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2004.10.26

笛のパワースペクトル分析

 たぬ笛も調律はそれなりにピッチを思ったように合わせられるようになり気になっているのが吹き心地と音色です。
音色はあこがれのリシ笛に比べてどうしても硬い。リシ笛の方がやわらかく聞こえるのです。

 そこで音色を科学的に分析してみようとスペクトル分析を行ってみました。少し勉強と調査をしたところ音響測定用のWindows用業務ソフトに吉正電子のDSSF3、RAシリーズがあることが分かりました。その内の最も廉価版がRALで2800円なのですがこれでも音色の測定には十分以上に使えました。

2004/11/19更新・RAL、RADのリンク追加
■吉正電子株式会社のホームページ
 ○RAL/2,940円(税込) -スペクトル分析が可能
 ○RAD/9,240円(税込) -RALに加え残響分析等も可能

 このRALというソフトは音響測定のための多機能ソフトで以下の3つの機能がありました。
1) 様々な音を発生させる「シグナルジェネレータ」
2) 音を波形で表示する「オシロスコープ」
3) 周波数ごとの音の強さ等を調べられる「FFTアナライザ」
 この内、音色の調査には「FFTアナライザ」を使いました。

 更にFFTアナライザには更に3つの機能がありました。
a) パワースペクトル:20Hz〜20000Hzの周波数ごとの音の強さ(音圧/dB)の分布を線グラフで表示する
b) 1/3オクターブ:20Hz〜20000Hzを24のバンドに分けそれぞれの音圧のを棒グラフで表示する
c) 3次元表示:パワースペクトルを時系列で3次元グラフに表示する
 この内パワースペクトル分析機能を利用しました。画面キャプチャーを示します。
spectrum.gif 縦軸が音圧(dB)、横軸が周波数(Hz)です。測定前に右上の[較正]ボタンで平常時に全周波数でだいたい横一直線になるように補正をしておきます。
 後は[開始]ボタンをおしてマイクに向かって笛を吹くだけなのですが、2点ほど設定を変更しました。
 1つが移動平均で、5秒間の平均を表示するようにしました。これによりピーク性がなくなりより正確になります。
 2つ目がフィルタ特性をA特性にしました。物理的な音圧と人が聞こえる音圧は違います。人は高い音の方をより敏感に感じます。この補正を行ったのがA〜C特性です。Aは音が小さい場合、Bは中間、Cは音が大きい場合に用いられ、騒音測定などではA特性が使われます。

 音響測定の分析は奥が深そうですが、今回注目したのが1/f ゆらぎパターンです。
 一時期エアコンなど家電に1/f ゆらぎ機能がついて聞いてはいましたが今ひとつ理解していませんでした。
 音を例にとると完全にランダムな音にテレビ放映後のザーッというホワイトノイズがあります。これは当然不快です。
 では反対に完全に規則正しい音だとやはり違和感があって心地よくはありません。
 完全に規則正しくもなく完全にランダムでもない適度なあいまいさを1/f ゆらぎとよび、大自然ではあらゆる場面で1/f ゆらぎがみられることから癒しの方程式とも言われたようです。例えば波打ち際の音が1/f ゆらぎだそうです。

 パワースペクトル分析でグラフ表示すると横水平線になるとホワイトノイズ(1/f0)、45度の角度だと1/f ゆらぎ、それより角度が急になるに従って規則性が表れ1/f2になるのだそうです。グラフに赤で線を入れてみました。

 さてこれでたぬ笛等手元にある笛を測定するとどうなるでしょうか。

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