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被験者の聴感度が水平面音像定位精度に及ぼす影響 *☆森川大輔，平原達也（富山県立大学 工学部）

はじめに

近年、音響再生技術の向上によって 3 次元音像呈示が比較的容易になり、3 次元音像の知覚特性について多くの研究がなされている。
これまでの研究から両耳間時間差、両耳間音圧差、両耳間スペクトル差、そしてそれらを含んだ頭部伝達関数（HRTF）が音像定位に大きく寄与していることが知られている[1]。また、音像定位の弁別限[1]や、周波数帯域によって定位しやすい方向が異なること[1,2]、ある周波数帯域だけの刺激音では音像定位が十分に出来ないこと[3]などが明らかになっている。
しかし、被験者の聴感度と音像定位精度の関係については調べられていない。そこで、本報告では被験者の聴感度を把握した上で高域/低域通過雑音を用いた実音源による水平面音像定位実験を行い、聴感度が水平面音像定位精度に及ぼす影響を明らかにする。

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被験者

被験者は 20 歳代 8 名、30 歳代 1 名、40 歳代 2 名、50 歳代 3 名の計 14 名(男性 9 名、女性 5 名)である。すべての被験者について 125
Hz〜18 kHz の 10 周波数で、左右の耳それぞれの聴感度特性を測定した[4]。なお、測定は暗騒音レベル 16.5 dBA の防音室内でヘッドフォン（HDA200, Sennheiser）[5]を用いて行った。Fig. 1 に被験者 14 名の聴感度特性の平均値と標準偏差を示す。同図から、聴感度は高域（4 kHz 以上）で個人差が大きく、低域での個人差は小さいことがわかる。

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水平面音像定位実験

白色雑音、白色雑音に遮断周波数(fc) = 2、4、8、12、16 kHz のハイパスフィルタを通した高域通過雑音（HPN）および fc =8、4、2、1、0.5 kHz のローパスフィルタを通した低域通過雑音（LPN）の計 11 種類の刺激音を水平面12 方向のスピーカー（Vifa, MG10SD-09-08）で再生し、音像定位実験を行った。スピーカ

Hearing threshold level [dBSPL]

18060402001Tone-frequency [kHz]10Fig. 1 被験者の聴感度特性の平均値

ーは高さ 1.1 m で、半径 1 ｍの水平面円周上に 30°間隔で配置し、被験者は中心に置いた椅子に座り実耳で受聴した。12 方向のスピーカーから 5 回ずつ計 60 回の刺激音をランダムに呈示する実験を 1 セッションとし、1 被験者は各種類の刺激音について 4 セッションの実験を行った。被験者には刺激音の呈示中は目を閉じ、正面を向いて頭部を静止させ、刺激音の呈示後に回答するよう指示した。
実験は壁と天井に吸音材を貼り附け、床にフロアカーペットを敷き詰めた実験室で行った。暗騒音レベルは 53 dBA であった。

4実験結果

Fig. 2 に被験者 14 名の各刺激音の定位正解率の平均と標準偏差を示す。赤線が HPN、青線が LPN の結果である。
HPN の定位正答率は、fc = 8 kHz 以下の場合に 85 %以上であり、fc = 12 kHz で 60 数 %に低下し、fc = 16 kHz では 30 %以下まで大きく低下した。また、高域の聴感度は被験者間で大きく異なっているにも関わらず、4 kHz以上の周波数成分があれば全ての被験者が十分に音像定位できることがわかる。LPN の定位正答率は、fc = 2 kHz 以下の場合に 85 %以上であり、fc が低くなるにつれて定位正答率は緩やかに低下した。

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Effect of subjects’ hearing threshold on horizontal sound localization performance,by MORIKAWA, Daisuke, HIRAHARA, Tatsuya (Toyama Prefectural University).

日本音響学会講演論文集- 575 -

2010年3月

聴感度と水平面音像定位精度の関係

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まとめ

被験者の聴感度を把握した上で、実音源を用いた水平面音像定位実験を行い、聴感度と水平面音像定位精度の比較を行った。その結果、HPN では 12 kHz 以上、LPN では 1 kHz
以下の成分だけでは水平面音像定位正答率は85％以下になった。また、高域の聴感度は個人差が大きいが、4 kHz 以上の周波数成分があれば全ての被験者で十分に音像定位が可能

日本音響学会講演論文集

60402000 0.5

LPNHPN
1248
Cut off frequency [kHz]12 16 24

Fig. 2 高域/低域通過雑音の平均定位正答率と標準偏差
10080

考察

HPN の場合、fc が高くなり帯域が狭くなるにつれて定位が難しくなった。これは両耳間時間差（ITD）の計算に必要な低周波成分が少なくなり、高域の HRTF スペクトルの左右差に起因する両耳間音圧差（ILD）も利用できなくなるからである。また、刺激音の感覚レベル（SL）が 20 dB 以下では音像定位が困難になる[6]。HPN16kHz の SL は 0〜30 dB であり、低 SL のために定位正答率が低下したとも考えられる。
LPN の場合も、fc が低くなり帯域が狭くなるにつれて定位が難しくなった。しかし、LPN500Hz の定位正答率は HPN16kHz の定位正解率に比べはるかに高かった。これは、低周波成分から算出される ITD と ILD を定位に利用できるからである。なお、LPN500Hz のSL は 25〜45 dB で低 SL 故の定位精度低下は無いと考えられる。

780
定位正答率 [%]

聴感度と水平面音像定位精度の関係を明らかにするために、測定した聴感度と水平面音像定位精度の比較を行った。Fig. 3 に 16 kHz、500 Hz の聴感度と HPN16kHz、LPN500Hz の音像定位正答率の関係を示す。16 kHz の聴感度（閾値）と HPN16kHz の音像定位正答率の相関係数は-0.93 で、無相関検定の結果は有意(p<0.001)であった。一方、500 Hz の聴感度とLPN500Hz の音像定位正答率の相関係数は-0.28 で、無相関検定の結果は有意ではなかった(p>0.05)。相関係数が負となっているのは、閾値と正答率の間の相関のためである。
各聴感度と各刺激音の組み合わせについて無相関検定を行ったところ、一般的傾向として、高域の聴感度と HPN の定位正答率の相関は高く、低域の聴感度と LPN の定位正答率の相関は無かった。

100定位正答率 [%]5r = -0.2860r = -0.93402000

LPN500Hz vs HTL500HzHPN16kHz vs HTL16kHz
204060Hearing threshold level [dBSPL]

80Fig. 3 聴感度（閾値）と水平面定位正答率の関係であった。また、高域の聴感度が低いと高周波数成分だけを含む刺激音での水平面音像定位正答率は低くなるが、低域の聴感度が低くても低周波成分だけを含む刺激音での水平面音像定位正答率は低くならなかった。
参考文献[1] ブラウエルト 他， 空間音響， 鹿島出版会，東京，pp.54-126，1986．
[2] 近藤 他， 再生周波数帯域が音像定位処理に及ぼす影響に関する一考察， 1996 信学総大，284，1996．
[3] 中林 克己， 水平面内における方向定位， 音響誌，30(3)，151-160，1974．
[4] 森川 他，水平面音像定位に必要な周波数帯域と聴感度特性の関係， 信学技報，
EA2009-70，83-88，2009．
[5] 平原達也， 聴覚実験に用いられるヘッドホンの物理特性， 音響誌，53(10)，798-806，
1997．
[6] Inoue Jinro， Effects of Stimulus Intensity
on Sound Localization in the Horizontal andUpper-hemispheric Median Plane， J UOEH，23(2) ，127-138，2001．

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