ピンクノイズの電圧測定方法を教えて下さい。

Question

正弦波sineはデジタルテスター（45～450Hz範囲）で測定するとその周波数の実効値が表示されますが、

ピンクノイズはエネルギーは同じでも音圧は高音ほど低下しているので測定したらどこの周波数を計っているのでしょう。（信号は20～20kHzのものとします）

又、エネルギーが高音ほど上昇するホワイトノイズではどこの周波数を計っているのでしょうか？

できればPeakとrmsの関係もよろしく教えて下さい。

Yorkminster · Accepted Answer

>> スピーカーメーカーが入力テストをする場合は仕様の入力電力以下で破損すると、メーカー責任なので低い方の値でテストしているのでは？と想像しますが //

この点については何とも言えませんが、一般家庭でスピーカーの限界に挑むような使い方は普通しないので、現実的に問題になるケースはあまりないとは思います。プロオーディオの場合、可搬性と耐久性（万が一の場合でもこのくらいなら耐えられるという見込み）の兼ね合いでギリギリの線を狙うことが少なくないので、明らかにサバを読んでいるとバレますが...

>> RMS対Peak差は正弦波は3dB差だがピンクノイズは6dB差だと言う記事があり //

正弦波は波形が決まっているので、波高率も理論的に求められます。同じ理由で、三角波などの波高率も求められます。

しかし、ホワイトノイズやピンクノイズは一定の波形がないので、実効値とピークには直接の相関関係がありません。ピンクノイズの場合の6dBというのは、測定用ノイズとして代表的な数値のようですが、それ以上の意味はないでしょう（実際、オーディオ用のノイズ発生器でピンクノイズの波高率が10dB超といった製品もあります）。

>> 音楽もそれくらいに圧縮加工したものが多いように思います。 //

これは、いわゆる音圧戦争のせいですね。RMSが高い方が派手に聞こえるので、コンプレッサでダイナミックレンジを圧縮して、ピークは0dBFS付近を維持しつつ、RMSを稼いでいます。ポピュラー音楽の場合、良心的なもので10dBくらい、酷いものだと4dBを切ります。測定用のピンクノイズの波高率6dBが一般的というのは、そういう事情から来るものかも知れません。

Yorkminster · Answer

>> ノイズ電圧は相当ふらついて測定が困難ですので観測者に有利な数値で見ているように思えます //

文意を誤解しているかも知れませんが...

測定器にとっては、それがホワイトノイズであるか、有色ノイズであるか、正弦波であるかは、関係がありません。「測定器にとっても正体不明の何か」を一定の手順に従って分解するだけで、結果的に「見え方」が異なっても、それは「見え方が異なるような信号だったから」であり、それで正解です。

正弦波は、単に観測対象が周期性を持つために表示が安定するだけです。反対に、ピンクノイズの場合にRMS値・ピーク値が一定でないのは、一般的な音楽を測定した場合と同じです。

測定器にとっては、「これから何を測定させられるか」が分かりません。そこで、一定時間ごとにサンプリングし、その範囲で観測できた現象を「結果」として表示します（デジタル式のテスターも同じ原理）。おそらくRMSメーターも同じでしょう。FFTと違って分解能は問題とならないため、かなり速い周期でサンプリングしているのだと思います。

Yorkminster · Answer

>> ホワイトとピンクノイズはRMSの佐が12dBほどあるのは周波数発生数が連続でなくパルスのようだからかな？ //

そこまで詳しくないので、誤解している可能性があることを前提に読んで下さい。また、普段はMacを使っているので、WaveGeneやWaveSpectraの詳細については分かりかねます。

まず、ホワイトノイズやピンクノイズの場合にピーク値とRMS値がどのような関係にあるのかについて、ハッキリとしたことは知りません。ただ、波形が一定ではないので、正弦波のような単純計算ができないことは確かです。また、ホワイトノイズとピンクノイズを比べると後者の方が波形がいびつになるので、ピーク、RMSともにブレが大きくなります。

次に、測定方法ですが、WaveSpectraにはファイルプレーヤー機能があるようなので、まずこれでどうなるか試してみて下さい。これで得られた結果と［イヤフォン出力 → マイク入力］で得られた結果の差が、［イヤフォン出力 → マイク入力］によって生じた変化だと言えます。相対的な方法ですが、傾向はつかめるでしょう。

Windowsは、OS自体のサウンド機能にやや問題があります（いわゆるリミッターやリサンプリングの問題）。また、オンボードサウンドの品質はあまり信用できません。特に、マイク入力はプラグインパワーの電源が出ていると思われるので、出力側に影響を与えている可能性や、直流カット用のコンデンサのせいで周波数特性が制限されている可能性が高いです。

>> ピンクノイズはホワイトノイズよりも20Hzがすごく大きいはずですよね？ //

FFTではそれが意味を持ちます（というか、不明な信号をぶつ切りにして周波数ごとのレベル分布を算出する手段です）が、ピークやRMSという観点では問題になりません。ピークやRMSというのは全ての周波数を通しての値なので、特定の周波数のレベルが高いかどうかは直接の関係がないからです。

なので、平均値（average）でなく合算値（sum）です（測定器やソフトによっては、sumではなくaverage表示のできるものもあります）。

疑問に対する回答になっているか分かりませんが、とりあえず。

それから、信頼できそうなテスト信号と技術解説を見つけたので、ご参考までに。
http://www.jppanet.or.jp/documents/audio.html

サイズに制限があるので潰れてしまっていますが、添付画像は「基準レベル-20dBFS用」のピンクノイズを測定した場合の例です。左上がレベルメーターで三角形のマーカーの位置がRMS（-23dBrms）、右上がレベルヒストリーで上のラインがピーク、下のラインがRMSです。下部はスペクトログラフ（FFT）で、Blackman-Harris窓、8192サンプル（解像度5.4Hz）、1/3オクターブ表示です。

Yorkminster · Answer

質問の前提が分からないので、どう回答して良いのやら。

>> デジタルテスター（45～450Hz範囲） //

これは、そのテスターの保証範囲という意味ですか？　だとすると、

>> どこの周波数を計っているのでしょう。（信号は20～20kHzのものとします） //

これに対する回答は「そのテスターの使い方を誤っている」です。

そのテスターは「45Hz未満や450Hzより高い周波数の交流信号に対して何らかの反応を示す可能性はあるが、確度を保証しない」という製品なので、20Hzや20kHzを盛大に含む信号を観測しようとすること自体が誤りです。

>> エネルギーが高音ほど上昇するホワイトノイズでは //

ホワイトノイズは、可聴帯域における周波数スペクトルが平坦なノイズです。つまり、低音から高音まで同じ強さの信号です。従って、特定の周波数どうしで比較すれば、低音でも高音でも音圧は変わりません。

確かに、オクターブバンドの視点で見れば高音ほど音圧が上がるとはいえますが、誤解を生じます（現に誤解したと見られる回答も付いていますし）。

ピンクノイズ（やホワイトノイズ）を計測に用いるのは、まさにこのような特性があるからです。信号源（ノイズ）に含まれる全帯域に対して正確な測定器を使えば、伝送過程における非直線性を観測しうるためです。

つまり、ピンクノイズ（やホワイトノイズ）を利用するためには、「少なくとも20Hz～20kHzを正確に測定できることが明確に保証されたテスター」を使う必要があります。そういうものはない（テスターと呼ばれる測定器に求められるレベルを遥かに超えている）ので、普通はスペクトラムアナライザを使う訳です。

denwaha4126 · Answer

まず、実効値は二乗平均平方根（root mean square, RMS）で表されます。
デジタルテスターでは、PCMのように一定周期で電圧データを読み込み、一定期間のデータを二乗平均平方根で計算しています。
正弦波でも、歪波でも、ノイズでも、波形は関係ありません。
実効値は直接測定できないし、ピーク値を測定しているわけでもありません。

ただし、安いテスターは計算能力が低いので、データの平均値を計算し 1.11 倍して実効値として表示しています。
これは正弦波のみに使える公式なので、それ以外の波形では誤差が大きくなります。

つまり、特定周波数の電圧を測定しているわけではありません。
特定周波数の電圧レベルを測定するにはスペクトラムアナライザーが必要です。
テスターは測定できる周波数帯域内にあるノイズを測定しています。
同じノイズでもテスターの測定周波数帯域が広いと測定電圧は高く表示されます。
（だからノイズメーターには数種類のフィルターが実装されている）

周波数スペクトラムが一定となるのがホワイトノイズです。
（オクターブバンド一定なフィルターを使ったアナログ・スペアナではハイ上がりに表示される）
そのホワイトノイズに 3dB/oct のローパスフィルターをかけたのがピンクノイズです。
（オクターブバンド一定なフィルターを使ったアナログ・スペアナではフラットに表示される）
帯域幅が等しければ、ピンクノイズの電力はホワイトノイズの 1/2 になるので、電圧は 1/√2 になるはず。

実際、WaveGene でホワイトとピンクノイズ（～20kHz）を出力して測定してみると
高いテスター（VOAC92）で測定してみたら、だいたい　1/1.5 になりました。
安いテスター（PM3）だと、VOAC92より低い数値でどちらのノイズも変わらず・・・・・
やっぱり高いテスターは性能が違います。

iBook-2001 · Answer

はじめまして♪

ピンクノイズやホワイトノイズ、あまり利用する事は少ないでしょうがブルーノイズ等の信号だとしても、デジタルテスターで測定出来る範囲は、その機種が測定可能な範囲のみ、と考えて良いでしょう。

測定違反以外の信号が在った場合、全く測定出来ない訳ではなく、誤差が大きく成るのでむさいする範囲、と考えます。

白、桃、青という、広域に対する一定分布低信号の場合でも、測定可能範囲の電圧を測定表示していますので、測定可能帯域外で信号が大きい、というテスト信号では無いので、観測した数値を全体の代表値として考えて、なんらモンダイは無いと思います。

『エネルギーが高音ほど上昇するホワイトノイズ』
これは、観測する起点が違うので、電圧や電流では、同じ扱いに成ります。

あくまで、物理的な振動版等に置いては、運動エネルギーとして「同じレベル信号なら、高音ほどエネルギー効果が上昇する」と言う物です。

個人的に、スピーカーと言う物に興味を持って、小中高大を経て、大人に成った今もスピーカー工作が楽しみなのですけれど、いろんな表現の記事等で、私もいろいろ不思議に思えた事が沢山有りました。ほとんどが、考えの起点が違うため、、、と理解出来るまで、私はとても遠回りしちゃいましたが、、（汗）

追伸：一般的に交流信号を電圧値として表記する場合は、rms値です、これは実効値とも表現される場合が有りますが、例えば一般的な（日本の）家庭用コンセントが１００Vと呼ばれます。正しくは１００V／rmsと表記出来ます。

では、家庭用コンセントの通称「１００V」が、瞬間最大は１００Vか？　というと違います。
瞬間最大は１４１V程に成って居ます。
この、瞬間最大を素言う呈したい場合に、ピーク値、という指標で考えます。

一般的な交流電圧はrmsと言う単位で、実効値などとし、瞬間ピーク値のルート２分の１に、逆に言えば交流電圧測定値のルート２倍の電圧が瞬間的（ピーク）には存在する、と言う意味です。

さらに、余談で、、
あ、、、いかん、、　いつも余談が多過ぎて、お叱りを受けますので、今夜はここまで。。。

失礼致しましたぁ～（汗）

yucco_chan · Answer

>測定したらどこの周波数を計っているのでしょう。

デジタルテスター（45～450Hz範囲）であれば、概ね20Hz～1KHz程度を測定します。
テスターの入力にLPFがあり、高域の周波数成分はカットしていて、測定範囲から
1KHz位と推定しました。
また、低域にはフィルターが入っていないと推定して20Hzとしました。
（アンプの特性で実質的なHPFになっているかもしれませんが）

ピークと実効値の関係
http://www12.ocn.ne.jp/~tomot/rms.html

shintaro-2 · Answer

>正弦波sineはデジタルテスター（45～450Hz範囲）で測定するとその周波数の実効値が表示されますが、
> 　ピンクノイズはエネルギーは同じでも音圧は高音ほど低下しているので測定したらどこの周波数を計っているのでしょう。（信号は20～20kHzのものとします）

テスターは入力された信号全部をまとめて計測しています。
特定の周波数を測定するわけではありません。

> 　又、エネルギーが高音ほど上昇するホワイトノイズではどこの周波数を計っているのでしょうか？

別にホワイトノイズは高音ほどエネルギーが上昇するわけではありません。

例えば、20Hzで５Vppの信号は２KHｚでも20KHzでも同じ電圧の５Vppです

>できればPeakとrmsの関係もよろしく教えて下さい。

Peakはピークtoピークのことではないですか？
P-Pは波形のマイナス側最低値とプラス側最高値との差です。

rmsは Root Mean Squareの略で、振幅を２乗してルートをとったものです。
正弦波の実効値を出す時に使います。

ピンクノイズの電圧測定方法を教えて下さい。

>> スピーカーメーカーが入力テストをする場合は仕様の入力電力以下で破損すると、メーカー責任なので低い方の値でテストしているのでは？と想像しますが //

この回答への補足

>> ノイズ電圧は相当ふらついて測定が困難ですので観測者に有利な数値で見ているように思えます //

>> ホワイトとピンクノイズはRMSの佐が12dBほどあるのは周波数発生数が連続でなくパルスのようだからかな？ //

質問の前提が分からないので、どう回答して良いのやら。

この回答への補足

まず、実効値は二乗平均平方根（root mean square, RMS）で表されます。

はじめまして♪

>測定したらどこの周波数を計っているのでしょう。

>正弦波sineはデジタルテスター（45～450Hz範囲）で測定するとその周波数の実効値が表示されますが、

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