/near-speaker.html

？社の電気的に時間差のものでは効果が少ないと言う記事を見かけました。

回答ありがとうございました。

回答No.5

chiha2525_

前方定位ヘッドフォンが、どんどんまがい物になっていく過程を見ているようです・・

お礼

私はヘッドホンよりもイヤホンで聴くほうが定位が良い結果になりました。
鼓膜部での録音ですから当たり前かも知れません。
ヘッドホンでは振動板部を5cmほど離すと前方定位になります。
自作ヘッドスピーカーで良い音が出ていますので又紹介する予定です。

回答ありがとうございます。

回答No.4

tetsumyi

２ｋから３ｋにピークが出る、この測定結果は耳の特性と考えて良いと思います。
測定時にスピーカはどこに置きましたか？
耳の横に置いてスピーカを横に置いて測定すると、前方からの音の周波数特性と大きく変わります。
実際にヘッドホンで聞くと高音域がシャリシャリになりますが、これこそが通常のヘッドホンでまともな生の音が再生できない原因となっています。

実際には耳は前方からの音に対して２ｋHz程度から上は耳の穴にまともに入るのではなく、耳の複雑な形状で間接的に聞こえるようになっています。
このことが前方定位と深く関係して言います。
また、ダミーヘッドを使ったバイノーラル録音でも正面近くは前方に定位すると言うより上から聞こえると言った方がいいでしょう。
正しく前方から聞こえる前方定位ヘッドホンは、通常の２本のマイクを使った録音で録音時の距離感まで再現可能です。
このヘッドホンは特許製品としてすでに完成し、ヤフオクで手作り製品として販売しています。

お礼

測定時に円筒形スピーカは30ｃｍ前です。置き方は今後検討します。
実際にヘッドホンで聞くと高音域がシャリシャリになるのは分かります。
耳の複雑な形状で間接的に聞こえるのは自分の耳介と同じ形なので実現できていますが、課題ですが耳道が作れていなくてビニールチューブで代用しているのが前方定位と深く関係していると思っています。
正面近くは前方に定位すると言うよりも額上数cmで聞こえます。

通常の２本のマイクを使った録音で録音時の距離感まで再現可能です。
このヘッドホンは特許製品としてすでに完成し、ヤフオクで手作り製品として販売している・・・・・ページを紹介お願います。

回答No.2

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

『耳道の長さの気柱共鳴で2kHz以上が大きな山になりました。』
はい、正解ですね♪

耳穴の形や中の毛など、個人差が大きく、そもそも産まれてから自分の耳穴を通った音を聴いているので、脳内補正が意識せず働いている。それをマイクという個別補正が無い状態で記録したので、変化が明確に出て来た。という事でしょう。

前方定位に感じられた、というのは、なかなかオモシロイ結果ですねぇ。その状態で周波数特性的によりフラットに近付く工夫が加われば、かなり良い物に仕上がると想像します。
おそらく、電気回路的に等価（イコライズ）しても、トータル的にはオモシロイ結果には成らんのでは無いか？と想像しますが、いかがでしょうか？

無指向性マイクユニットでも、周りにナニカを付ける事で特性が変わってしまいます。
耳穴部分やその奥側等をスポンジや布系の物、吸音材に成りそうな物で工夫してみてはどうでしょうか？

数百円、時には百円以下で入手出来るECMユニット、安価な物は特性のバラツキは有りますが、決して「悪いもの」では有りません。多少選別すれば、実用上で立派な素tレレオペアマイクとして利用も出来ます。

耳穴に相当する部分の音響的な素材の工夫とか、固定方法や後方の音響特性にも配慮すれば、イコライジングで特性はフラット化出来てもナニカが失われる、という部分を有る程度回避出来る使い方が見つかるかもしれません。

がんばって下さい♪

お礼

Audacityで通常の音楽をイコライズして試しましたが、
前方定位はあまり変化は感じないのですが、高音がしゃりしゃりして明確なはっきりすっきりした音になります。
何とかイコライズで実現したいと思います。

マイクはエレクトレットコンデンサーの50円のジャンク品ですが、10kHz超高音域以上は低下するけど測定用マイクECM8000と同様です。

頑張ります、回答ありがとうございます。

回答No.1

kimamaoyaji

ダミーヘッド（HATS)はどんな素材ですか、人間の皮膚に近いシリコンや吸音効果がある発泡材でないと、反射係数がかなり変わります、又、耳の中の形状でもレゾナンスの効果（共鳴効果）で共鳴点が出るためピークが出てしまいます。
市販のダミーヘッドSAMREC「Type2500S」とかと比較してみないとなんともいえません。
http://www.s-acoust.jp/
またマイクも計測用なのか、音響用に使うのかでもかなり変わります。
無指向性エレクトレットコンデンサーマイクと言っても、司会などに使われるレベルのもの数千円から録音に使われる数十万、測定器用の数十万のマイクまで有り。
安物マイクはそんなに優れた特性では無いですし、音も良いわけでは無いです。
特性もフラットなのは音響計測用のモノくらいです。

お礼

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/10/post-300c.htmlに録音した音を掲載しましたので聴いて欲しいのです。

市販のダミーヘッドSAMREC「Type2500S」はプロ用が100万円位するらしいので数十万円位ですか？

私は1万円位で作りました、
頭部は石膏ですので、特性が若干違うかもですが、次に作る場合には耳介と同じに耳たぶ硬さの柔らかいシリコーン樹脂で作ろうと思っています。
市販品が安いならもっと聴覚の研究が進むはずなので、皆さんも自作したりして欲しいと思っています。

昔Ｍ社で少し小さい人頭形マイクが市販されていた記事を見つけましたが、
効果が無かったそうなのは同じ大きさの頭部でなかったためと思います。

無指向性エレクトレットコンデンサーマイクはジャンク品50円ですが、測定用と比較すると音質も良くて10kHz以下は殆んど同じでした。
構造的に安物も高級品も殆んど変わらないと実感しています。

なお前方定位と言っても頭の中で鳴っている頭内定位と比較して、額の数cm前で鳴っているように感じるので、頭外定位と言う方が良いかもですし、後ろからの音は頭内定位に感じます。
皆さんはどうなんでしょうか？

回答ありがとうございます。