最小可聴値
最小可聴値（さいしょうかちょうち、Absolute Threshold of Hearing、ATH）は、静かな環境で人が音を認識できる最小の音圧レベルのことです。これは、聴覚がどれほど微弱な音を感知できるかを示す重要な指標となります。人間の聴覚は周波数によって感度が異なり、その特性は周波数ごとの最小可聴値の測定結果から得られる曲線で表されます。
国際規格であるISO 389-7:2005では、自由音場および拡散音場での最小可聴値が定義されています。また、等ラウドネス曲線を規定するISO 226:2003にも最小可聴値が登場しますが、等ラウドネス曲線の測定の難しさから、最小可聴値の規格は独立しています。
人が知覚できる音の閾値には、刺激の変化を区別できる最小値である「弁別閾」と、刺激の存在を認識できる最小値である「絶対閾」があります。最小可聴値は、聴覚におけるこの絶対閾を指します。
人間の可聴範囲は一般的に20Hzから20,000Hz（20kHz）とされていますが、外耳、中耳、内耳の蝸牛などの周波数特性により、聞こえ方は一様ではありません。最小可聴値は年齢や性別によって異なり、一般的に1kHz〜5kHzの範囲で最も感度が良く、それより低音や高音になるにつれて、より大きな音圧レベルが必要になります。
通常、最小可聴値は20µPa（マイクロパスカル）を基準としたデシベル（dB SPL）で表現されます。基準音圧は、正常な聴覚を持つ若者が1kHzで感知できる最小の音圧にほぼ相当し、これは水素分子のサイズと同程度の非常に小さな音の振幅です。最も感度の良い4kHz付近では、最小可聴値は-5dB程度に達します。一方で、低周波数の音は感度が悪く、20Hzでは70dBを超えるレベルが必要になります。音圧レベルを上げれば20Hz以下の音も知覚できますが、純音としての感覚は失われます。また、15kHz以上の高周波音は、加齢とともに急激に感度が低下する傾向があります。
最小可聴値は、等ラウドネス曲線の一部としても表現され、この場合は等ラウドネス曲線における最低レベルの曲線として表されます。最小可聴値の曲線は、以下の近似式で表現できます。
ATH(f) = 3.64 (f/1000)^-0.8 - 6.5 e^(-0.6 (f/1000 - 3.3)^2) + 10^-3 (f/1000)^4 (dB SPL)
ここで、fは周波数を表します。最小可聴値の測定結果は、測定条件（単耳聴/両耳聴、自由音場/ヘッドホン使用、持続音/断続音など）によって変動するため、測定条件を明記する必要があります。
最小可聴値は、音楽のデジタル信号を効率的に圧縮する知覚符号化技術に不可欠な要素です。MP3やAACなどのコーデックでは、最小可聴値以下の周波数成分を符号化対象から除外したり、感度が低い周波数帯域の量子化ビット数を減らしたりすることで、データ量を削減します。また、量子化雑音を最小可聴値以下に抑えることで、音質を損なわずに圧縮できます。
医療分野では、等ラウドネス曲線と共に難聴の診断や聴力検査の基礎データとして利用されます。
聴力検査などでは、最小可聴値を基準としたdB SPLではなく、正常な聴力からのずれを示す聴力レベル（dB HL）が用いられます。これは、各周波数において正常な聴力を持つ人が感知できる音圧を0 dB HLとし、音圧をデシベルで表したものです。聴力レベルのグラフ（オージオグラム）では、0 dB HLが上部に位置し、数値が大きくなるほど聴力が低下していることを示します。測定は、125Hzまたは250Hzから8000Hzまでの複数の周波数で行われ、25dB HLを超える聴力レベルは難聴と見なされます。
聴力測定は、気導受話器（イヤホン）を用いて行われる気導聴力と、額にあてた発振器を用いる骨導聴力があります。オージオグラム上では、右耳の気導聴力は「○」、左耳は「×」で表され、骨導聴力はそれぞれ「<」や「[」、「>」や「]」で示されます。
世界保健機関（WHO）は、平均聴力レベルによる聴覚障害の等級を定めています。日本では、身体障害者福祉法で両耳の平均聴力レベルが70dB以上、または片耳が90dB以上で、もう片耳が50dB以上の場合に身体障害者と認定されます。
人間の聴力は、特別な聴覚障害がない場合でも加齢とともに低下し、特に高音域でその影響が顕著です。加齢に伴う聴力の低下は、加齢性聴力損失や老人性[[難聴]]と呼ばれます。1kHz以下の周波数では加齢による変化は少ないものの、それ以上の周波数では年齢とともに低下し、高音になるほどその影響は大きくなります。男性は女性よりも聴力低下が大きく、特に6kHz付近では60歳男性の平均補正値は38dB程度、同年齢の女性では22dB程度になります。
高齢になるほど、女性や子供の高い声や、子音の聞き取りが難しくなる傾向があります。一方で、母音は比較的聞き取りやすいとされています。
最小可聴値の測定には、MAF（最小可聴音場）とMAP（最小可聴音圧）の2つの方法があります。MAFは、無響室でスピーカーから音を出して測定し、後で頭の位置にマイクを置いて音圧を測定します。一方、MAPはヘッドフォンを用いて測定し、同時に鼓膜付近の音圧を直接測定します。MAFで測定する音圧レベルの方が一般的にMAPよりも低くなり、その差は約6dB〜10dB程度で、「missing 6dB」と呼ばれます。この差は、ヘッドフォンによるマスキング効果、外耳道の共振特性、ヘッドフォンによる音響インピーダンスの変化などが原因です。
等ラウドネス曲線などで示される一般的な最小可聴値は、多くの被験者の平均値であり、実際には個人ごとに周波数特性が異なり、波打ったような特性を示すことが多いです。これは、内耳の蝸牛の能動的な働きによるもので、耳音響放射（OAE）という現象と関連があると考えられています。
最小可聴値の測定には、心理物理学的測定法が用いられます。古典的な手法としては、極限法、恒常法、調整法があります。また、より新しい手法として、強制選択法や適応法が用いられます。適応法には、ベーケーシトラッキング、上下法、PESTなどの様々な手法があります。
最小可聴値の測定の歴史は古く、初期の研究ではパイプオルガンを使って音の聞こえる距離から計算が行われました。電子回路を用いた正確な測定機器と無響室が実現した1920年代以降に、より正確な数値が得られるようになりました。特に、フレッチャーとウェーゲルによる1922年の研究や、シビアンとホワイトによる1933年の測定が重要です。その後も、ロビンソンとダッドソンによる1956年の研究や、ISO226:2003の改訂のために行われた大規模な国際共同研究など、多くの研究が行われています。
これらの研究を通じて、最小可聴値は聴覚の理解だけでなく、音響技術や医療分野の発展に大きく貢献してきました。
最小可聴値の定義と規格
国際規格であるISO 389-7:2005では、自由音場および拡散音場での最小可聴値が定義されています。また、等ラウドネス曲線を規定するISO 226:2003にも最小可聴値が登場しますが、等ラウドネス曲線の測定の難しさから、最小可聴値の規格は独立しています。
聴覚の閾値
人が知覚できる音の閾値には、刺激の変化を区別できる最小値である「弁別閾」と、刺激の存在を認識できる最小値である「絶対閾」があります。最小可聴値は、聴覚におけるこの絶対閾を指します。
人間の可聴範囲は一般的に20Hzから20,000Hz（20kHz）とされていますが、外耳、中耳、内耳の蝸牛などの周波数特性により、聞こえ方は一様ではありません。最小可聴値は年齢や性別によって異なり、一般的に1kHz〜5kHzの範囲で最も感度が良く、それより低音や高音になるにつれて、より大きな音圧レベルが必要になります。
通常、最小可聴値は20µPa（マイクロパスカル）を基準としたデシベル（dB SPL）で表現されます。基準音圧は、正常な聴覚を持つ若者が1kHzで感知できる最小の音圧にほぼ相当し、これは水素分子のサイズと同程度の非常に小さな音の振幅です。最も感度の良い4kHz付近では、最小可聴値は-5dB程度に達します。一方で、低周波数の音は感度が悪く、20Hzでは70dBを超えるレベルが必要になります。音圧レベルを上げれば20Hz以下の音も知覚できますが、純音としての感覚は失われます。また、15kHz以上の高周波音は、加齢とともに急激に感度が低下する傾向があります。
最小可聴値は、等ラウドネス曲線の一部としても表現され、この場合は等ラウドネス曲線における最低レベルの曲線として表されます。最小可聴値の曲線は、以下の近似式で表現できます。
ATH(f) = 3.64 (f/1000)^-0.8 - 6.5 e^(-0.6 (f/1000 - 3.3)^2) + 10^-3 (f/1000)^4 (dB SPL)
ここで、fは周波数を表します。最小可聴値の測定結果は、測定条件（単耳聴/両耳聴、自由音場/ヘッドホン使用、持続音/断続音など）によって変動するため、測定条件を明記する必要があります。
最小可聴値の応用
最小可聴値は、音楽のデジタル信号を効率的に圧縮する知覚符号化技術に不可欠な要素です。MP3やAACなどのコーデックでは、最小可聴値以下の周波数成分を符号化対象から除外したり、感度が低い周波数帯域の量子化ビット数を減らしたりすることで、データ量を削減します。また、量子化雑音を最小可聴値以下に抑えることで、音質を損なわずに圧縮できます。
医療分野では、等ラウドネス曲線と共に難聴の診断や聴力検査の基礎データとして利用されます。
聴力レベル
聴力検査などでは、最小可聴値を基準としたdB SPLではなく、正常な聴力からのずれを示す聴力レベル（dB HL）が用いられます。これは、各周波数において正常な聴力を持つ人が感知できる音圧を0 dB HLとし、音圧をデシベルで表したものです。聴力レベルのグラフ（オージオグラム）では、0 dB HLが上部に位置し、数値が大きくなるほど聴力が低下していることを示します。測定は、125Hzまたは250Hzから8000Hzまでの複数の周波数で行われ、25dB HLを超える聴力レベルは難聴と見なされます。
聴力測定は、気導受話器（イヤホン）を用いて行われる気導聴力と、額にあてた発振器を用いる骨導聴力があります。オージオグラム上では、右耳の気導聴力は「○」、左耳は「×」で表され、骨導聴力はそれぞれ「<」や「[」、「>」や「]」で示されます。
世界保健機関（WHO）は、平均聴力レベルによる聴覚障害の等級を定めています。日本では、身体障害者福祉法で両耳の平均聴力レベルが70dB以上、または片耳が90dB以上で、もう片耳が50dB以上の場合に身体障害者と認定されます。
年齢による聴力の変化
人間の聴力は、特別な聴覚障害がない場合でも加齢とともに低下し、特に高音域でその影響が顕著です。加齢に伴う聴力の低下は、加齢性聴力損失や老人性[[難聴]]と呼ばれます。1kHz以下の周波数では加齢による変化は少ないものの、それ以上の周波数では年齢とともに低下し、高音になるほどその影響は大きくなります。男性は女性よりも聴力低下が大きく、特に6kHz付近では60歳男性の平均補正値は38dB程度、同年齢の女性では22dB程度になります。
高齢になるほど、女性や子供の高い声や、子音の聞き取りが難しくなる傾向があります。一方で、母音は比較的聞き取りやすいとされています。
MAFとMAP
最小可聴値の測定には、MAF（最小可聴音場）とMAP（最小可聴音圧）の2つの方法があります。MAFは、無響室でスピーカーから音を出して測定し、後で頭の位置にマイクを置いて音圧を測定します。一方、MAPはヘッドフォンを用いて測定し、同時に鼓膜付近の音圧を直接測定します。MAFで測定する音圧レベルの方が一般的にMAPよりも低くなり、その差は約6dB〜10dB程度で、「missing 6dB」と呼ばれます。この差は、ヘッドフォンによるマスキング効果、外耳道の共振特性、ヘッドフォンによる音響インピーダンスの変化などが原因です。
個人による違い
等ラウドネス曲線などで示される一般的な最小可聴値は、多くの被験者の平均値であり、実際には個人ごとに周波数特性が異なり、波打ったような特性を示すことが多いです。これは、内耳の蝸牛の能動的な働きによるもので、耳音響放射（OAE）という現象と関連があると考えられています。
心理物理学的測定法
最小可聴値の測定には、心理物理学的測定法が用いられます。古典的な手法としては、極限法、恒常法、調整法があります。また、より新しい手法として、強制選択法や適応法が用いられます。適応法には、ベーケーシトラッキング、上下法、PESTなどの様々な手法があります。
最小可聴値の歴史
最小可聴値の測定の歴史は古く、初期の研究ではパイプオルガンを使って音の聞こえる距離から計算が行われました。電子回路を用いた正確な測定機器と無響室が実現した1920年代以降に、より正確な数値が得られるようになりました。特に、フレッチャーとウェーゲルによる1922年の研究や、シビアンとホワイトによる1933年の測定が重要です。その後も、ロビンソンとダッドソンによる1956年の研究や、ISO226:2003の改訂のために行われた大規模な国際共同研究など、多くの研究が行われています。
これらの研究を通じて、最小可聴値は聴覚の理解だけでなく、音響技術や医療分野の発展に大きく貢献してきました。
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