ヘッドホン測定とは？音質評価の国際標準規格と必須測定項目【計測ブログ】

ヘッドホン・イヤホンの開発、品質保証を担当されるエンジニア向けに、IEC 60268-7などの国際標準規格に基づいた電気音響測定の核心を解説します。HRTF、音響試験治具（HATS/ATF）、そして再現性の高い測定を実現するための専門知識を提供。客観的データに基づく音質評価のノウハウを深掘りし、製品の信頼性を高めるためのロードマップを示します。

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●ヘッドホン測定の土台：国際標準規格IEC 60268-7の重要性

●「聴感」を「客観的データ」に変える：周波数応答測定の技術的深層

●品質の生命線：歪み（ディストーション）とインピーダンスの評価

●再現性を確保する測定環境と試験治具の選定

●まとめ：ヘッドホン測定の未来より正確で、より効率的な評価のために

ヘッドホン測定の土台：国際標準規格IEC 60268-7の重要性

ヘッドホンやイヤホンの音質性能を客観的に評価し、グローバル市場で通用する品質を確保するためには、国際標準規格に準拠した測定が不可欠です。電気音響測定における主要な国際規格の一つが、IEC 60268-7です。

なぜ標準規格が必要か：測定結果の再現性と信頼性

電気音響測定において規格が重要なのは、測定環境、治具、手順を統一することで、「誰が」「どこで」「いつ」測定しても同じ結果（再現性）が得られるようにするためです。IEC 60268-7は、耳に近接して使用される電気音響トランスデューサー（イヤホン）およびヘッドホンについて、特性と測定方法を定義しています。

標準規格に準拠することで、開発部門と品質保証部門、あるいはサプライヤー間でのデータ解釈のズレを防ぎ、製品品質の信頼性（Trustworthiness）を飛躍的に向上させることができます。

ヘッドホン・イヤホンの種類別分類と測定上の考慮点

ヘッドホンは、その装着方式によって測定特性が大きく変わるため、規格では以下のように分類されます。

分類	装着方式	測定上の課題（再現性への影響）
Circum-aural (アラウンドイヤー型)	耳全体を覆う	密着度（シーリング）が低域応答に大きく影響する。
Supra-aural (オンイヤー型)	耳介の上に載せる	装着圧や位置のわずかな違いが高域応答に影響する。
Insert (インサート型/カナル型)	外耳道に挿入する	挿入深度が高域応答と密閉性に決定的な影響を与える。

特にインサート型ヘッドホンの場合、わずか1〜2mmの挿入深度の違いで、測定結果の周波数応答、特に高域（例：5 kHz以上）の特性が大きく変動します。このバラツキを管理するためには、後述する高精度な治具と標準化された測定手順が必要です。

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「聴感」を「客観的データ」に変える：周波数応答測定の技術的深層

周波数応答（Frequency Response）は、ヘッドホンの音質評価の根幹をなす最も重要な測定項目です。しかし、ヘッドホン測定では、スピーカー測定と異なり、単純な「フラット」が理想とされるわけではありません。

HRTF（頭部伝達関数）の理解と設計ターゲットの変遷

人間の耳は、音源の方向や距離に応じて音響特性が変化します。これを頭部伝達関数（Head-Related Transfer Function: HRTF）と呼びます。ヘッドホンは、このHRTFをバイパスして鼓膜の近くで音を鳴らすため、自然な聴感を得るためには、人間の聴覚特性を考慮した「ターゲット曲線」に合わせる必要があります。

主要なターゲット曲線は以下の通りに変遷してきました。

Free-field（自由音場）応答: スピーカーを正面に置いて聴いた場合の応答特性を模擬。
Diffuse-field（拡散音場）応答: 部屋全体からの反射音を平均的に聴いた場合の特性を模擬。
Recent Target Curves: 最新の研究（例：Olive-Welti研究）に基づき、リスナーの好みが反映された、より快適で音楽的なサウンドを目指したターゲット。

開発者は、製品の意図する音像（例：スタジオモニター vs. 一般リスニング）に応じて、これらのターゲット曲線から最適なものを選択し、設計目標（Design Target）とします。

通常の測定マイクロホン(応答がフラット)とHATS(HRTF)の測定結果の違い

KEMAR(HATS)の入射角ごとの周波数特性

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フラットではない？ATF/HATSによる測定と補正の仕組み

音響試験治具（HATSやATF）を用いてヘッドホンを測定すると、その測定結果は必ずしも聴感上の「良い音」を意味するターゲット曲線と一致しません。そのため、測定結果をターゲット応答に近づける処理が必要です。これが補正（Correction）の概念です。

補正（Corrected Response）は、以下の計算によって得られます。

Correction Response (dB) = Measured Response (dB) – Target Curve (dB)

グラフ上では、補正後の周波数応答曲線が0 dBライン（フラット）に近づくほど、ヘッドホンが設計ターゲット通りの音質特性を持っていることを意味します。この補正処理こそが、客観的な測定結果を人間の聴感と結びつけるための、最も専門的な作業です。

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品質の生命線：歪み（ディストーション）とインピーダンスの評価

音のクリアさ、再生時の音量、そして電力効率は、歪み測定とインピーダンス測定によって客観的に評価されます。

高精度な測定を可能にする「ログ・スイープ・サイン」法の利点

従来の音響測定では、個別の周波数点や特定波形を用いて測定を行っていましたが、現代の音響解析ではログ・スイープ・サイン（Log-Swept Sine Chirp）法が主流です。

特徴	ログ・スイープ・サイン法のメリット
効率性	一度の高速なスイープ（例：数秒）で、周波数応答と歪み（THD、IMD）を同時に測定可能。
SN比	信号とノイズを時間軸上で分離できるため、高い信号対雑音比（SNR）で歪み成分を抽出可能。
精度	位相情報（Phase）の測定精度が高く、リニアリティの解析にも優れている。

この技術により、生産ラインでの迅速なGo/No-Go判定から、R&Dにおける微細な設計改善まで、高精度かつ効率的な評価が可能になります。

見落とされがちな「ラビング＆バズ」歪みの検知方法

IEC 60268-7では主にTHD（全高調波歪み）が規定されますが、特に製造品質のチェックにおいては、ドライバーのボイスコイルや振動板の接触（ラビング）や、ハウジングの共振（バズ）によって生じる非線形歪みの検知が極めて重要です。

Rub and Buzz (ラビング＆バズ): ドライバーの機械的な問題に起因する、不快なノイズ。
測定方法: 従来のTHD測定に加え、Log-Swept Sine信号を用いて取得した非線形残差から、特定のクレストファクター（Crest Factor）を分析することで、ラビング＆バズを自動で検知できます。生産テストでは、この特定歪みの検知が歩留まり向上に直結します。

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再現性を確保する測定環境と試験治具の選定

信頼性の高い測定データを得るためには、適切な音響試験治具（Acoustic Test Fixture）の選定が最も重要です。治具は、人間の頭部と耳を模擬する役割を果たします。

HATSとATF：用途とコストに基づいた適切な選び方

治具名称	略称	特徴と主な用途	コスト感（対比）
Head and Torso Simulator	HATS	人間の頭部と胴体を高精度に模擬。マイク（Headset）性能測定にも対応。	高い
Acoustic Test Fixture	ATF	頭部と耳介部分のみを模擬。ヘッドホンの音響出力測定に特化。	中程度

選定の基準:

マイク性能評価の有無: ヘッドセットのマイク（ブームマイクやMEMSマイク）の評価が必要な場合は、HATSが必須です。
純粋な音響特性評価: ヘッドホン・イヤホンの電気音響特性（周波数応答、歪みなど）のみを評価する場合、より低コストで省スペースなATF（例：GRAS 45CA）で十分な性能を発揮します。

フィット感のバラツキを抑えるための測定手順

ヘッドホンの装着状態は、特に密閉性（シーリング）に大きく依存する低域応答の再現性に直結します。

再現性向上のためのベストプラクティス:

標準化された着脱手順の確立: 治具へのヘッドホンの装着位置や圧力を、マニュアル化し、トレーニングされた担当者が実施します。
複数回の着脱とデータ平均化: 特にインサート型やアラウンドイヤー型では、装着不良によるバラツキを排除するため、最低3回から5回の着脱を行い、各回の測定結果を平均化することが推奨されます。

この手順を経ることで、測定データが特定の「一回きりの装着」による誤差ではなく、製品が本来持つ客観的な性能を示すデータに近づきます。

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