マイク出力が距離の2乗に反比例するのは近接効果分？

質問

(1)マイクは1/距離＾2で低下するというのは
指向性速度型マイクで発生する近接効果分を感知して
低音部が1/距離＾2で低下することでしょうか？
https://okwave.jp/qa/q9400358.html
指向性速度型マイクはスピーカーで測定してみると、
低音部で近接効果分の凸の影響が見えますが、
平均音圧は1/距離に比例して低下で良いと思うのです。

(2)指向性速度型で録ると、音にならない低音部の虚部の速度分を感じるので
人間が圧力で感じる本当の音ではないはずと考えています。
この考えはどうでしょうか？

回答No.6

John_Papa · ベストアンサー

やれやれ、やっとあなたから
1Pa=94dB
を導き出せました。
その路線でお願いします。

実験そのものは面白く拝見してます。
周知されないのは、理論がユニーク（孤立）だからです。
理論が孤立してしまわないように、得られた結果に、他に働いている条件が無いか探ってください。
そうすれば、他の人が追試しても同じ結果が得られたリ、賛同が得られていろいろなところで使える理論になるかもしれません。（容易ではありませんけど）

お礼

専門書の勉強や実験などしていても理論は完全に理解できていませんが、
音圧がフラットな音源で周波数特性を測定すると、
速度型指向性マイクでは音源近くで低音ほど1/ｆで大きい粒子速度成分を感じて振動板が大きく振幅するために低音ほど大きく成る近接効果が出来て、その低音部だけは距離の二乗で逆比例して低下するが、
中音～高音では全指向性圧力型マイクと同様に距離に逆比例して低下することを確認しています。
又、全指向性圧力型マイクでは近接効果がでないし、測定用に使われるように距離で周波数特性の変化が出なくて正確であることも確認しています。
このような解説の記事が見当たりませんので周知されていないはずです。
みなさんも是非検証して頂きたいし、誤りなら指摘願います。

回答No.5

John_Papa

ビデオの件ですが、私もBETA57Aのデータグラフが流用されていると思います。
このビデオの趣旨は学術的意味は無く『歌手がどのように近接効果を上手に利用をしているか』なので、グラフがないSM58の代わりにBETA57Aのグラフを差し込んでも問題にはならないでしょう。
SHUREの公式データは添付画像の通りです。どこがSM58と違ってどこがBETA57Aと似ているか見比べていただくと良いでしょう。
SM58ならビデオに使われた図よりふっくらした低域で近接効果はやや弱くマイルドになります。良くも悪くもSM58サウンドの特徴ですけどね。

『近接効果分は　{マイク出力は距離の2乗に反比例する}と言われることに該当しないと理解しました。』
その理解が口先だけでない事を願います。

『{マイク出力は距離の2乗に反比例する}理論が分からないので教えて頂けないでしょうか？ 』
こちらについては、ご辞退申し上げます。
私は、sirasak さんの保護者でも家庭教師でもありません。
互いに言葉の意味するところが違って（sirasak さんだけ特別に違うのですが）その意味するところを捜しだすだけで大変なエネルギーと時間を必要とするのです。
ご自身で学ぶしかないと思いますよ。
間違いはだれにでもあることなので、間違いに気が付いたり矛盾が生じた時に根本まで遡って調べ直す事も必要です。
数年前に指摘させていただいた基本問題「空気の圧力20μPa （マイクロパスカル）を基準点0dB（デシベル）であらわす。」ここまではOK。それなら「マイク感度を測定する1Paでは何dBになるか」の簡単な計算の答は修正済なんでしょうね。

以上で、一連の回答に終止符を打たせていただきます。

お礼

掲載して頂いたBETA57AとＳＭ58のデータグラフは微妙に違います。
左の30cm前位？の特性カーブも違っていますので流用されていないです。

近接効果分で{マイク出力は距離の2乗に反比例する}理論と証拠を提示しましたが、
周知されないので理論や実験などでさらに真実を追求したいと思います。

普通は｛マイク出力＝音圧｝を計るので｛音圧は距離に逆比例して低下する｝です。
｛音の力は距離の二乗で逆比例する｝で音の力を測定してから音圧を計算しますか？
｛音の力＝エネルギー｝と｛音の圧力＝音圧｝の単位は違うので錯誤しやすいです。

マイク感度を測定する1Pa(パスカル)は対数で音圧表示の場合には20*LOG(1/0.00002)=94dBになります。https://www.onosokki.co.jp/HP-WK/c_support/newreport/noise/souon_2.htm#mark5_2
音の強さでの計算は10*LOG(1＾2/0.00002^2)=94dBになっています。

いつか分かりませんが、私の錯誤、間違いなどあれば修正したいので是非ご指摘願います。
色々教えて頂いてありがとうございました。

回答No.4

John_Papa

『どこが間違いなのか具体的にご指摘願います。』
すでに具体的に指摘してますよ。
sirasak さんは、マイクの構造を理解していないから、無茶振りの理論構成ができてしまう。ということです。
単一指向性のマイクは、全指向性と双指向性（Velocity microphone ＝ 速度型マイク）の合成で作られるのです。
背面への量や経路で近接効果が違います。
その大元である、双指向性も全指向性も理解が不十分なので、単一指向性も理解できないのです。

それから、shureはSM58やSM57の近接効果のグラフを公開していませんから、SM58 で検索して出てくるグラフはBETA57AもしくはBETA58Aのものばかりでした。
http://blog.shure.com/how-to-read-a-microphone-frequency-response-chart/
そのBETA58Aのグラフも、『音圧レベルは、距離が倍になるごとに6 dB低下します』は適応済で、2FT時のグラフに重ね合わされ、近接効果分だけが判るようになってます。
つまり、近接効果は『距離が倍になるごとに6 dB低下します』に該当しない成分であると告知している訳です。

お礼

https://www.youtube.com/watch?v=hzfx55aTWBI&list=RD2jNcg9m9vkI&index=6
ＳＭ58の周波数特性図はここにありました。
BETA57Aに良く似て、低音部が距離の逆比例で低下しています。

近接効果分は　{マイク出力は距離の2乗に反比例する}と言われることに該当しないと理解しました。

{マイク出力は距離の2乗に反比例する}理論が分からないので教えて頂けないでしょうか？

回答No.3

John_Papa

No.2です。

あなたの理論では、どの単一指向性（カーディオイド）マイクでも、同じ割合の近接効果が有る事になりませんか？。
現実はSM58とBETA57Aでは近接効果が違います。
No.2でも述べましたが、単一指向性マイクは、無指向性と双指向性の合成で作られます。近接効果があるのは双指向性ですので、双指向性をどの割合で合成したかによって近接効果が違ってくるのです。
もっと多くのマイクを測定して、近接効果の違いを把握してください。
限られた条件でしか現れない現象は特例です。間違った理論を蔓延らせないでください。

お礼

ご指摘ありがとうございます。
どこが間違いなのか具体的にご指摘願います。

ＳＭ58とＢＥＴＡ57Ａとの周波数特性図を検索して見ると、2dB弱ほどしか違わずほぼ同じです。
***｛中高音も距離で低下しますが比較図のため実際は全体が図のように距離に逆比例して低下します。｝
程度の差は少しありますが、両指向性/単一指向性マイクなどの指向性があるマイクは速度型になるとのことです。
近接効果の音圧が距離の2乗に反比例しているのが図で分かります。

http://www.shureblog.jp/shure-notes/%E3%82%88%E3%81%8F%E3%81%82%E3%82%8B%E8%B3%AA%E5%95%8F%EF%BC%88faq%EF%BC%89%E3%80%80%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%AF%E7%B7%A8/
***｛記事最後に一般に、音圧レベルは、距離が倍になるごとに6 dB低下しますであって、音圧が距離に逆比例するのは事実です｝

https://www.toyo.co.jp/mecha/casestudy/detail/id=5475
遠距離では、音源からの距離が2倍になると音圧、粒子速度共にレベルが1/2になりますと在り、近距離では粒子速度が大きくなりますというのが近接効果分ではないでしょうか？
***｛音圧は距離に逆比例し、さらに近くでは粒子速度も逆比例して重なる説明と思うので、
この速度分が近接効果ではないでしょうか？と質問しています。

回答No.2

John_Papa

こんにちは。

私に対しての質問のようですね。

距離の２乗分の１で減衰するのは、地球表面でスピーカーから出る音圧ですね。
人は、ほとんど地上（床上）2m以下で生活してますから、大雑把に２π空間の現象を軸に考えれば良い事になります。ただし、条件の異なる局所的には個別に考える必要もあるでしょう。

距離と共にスピーカーの口径も影響を与えますので、スピーカーから1cmとか5cmなどのような至近距離で、安易に１/距離になるというのは、如何なものでしょうか？
また、距離が30cmとか1mになると、測定場所を反射ゼロの無響室にしないと実験の目的を達する事ができないと思います。
ただ、条件が開示されていないけれど、口径の判らないスピーカーや残響特性の判らない測定室で無指向性マイクECM8000では、図の通りの特性が得られた、とは言えます。

ま、屋内（有響室）では屋外より音源から距離による減衰が小さいのは一般的な知見だと思います。

一般的な単一指向性マイクは、無指向性（裏面が封鎖されているため前面のみで音圧を受ける）と速度型とも言われる双指向性（前面と裏面の圧力差が出力される）の合成で作られます。無指向性マイクと双指向性マイクの２つを組み合わせる（合成比率を変えることで可変指向性が作れる）場合もありますし、無指向性の裏面に小さな穴を開けて双指向性要素を持たせる場合もあり、こちらが主流です。

一般的な単一指向性マイクの振動板は1インチ前後ですが、それに対して音源の距離が近くなるとマイク前面と後面の圧力差が大きくなり、前面感度が急激に高まります。
それが近接効果と呼ばれる現象です。一番影響を受けるのが波長が長く回折効果で前後の打消しが大きかった低音です。

大口径スピーカーにであれば、音波は平面波のように伝播するため、強い近接効果は起こらないと思いますが、スピーカー口径の違いによる近接効果の比較など調べて公開されると喜ばれるのではないかと思います。
もちろん、近接効果の起こらない無指向性マイクでの場合と並記してくださいね。

マイクそれぞれに個性があり、それをどう使うかで音は変わる。結局製作者によって作られた音ですよ。
同じ被写体で同じカメラでもカメラマンによって撮れる写真が違うように。
伝えたいことは何か。それが確かに伝えられる音が本当の音だと言って良いのではないでしょうかね。

お礼

回答ありがとうございます。
距離の２乗分の１で減衰するのは、スピーカーから出る音圧ではなくてPAなどで経験する近接効果が出る低音部のはずですが間違ってますか？

距離が30cm位以上では野外で測定しないと残響等で正確に出来ませんが、
8ｃｍスピーカーから1cmとか5cmなど至近距離では残響など影響が小さいし、簡易測定しても図のように中音部はほぼ１/距離に近くなります。
距離が近いので、高音部はコーンの凹み部で指向性が変化するのと平面波に近くなって音圧低下が少なくなります。
距離が30cm以上になると無響室か野外でしないと残響などで正確にできないので困っています。
野外PAで低音部と中音部を測定して頂けないでしょうか。

一般的なSM58などの単一指向性マイクや、単一指向性エレクトレットコンデンサーマイクで無指向性の裏面に小穴を開けて指向性にしている構造は同じです。
小穴からの音で近くで逆相で打ち消しあう近接効果の周波数は波長が短い高音部であって、低音が大きい速度の低音部は低下が小さいので結果的に低音が大きくなるようです。

38ｃｍなど大口径スピーカーでは平面波のように伝播する割合が少し増えますが近接効果があるはずですので測定してもらえませんか？
近接効果の比較などが周知されていないです。
詳しく調べて公開する予定でして、近接効果の起こらない無指向性マイクでの場合と並記しますので期待下さい。（＾＾）

指向性マイクではそれぞれに個性があり、それを編集して使うかで音は変わり作られた音で距離で周波数特性が変わるので編集困難なはずです。
確かに伝えられる音を感知できるのは耳に構造が似ていて周波数特性が距離で大きく変化しない測定用に使われる全指向性圧力型マイクで録るのが本当の音だと言って良いのではないでしょう？

あまり記事を見かけませんが、
残響などが無い屋外などの場合に、スピーカーからの距離が2倍になると
音場が4倍になるのでエネルギー（電力相当）では1/4(-6dB)になり、音圧（電圧相当）では1/2(-6dB)になるみたいです。
http://denso.sokei.co.jp/sekkei_kouji_data/7.7.html

補足

https://okwave.jp/qa/q9578927.html参考
私たちが耳で感じる音や騒音計などで測定する音の大きさは
音圧で普通はサウンドプレッシャーレベル(PaやＳＰＬ dB)を使います。

エネルギー電力相当音の強さの測定は非常に難しいようです。
マイク出力が距離の2乗で反比例すると言うのは音の強さ（エネルギー）
のことと思います。

SM58,BETA57Aの一定距離に換算した近接効果特性図を見ると、
風防キャップ先からマイク振動板距離が約3cm位としての計算で
近接効果分の低音部は距離に逆比例で低下しているのが分ります。
それに全体が距離に逆比例する分が加わります。

結局、マイク出力（音圧ＳＰＬ）は｛距離に逆比例で低下｝するが、
｛速度型指向性マイク｝で起こる近接効果の低音部の音圧ＳＰＬだけは
｛距離の2乗で反比例｝すると思います。

回答No.1

tetsumyi

点音源からの音の強さは、距離の２乗に反比例する。
http://tomygg.moo.jp/keisan/on-atu/on-atu.htm
スピーカーからある程度離れると音は点音源から出たと考えて良いでしょう。
そうして音は球面状に拡散します。
マイクはその音を拾うのですが、距離が2倍に離れると音は球面に拡散されるのでマイクの面積で拾うことができるエネルギーは1/4となります。
空気の振動としては1/2ですが、マイクの制動が効いた稼動部が動かされるのはエネルギーに比例します。
近接効果は関係ありません。

お礼

回答ありがとうございます。
理論上の無限大バッフルでスピーカーからの音が半球面に拡散する場合に、
距離が2倍に離れると2πr^2で拡散半球表面積が4倍になるので
エネルギーが1/4になり、音圧が1/2（-6dB)になるとされているはずです。
測定結果でも記事でも中音部ではそのようになっています。

又、音圧は1／距離で低下するが、
低音ほど6dB/octで振幅が大きい速度分は1/距離＾2で低下するとされ、
音源近くでは速度分が巨大になるとされていて、
速度で感じる指向性マイクでは低音が大きくなる近接効果が起きるので
音圧が1/距離＾2で低下するのは低音部だけの近接効果部のことでは？
と思うのですが。

補足

紹介ＵＲＬは音強さ（エネルギー＝電力）からの説明で、
点音源からの音の強さ(電力）は、距離の２乗に反比例で正しくて、
音の大きさである音圧（電圧）ＳＰＬは距離に反比例になっています。
音の｛強さ｝と｛大きさ｝は違うのですが混同が多々あります。
音圧レベルは、距離が倍になるごとにSPLが-6dBに低下します。
音の強さと音の大きさ（SPLdB）は計算倍数が違います。

このような｛強さ｝と｛大きさ｝を間違っている記事があります
https://okwave.jp/qa/q3034537.html
https://okwave.jp/qa/q8485357.html
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q10142845685
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1366364373
↑音圧と音の強さの間違いで距離が2倍で-12dBになると言っています。
https://www.audiodesign.co.jp/column/sp/Col-Speaker6.htm
↑エネルギーと音圧の違いが間違っている。

TOAさんにはこのような記事が在ります。
スピーカーの音圧はアンプの出力を2倍にすると3dB SPL 増えるが、
距離が2 倍離れる毎に6dB SPL 下がる。
距離が離れて減衰する｛音圧｝を稼ぐのに要求されるアンプの出力は、
10m 離れて落ちる音圧を取り戻すためには100W のアンプが必要。
これは｛音圧｝が｛電力の2乗に比例｝で｛距離に逆比例｝のはずです。
違うでしょうか？

このように強さは距離の2乗に逆比例して、音圧は距離に逆比例しますが、
音圧が距離の2乗に逆比例すると言うのは近接効果分が重なるためでしょうか？の質問です。
他に分かりやすい記事がないでしょうか？