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RECDについて

RECD(Real-Ear-to-Coupler Difference)について調べたことのメモ。
シリコンチューブで測定した周波数特性を見る上では非常に重要です。

※2012/12/23 記事を新しく書き換えました。以前の記事はこちらに残してあります。


■イヤホン測定とカプラ

イヤホンの特性を測定するには人工耳(ear simulator、イヤーシミュレータ)が必要です。

※人工耳、疑似耳とは

イヤホンを校正するための装置。音圧を測定するための校正されたマイクロホンと,
ある周波数帯域内において全音響インピーダンスを正常な人間の耳に類似させた
音響カプラとからなる。

日本聴覚医学会用語集
http://audiology-japan.jp/audi/?page_id=631より

Pic_RECD_1.png 

Brüel & Kjær  Impedance of Real and Artificial Ears
http://www.bksv.com/doc/bn0221.pdfより


イヤーシミュレータを使えばイヤホン使用時に
鼓膜位置(DRP: ear-drum reference point)に生じる音圧を測定することができます。
http://www.aco-japan.co.jp/products/sound/type2128/type2128.html
http://www.bksv.jp/Products/transducers/ear-simulators/ear-mouth-simulators/4157.aspx
http://www.gras.dk/00012/00058/00166/00173/

(関連する規格や勧告はIEC60318-4, IEC60711, ANSI S3.25, ITU-T P.57など)


ただ、人工耳は数十万円はするようで、趣味で買うにはなかなか勇気がいるものです。
そこで、趣味のDIY測定ではこれをシリコンチューブなどで代用する場合があります。
私が測定に用いているのもシリコンチューブカプラ(銅箔テープ巻)です。
Pic_New_Coupler.png
このように単純なカプラを使用して測定する場合、問題になるのが、
実耳や人工耳との音響インピーダンス特性の違いにより
RECD(Real-Ear-to-Coupler Difference)が生じてしまうことです。




■RECD(Real-Ear-to-Coupler Difference)とは

Pic_RECD_2.png 

"CORFIG and GIFROC: Real Ear to Coupler and Back."
Killion, Mead C. and Lawrence J. Revit.
http://www.etymotic.com/publications/erl-0091-1993.pdfより


この図に示されているように、
BA型イヤホンなど高音響インピーダンス発音体の特性を
2ccカプラやシリコンチューブカプラなど単純な筒状のカプラを使って測定すると
実耳や人工耳の場合と比べて700Hz以上の音圧が相対的に小さくなってしまいます(※)。
この差をRECD(Real-Ear-to-Coupler Difference)といいます。

よって、シリコンチューブカプラを使って測定する場合、
RECDを補正しなければ実耳と同じ特性は得られません。
相対比較するだけならRECDを補正する必要はないのでは?と思うかもしれませんが、
RECDの大きさはイヤホンの音響インピーダンスによって変わり、
例えばD型とBA型では全く異なってくるので、
適切に補正ができなければ相対比較もできなくなります。

※正確に言うと、内容積が外耳道と同じカプラ+マイクでは(特に低域において)
 実耳に比べて入力インピーダンスが高くなるため、実耳より音圧が大きくなる。




■RECD補正 - BA型イヤホンの場合

BA型レシーバは音響インピーダンスが高いため、
BA型イヤホンの測定をシリコンチューブで行うとRECDが発生します。

補正する上で気になるのが、機種ごとにRECDの大きさが異なるのではないか?
ということですが、これについてはknowles社に資料があり、


Pic_RECD_3.png
Pic_RECD_5.png 

"Earphone pressure in ears and couplers"
 R. M. Sachs and M. D. Burkhard, June, 1972
http://www.knowles.com/search/pdf/TR7.pdfより


幸い、BA型ではRECDの機種差は考えなくても良く、どれも同じように補正できそうです。
BA型レシーバの中で比較的音響インピーダンスが低いものであっても、
耳の入力音響インピーダンスに比べればずっと高いためだと考えられます。

厳密にいうと,人工耳特性から2ccカプラ特性を予測することが可能であり,逆もまた同様である.ただし,カプラや人工耳につながっているレシーバや導音管が,人工耳よりもはるかに高い音響インピーダンスをもつ場合だけである.幸いにも補聴器のレシーバは,人工耳よりも20~30dB高い出力インピーダンスをもっている(Olafson,私信).

 Harvey Dillon, Hearing Aids (2001)  
(補聴器ハンドブック(2004), 中川雅文訳, 医歯薬出版, p75)  より

私信(private communication)の部分を引用するのもどうかと思いましたが、
著者が専門家でまず間違いのない情報であろうこと、重要なポイントであることから引用させてもらいました。

ただしこれは挿入深度が同じ場合にのみ言えることであり、イヤホン測定における基本的な約束事としてReference Planeまで挿入して測定することになっているため、このようなことが言えるのです。ただし実際のイヤホンは必ずしもReference Plane相当の深さまで挿入できるとは限らず、挿入深度が異なればカプラの入力音響インピーダンスも異なってくるため、RECDを正確に補正するには挿入深度も考慮した補正が必要になります。





■RECD補正 – ダイナミック型(D型)イヤホンの場合

D型イヤホンは一般にBA型ほど音響インピーダンスが高くはなく、
BA型よりもRECDは小さくなります。
ここで、音響インピーダンスが D型 << 測定系 であれば、
RECDは全く発生せず補正は不要ということになりますが、
実際にはD型でも音響インピーダンスが無視できない程高い機種もあるようです。

例えばUE200ではウチ(シリコンチューブカプラ)とGoldenEars(GRAS RA0045)で
1kHz以上の盛り上がりが大きく異なり、いくらかのRECD補正が必要だと考えられます。
Pic_RECD_4.png
赤,橙が私のデータ(シリコンチューブで測定)、点線が生データ、実線が後掲の曲線で補正したデータ
水色,緑はGoldenEarsのデータ http://ko.goldenears.net/board/2186972より


BA型の場合、前述したように音響インピーダンスは 測定系 << BA型 なので、
RECDはどのイヤホンでも同じ大きさになり補正は容易でしたが、
D型のRECDは機種毎にどの程度の大きさになるか分からず
BA型のように一律に補正するのは不可能です。





■まとめ

・実耳とカプラでの測定結果の違いをRECDという。
 シリコンチューブなどを使って測定する場合、
 実耳特性を得るにはRECDを適切に補正する必要がある。

・BA型をシリコンチューブで測定するとRECDが生じ、700Hz以上の音圧が低く出る。
 BA型のRECDは機種によらずほぼ同じ大きさで、比較的容易に補正可能。

・D型をシリコンチューブで測定した場合のRECDは
 BA型の場合よりは小さく、0よりは大きくなる。
 D型ではRECDの大きさは機種毎に変わってしまうため、
 BA型のように単一の補正曲線で補正することはできない。
 つまり、D型で実耳特性を得るにはイヤーシミュレータを使うしかない。

・D型をシリコンチューブで測定した場合のRECDの大きさについては、
 機種毎にシリコンチューブカプラと人工耳の両方を使って測定し、
 データを比較すれば明らかになるが、
 そのようなデータは今のところ見たことがない。残念。
 人工耳を持っている人は最初からそちらで測定すればよいのだから、
 シリコンチューブ測定やRECDについて気にする必要はないので、やらなくて当然かもしれないが。

 内容積を変えた複数のシリコンチューブカプラで測定し計算すれば
 高価な人工耳を使わずともD型の実耳特性を得ることは可能なはず。でも面倒くさすぎる。
 




■このブログのデータについて

・私のデータは全てシリコンチューブカプラで測定したものです。

・BA型イヤホンの周波数特性は測定した結果そのままの生データと、
 独自のRECD補正用曲線で補正したRECD補正後データの両方を掲載しています。
 RECD7.png
 RECD6.png

・D型イヤホンの周波数特性は生データをそのまま掲載しています。
 RECDの大きさが分からず補正が不可能だからです。




■参考リンク

日本音響学会 Q&A 136
ヘッドホン再生音の音圧はどのように測定するのでしょうか?

http://www.asj.gr.jp/qanda/answer/136.html

Electroacoustic Measurements of Headphones
http://www.cjs-labs.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/HeadphoneMeasurements.pdf

Impredance of Real and Artificial Ears
http://www.bksv.com/doc/bn0221.pdf

Simulation of Couplers
http://www.aes.org/technical/documentDownloads.cfm?docID=177

Variables affecting the real ear to coupler difference
http://www.fileden.com/files/2009/4/10/2399038/MSc_thesis[1].pdf

模擬耳の概要
http://rinchoi.blogspot.jp/2010/05/blog-post.html (google翻訳版)

JEITA RC-8140A ヘッドホン及びイヤホン (Headphones and Earphones)
http://www.jeita.or.jp/japanese/standard/book/RC-8140A/

| 測定について | 22:09 | comments:6 | trackbacks:0 | TOP↑

COMMENT

丁寧で分かり易い解説をありがとうございます。

少々確認をお願いしたいのですが、
1、RECDが機種毎にまちまちなD型イヤホンをカプラーで測定した周波数特性グラフは、BA型に比べ信頼性が劣り、安易に比較できない

2、RECD補正を行わない生データを比較する場合、音響インピーダンスが高い機種ほどグラフ上では相対的に低域寄り(実際にはもっと高域寄り)に見え、音響インピーダンスが低い機種ほどグラフ上では相対的に高域寄り(実際にはもっと低域寄り)に見える

という理解でよろしいでしょうか?

| yemo | 2014/05/30 19:15 | URL |

すみませんが、もうひとつ質問です。

機種毎の正確なRECD(音響インピーダンス)の特定が難しいD型でも、ある程度RECDの大きさを大雑把に予測出来るような設計上の特徴はないのでしょうか?

例えば、筐体の密閉度やステム形状がBAのそれに近いものほどRECDが大きい、とか(完全に当てずっぽうですが)。

これが分かれば、予想したRECDを適宜脳内補正することで、異なる機種の周波数特性グラフを比較する際に、実際の音色との差異を説明しやすくなりそうなのですが・・・

| yemo | 2014/05/30 20:22 | URL |

yemoさん
コメントありがとうございます。


1つめのご質問について。
カプラというのは連結器のことであり、ここではイヤホンとマイクを繋ぐものを指します。つまりIEC準拠の人工耳にしろただのチューブにしろどちらもカプラと言えます。細かいと思われるかもしれませんが、きちんと書いておかないと混乱のもとになりますので。ただ、今回yemoさんは「カプラー」=「シリコンチューブカプラ」という意味でコメントされているとみえますので、そう読み替えてお答えします。

BA型イヤホンではシリコンチューブカプラでの測定結果があれば人工耳特性も得られるのに対し、D型イヤホンの人工耳特性はシリコンチューブカプラでの測定結果だけからは得られないということです。

シリコンチューブカプラで測った周波数特性グラフは、それはそれで意味のあるものであり、信頼性が劣るという言い方は正しくないかと。読み手がシリコンチューブカプラでの特性と人工耳特性、実耳特性の関係を理解しつつ、読み取れる情報を有効活用すれば良いというだけのことです。それができないとすればグラフではなく読み手が悪いのです。


2つめについて、「(シリコンチューブカプラ測定での)生データ」と「実際(ここでは=実耳特性とする)」の関係は、定性的には仰る通りです。


3つめについては残念ながら私には分かりません。
ただ、そもそも大雑把な予想を元に説明しても意味があるとは私には思えません。もちろん自分一人でやる分には何をしても自由だと思いますが、他人に説明するには根拠と定量的見積もりがないと話にならないでしょう。記事中にも小文字で書いていますが、シリコンチューブカプラでも内容積を変えて測定すれば音響インピーダンスは見積もれますから、どうしても知りたければ実測するのが良いのでは。また、ここ数年はInnerFidelityやGolden Earsなど人工耳での測定結果を載せているサイトのデータ量も充実してきていますから、そちらのグラフを見るのも良いかと思います。

| adc | 2014/06/08 10:11 | URL |

素早くご丁寧なを返信ありがとうございます。

概ねの理解は間違っていないようで安心しました。今まで人様や自分が測ったグラフ形状が、どうにも実耳での印象と違って困惑することがしばしばあったのですが、この記事でRECDの存在を知ってからは大分合点がいくようになりました。

>そもそも大雑把な予想を元に説明しても意味があるとは私には思えません。もちろん自分一人でやる分には何をしても自由だと思いますが、他人に説明するには根拠と定量的見積もりがないと話にならないでしょう。

確かに、メーカーや本職の研究者が仕事で説明する分には全く仰る通りですが、私のごとき素人が趣味のDIYレベルで測定、分析する分には、多少の適当さやいい加減さは許されたいと願います。もちろん、趣味であっても、adcさんのように思考の体力を存分にお持ちの方が、妥協せずとことん厳密さを追及されるのは大変立派なことには違いありませんが、そのことがかえって分析の敷居を高めてしまい、科学的思考への入門が多くの人に敬遠されてしまうことを懸念します。

| yemo | 2014/06/08 17:21 | URL |

私の記事やコメントが疑問解決の一助になったとすれば嬉しいことです。


>分析の敷居を高めてしまい、科学的思考への入門が多くの人に敬遠されてしまうことを懸念します。

今回の話題からは少し逸れた返答かもしれませんが……
以前の私は測定を試みる人を無条件に応援したいと考えており、それで測定のススメなんてカテゴリまで作ってしまいました。

しかしWeb上で見つかる日本のアマチュア測定データの多くが「エセ測定データ」であることを残念に思っています。測定条件を明らかにするという、測定データを示す際に守るべき最低ラインすら守っていないものです。


>多少の適当さやいい加減さは許されたいと願います

私も同感です。私のブログも妥協だらけで厳密さはそこまで重視していません。趣味の測定では、精度や確度が低くなったり適切な測定条件設定ができなかったりしても構わない。私はそう考えています。そのことでデータの価値が減ることはあっても、マイナスになることはないでしょう。例えばD型をシリコンチューブカプラで測定するのは、実耳特性を知るための方法としては不適切ですが、それはそれで有用なデータは得られます。

しかし、測定条件すら分からない「エセ測定データ」からは何も読み取りようがありません。このことを理解している人が見る分にはまだ良いでしょう。被害は検索の妨げになることぐらいです。ですが「測定」の意味が分からない人が見ると「エセ測定データ」であることに気付かず信じ込むかもしれません。「エセ」に影響された人が下手にやる気を出してしまうと「エセ」が増殖していく可能性もあります。「エセ測定データ」は害悪でしかありません。


測定条件を明らかにするという最低ラインの意味を理解している人には、私はどんどん測定することを勧めたい。しかしこの最低ラインすら満たさない「エセ測定データ」が増えるのは望ましくない。これが今の私の考えです。

| adc | 2014/06/10 19:10 | URL |

なるほど、確かに仕事に比べ多少の適当さが許される趣味の測定であっても、その結果をインターネット経由で不特定多数の読み手に公開する以上、最低限のソース(測定条件)を示すべきだというのは、情報リテラシーの観点からしてもっともなことです。さもなければ、仰る通り怪文書化した情報が、初心者さんを困惑させてしまうからです。要は、適当さと厳密さのバランスをとるということでしょうか。

話はそれますが、巷のオーディオ評論界隈の言論の胡散臭さは、表現のプロトコルに規範がなく、あまりに奔放すぎてカオス化してしまったことが原因なような気がしてきました。もちろん、あらゆる条件を厳密に定義して、全ての結果を定量的に語ることは理想に過ぎないのでしょうが、最低限、出来る限りそのように志向することは、建設的な議論をする上で必要なのでしょうね、と自戒を込めて思いました。

| yemo | 2014/06/12 14:30 | URL |















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