#009 人間の音高とシェパードトーン

■1■「音高」とは人間の聴覚が感受する音の高低を示す心理量である。音高は音波が持つ物理量である基本周波数と深い関係を有し、基本的に周波数が高いほど音は高く聞こえる。しかし実際には基本周波数以外の様々な要素が関与している。例えば音高は音の大きさや音域そして音色に影響されるといわれる。

■2■オーケストラで使われる最低の振動数は30〜40Hzであり、逆に最高の振動数は10000〜15000Hzである。男性の話し言葉は120〜8000Hzの音域であり、女性のそれは200〜10000Hzだ。人間の耳の感度が一番高いのは3500Hzあたりの領域である。基本的にこれより高い音は音高が上がり、低い音は音高が下がる。

■3■この人間の音高の知覚は、受ける刺激の強さの対数に比例する(
1)ことが分かっている。可聴域の下限に近い音は高め、上限に近い音は低めに聴こえる。また一般に大きい音ほど高めに聴こえ、低音域では音の振幅が大きくなるほど音高は低く知覚される。また、倍音の多いまたは強い音ほど高めに聴こえる。

■4■また私たち人間は音高と同時に循環性(オクターヴ感覚)も感じる。これはトーンクロマと呼ばれ、可聴周波数(20〜20000Hz)の内の30〜4000Hzの範囲でのみ成立する(2)。この1オクターブの上下の音に対して元の音に戻る感覚は、絶対音感を有する被験者を用いた実験からも、その存在が実証されている。

■5■1967年に認知心理学者ロジャー・シェパード氏が創出した音響的な幻覚マジックに「無限音階」(シェパードトーン)というものがある。実際はいつまでも同じところの循環を繰り返しているのに、エッシャーの絵のように音階が止めどなく上昇し続けるように聞こえるという不思議な感覚を味わえるものだ。

■6■シェパードトーンとは、オクターブ間隔で離れた複数の正弦波の合成音のことだ。それぞれのサイン波の音量は山の形のように中央を大きく、すそに行くほど小さく設定され、それぞれの音階はフェードインとフェードアウトを繰り返している。さらに最低音と最高音は聴こえないほど小さい音量である。多重構造性や対称性を視覚的に捉えることができる。

■7■異なる音名の2つのシェパードトーンを連続して鳴らすと、最初の音と2番目の音の間では音高が上昇もしくは下降して聴こえるのが分かる。しかし半音6個分(1/2オクターブ=3全音)だと、音高の上昇と下降は個人個人で違って聞こえてしまう。この錯覚現象を「三全音のパラドックス」と言う。

■8■同ピッチクラスを時計の文字盤状に並べるだけでも、右回りが高くなると感じる人と左回りが生命的と捉える人とでも異なるだろう。これらの差異は個人差だけでなく個人の使用言語に強く依存し、育った国や地域によって結果に差が出るという。母国語が同じでも出身地域により正反対の結果が生じる。

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(1)ヴェーバー‐フェヒナーの法則
(
2)約7オクターブでほぼピアノの音域に重なる。

rewitten on 20240215 Thursday