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レガシーヘッドセットのベンチマーク方法

はじめにと概要

ヘッドセットの性能が他よりも優れている理由は何でしょうか?そもそも、伝説的なゲーミングサウンドとは何でしょうか?プロゲーマーを念頭に置いて開発されたと言われており、新しいヘッドセットには、特に一人称視点のシューティングゲームにおいて、ゲーム体験を向上させる、これまでにない優れた改良が加えられていると言われています。

このカテゴリーの製品を比較する際には、どのような基準を用いるべきでしょうか?また、どの流行語を無視すべきでしょうか?私たち自身のレビューを公開する前に、私たちが用いる方法論を理解するための科学的な背景を説明したいと思います。

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本日のストーリーでは、ヘッドセットとその性能についてより深く分析します。音、人間の聴覚、そして位置音響の理論的な基礎を解説します。また、私たちが何をどのように測定しているかについても理解を深めていただけるでしょう。そして最後に、いわゆるゲーミングサウンドを掘り下げていくと、驚くべき結果が得られます。

私たちは何を考えていますか?

ヘッドフォンが最高の音響とニュートラルなサウンド表現、そして可能な限り広いサウンドステージを提供しているかどうかを評価するには、武器、環境ノイズ、車両/航空機の音、さまざまな種類の声の音声再生の品質など、ゲームで聞こえる効果を調べる必要があります。

私たちが分析するゲームサウンドは、『バトルフィールド 4』『ファークライ 4』『フォールアウト 3』『クライシス』といったタイトルのものです。これらは、オーディオ再生の品質を評価するために必要な「ゲーミングサウンドスケープ」を表しています。興味深いことに、多くのノイズは16kHz付近でカットされています。また、ゲームによっては、音をより大きく聞こえるようにするために、何らかのクリッピング(圧縮)が使用されている場合もあります。

ゲームで実際にどの周波数帯域が使われているのか、そして特定のサウンドがどのように再現されるのかは、後ほど詳しく見ていきます。しかし、まずは少し理論的な説明が必要です。レビューするヘッドセットを、なぜ批判的なのかを説明せずに、批判的に評価するわけにはいきません。そうすれば、私たちの熱狂的な取り組みの背後にある仕組みを理解していただけるはずです。

音と波について

音波は私たちの研究の中心です。音源と受容器である人間の耳の間で何が起こるのかを研究しています。当然のことながら、テスト対象物を用いて音を作り出し、それを自分の耳で聞きたいと考えています。しかし、音源と受容器の間(そして音が物理的に認識された後、伝送中、そして脳が生成されたデータを解釈する間)には、様々なことが起こります。

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物理学の授業で既に学んだ方もいるかもしれませんが、音は純粋に機械的な振動現象であり、媒質に応じて特定の伝播速度(空気中では約330~340 m/s)を持ちます。音速は湿度や温度などの要因にも影響を受けますが、気圧の影響は受けません。ここでは説明を簡潔にするため、これらの要因は無視します。

私たちの議論にもっと関連しているのは、音が波のように空間を伝わるという事実です。音の高さに応じて、対応する音波は特定の波長を持ちます。これは簡単に計算できます。音速を周波数で割れば良いのです。例えば、1キロヘルツ(1000振動/秒)のテスト信号を伝播速度(音速)330m/秒で測定した場合、330メートルを1000で割ると波長は33cm(0.33メートル)になります。100Hzでは波長は3.30メートル、30Hzではほぼ10メートルになります。

耳の聞こえ方:鼓膜

音は耳に到達し、外耳道を通って鼓膜へと伝わります。ここでは単純に、1キロヘルツという周波数を例として考えてみましょう。この正弦波は、特定の種類の圧力波が鼓膜に当たった結果です。音は鼓膜の片側からしか当たらないため、鼓膜にかかる圧力は、上の図に示されているそれぞれの周波数に従って周期的に変化します。

私たちが「聞いている」のは、音圧と一定の周囲気圧との差です。鼓膜の両側で同じ圧力であるはずの気圧は、互いに打ち消し合います。この差はわずか数百万分の1バールほどですが、海面における通常の天候の平均気圧は1000ミリバールです。これは、私たちの聴覚がいかに敏感であるかを示すものでもあります。

残念ながら、耳が聞き取れる周波数範囲は限られています。平均的には16Hzから16kHz程度の範囲を聞き取ることができます。ただし、年齢によっては、特に高音域ではこの範囲が狭くなる場合があります。

耳の生理学

オーケストラの演奏が聞こえるコンサートホールに座っているところを想像してみてください。そこでは、最大100フォン(主観的に知覚される音量)の最も大きなパートが聞こえます。同時に、コンサートの録音が行われ、最前列で聴いた音と正確に一致するようにミックスされます。

感銘を受け、CDでこの録音を購入しました。しかし、再生してみると、自宅の四方の壁の中で聴こえてくる音も、ヘッドフォンを通して伝わってくる音も、コンサートで体験したものとは全く違っていてがっかりします。その原因は、私たちの耳にあります。耳は、周波数と実際の音量に応じて、主観的な音量の知覚に大きく影響します。人間の耳は、理想的な変換器どころか、線形変換器でさえありません。

周波数依存の知覚音量は、1933年初頭にハーヴェイ・フレッチャーとウィルデン・A・マンソンによって分析され、彼らは初めてその結果を包括的な曲線へと変換しました。特に低周波数帯域では、音量レベルが低下するにつれて知覚音量が劇的に低下することが明確に示されています。一部の高周波音も、人間の聴覚のこの自然な特性の影響を受けます。そのため、今日では様々なアンプやアクティブスピーカーが「聴力補正」設定や「生理学的」音量補正(ラウドネス機能)を提供していますが、こうした機能には常に健全なレベルの懐疑心を持って取り組むべきです。

音響スペクトル全体にわたって高く評価されている「直線性」は、非常に高い音響レベルなしには実現できません。なぜなら、私たち自身の耳は常にその連鎖の中で最も弱い部分だからです。

もう一つの要因は、音源までの距離と角度に応じて、様々な周波数の減衰の度合いが異なることです。最短かつ最も直接的な経路で耳に届く信号は「直接音」と呼ばれます。しかし、音は波のように(光と同様に)伝播し、音源は一方向にのみ音を発するわけではないため、いわゆる反射が発生します。音は耳介に当たり、ビリヤード台のボールのように(弱められた状態で)反射して戻ってきます。

密閉型および半開放型のシステムでは、トランスデューサーと耳の間の空間が実際にはオーディオセンサー室であるため、異なる材質や形状によって音が著しく変化したり歪んだりする仕組みと理由が説明されます。

音響イベントと聴覚イベント

特定の音源が同じサウンドイベント(たとえば、無限ループで再生される音楽)を生成したとしても、すべての人間は結果として生じるサウンドを主観的にまったく異なる方法で認識します。

このいわゆる音響イベントとは対照的に、主観的な聴覚イベントは空間的および時間的特性によって個別に定義されます。音響イベント(刺激)と聴覚イベント(感覚)の関係は複雑であり、一方を他方と全く同じように扱うのは誤りです。

複雑すぎますか?実際の音響イベント(測定値)と主観的に知覚される聴覚イベント(主観的印象)を比較することで、これらの意味を詳しく見てみましょう。

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サウンドイベント聴覚イベント
音圧レベル音量(ホン)
頻度メロディー(メル)
音響スペクトル
音源の位置音源の位置と聴覚イベントの方向

音圧レベル、周波数、そして様々な周波数の混合による複雑な音響イベントの音響スペクトルについては既に学びました。残るは音源の位置と、これら4つの異なる特性が組み合わさった際に最終的にどのような影響を与えるかです。

周波数範囲と主観的な聴覚印象

デバイスがどの周波数を再現できるか、またその再現の良し悪しを分析することで、周波数スペクトル全体にわたってデバイスの全体的なパフォーマンスを高い確度で評価することが可能になります。

independentrecording.net のインタラクティブな表現をご覧いただくと、より分かりやすくなるかもしれません。ここでは、個々の周波数帯域の概要、その帯域で見つかる重要な音の例、そしてそれらの潜在的な音源について分かりやすく解説されています。静止したプレビュー画像またはテキストリンクをクリックするだけでご覧いただけます。

この図は、最低のベース音から最高音まで、すべての周波数範囲が適切に使用されていることを示しています。

一方、次の表は、ヘッドセットとヘッドフォンを主観的に評価するために使用する最も重要な周波数範囲の概要を示しています。

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カテゴリ周波数範囲説明
最低音16~32 Hzサブベースオクターブのこの領域に到達できる楽器はごくわずかですが、クラシック音楽には不可欠な要素と言えるでしょう。私たちがテストしたスピーカーの中で、この音域を完全に再現できるのはおろか、ある程度まで再現できるものはほんの一握りです。
低音32~64 Hzベースオクターブ(32.7~65.4Hz)には、多くの興味深い楽器に加え、映画で使用されるクリーンミックスされたドルビーサウンドスケープの効果音トラック(いわゆるトラック0)や一部のゲームエフェクトも含まれています。極端に低くチューニングされたベースギター、地震、爆発音、あるいはダンス好きの人のための大きなバスドラム(キックドラム)などが含まれることもあります。低音がないと、すべてが少し平坦に聞こえてしまいます。
ベースとアッパーベース64~150 Hz150Hzまでの低音域(第4オクターブ(65.4~130.8Hz)を含む)は、男性の声の基本周波数を包含し、男性ボーカルのリアルな再現に大きな影響を与えます。この帯域は、まさに私たちが求めているものであり、同時に、個々の音源(合唱)の定位を含め、様々な声のハーモナイゼーションも実現します。
中低域150~400 Hzいわゆる基音域は、高音域の低音域と並んで、多くの楽器の音の温かさや豊かさを主観的に知覚する上で重要な役割を果たします。女性の声の基本周波数もこの領域に含まれています。そのため、私たちは個々の女性ボーカルと重なり合う声(合唱)の両方を評価し、空間再現性の質を評価します。
中上級400 Hz~2 kHz中高域には1kHzのポイントが含まれており、これは現在でも多くの測定の基準として使用されています。残念ながら、多くの安価なデバイスは、仕様を最適化し、潜在顧客に好印象を与えるために、これらの周波数帯域を念頭に置いて調整されています。しかし、この帯域は、特に広帯域ノイズに関しては、優れた空間分解能にも重要な役割を果たします。
低音域2kHz~3.5kHz人間の耳は2kHzから3.5kHzの間で最も敏感です。特にこの範囲の低域は、人間の声の倍音を良好に再現する役割を果たします。これらの周波数は、声や楽器の認識にも非常に重要です。したがって、この文脈では、この範囲はそれぞれの音色、つまり音色と関連しています。
中高音3.5 kHz~6 kHz歯擦音(歯擦音、例えば「s」の音やヒス音など)は、この周波数帯域に含まれるため、音声再生全体の成否はこの帯域によって決まります。この帯域の再現性は、多くの弦楽器や管楽器の明瞭さを左右します。この帯域が過剰に再現されると、金属的な響きや擦れたような印象になりやすいです。
上部トレブル6kHz~10kHzこの音域は、多くの楽器や空気音、そして様々な打楽器の倍音を広帯域で適切に表現するために重要です。この音域でよく観察される例として、よく引用されるジャズ・ブラシがあります。ギターは表現の悪さによる影響は比較的少ないかもしれませんが、バイオリンは極端な場合、フルートと同程度に劣化してしまう可能性があります。
超高周波10kHz~20kHzこの範囲に含まれる楽器はごくわずかです。しかし、聴力の良い人にとっては、最終的に再生の良し悪しを分ける決定的な要因となります。これより高い周波数が聞こえると主張する人は、迷信に踏み込んでいます。金メッキのスピーカーケーブルに大金を費やすのは、まさにそういう人たちです。結局のところ、8kHz以上の周波数を実際に聞き取れるかどうかは、リスナーの年齢に大きく左右されるのです。


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Igor Walllossek氏は、Tom's Hardware誌で、技術分析と詳細なレビューに重点を置いた幅広いハードウェア記事を執筆しています。GPU、CPU、ワークステーション、PCの組み立てなど、PCコンポーネントの幅広い分野を網羅しています。彼の洞察力に富んだ記事は、絶えず変化するテクノロジー業界において、読者が情報に基づいた意思決定を行うための詳細な知識を提供しています。