ピンクノイズの電圧測定方法を教えて下さい。

質問

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。

回答No.8

Yorkminster · ベストアンサー

>> 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。

お礼

大変参考になるご意見をありがとうございます。
気になっていた”クレストファクタ”と言ってRMSとピーク差の倍率の良い記事がありました。
http://www.keisoku.co.jp/pw/faq/watt/cat120/watt017.html

　JEITAには3～4倍のピンクノイズを使うよう規定がありますが、
アンプ前にはダイオード２本のクリッピング回路があり、
ノイズ発生器後にはVRをつけてクレストファクタを調整すると書いてあります。

　生のピンクノイズは皆同じと思いますが、これを圧縮してクレストファクタを平均２倍（6dB）位に調整して測定用ノイズと同じようにしていると推察します。
それで振幅が非常に大きくなる弊害を減らせるし、ふらつきも減ると思います。

　教えて頂いた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超といった製品があることは平均化加工せずに生のピンクノイズ音を発表しているのは間違いないと思います。
YouTubeで聴く音もWaveGeneで作った音も同じでした。
平均で3倍位（10dB）で、瞬間で4倍位（12dB）ほどです。

　ピンクノイズを圧縮加工した6ｄB位音が業界の測定用やスピーカー定格入力測定用に使われているが、
クレストファクタを知らない私たちは生のピンクノイズ10～12dB位音を聴いていると言う結論で正しいと思いますが、いかがなものでしょうか？

補足

ありがとうございました。
参考にさせて頂いてブログに検討結果を掲載しました。http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2014/11/pink-noise-ba8d.html
まだまだ理解できていないので検討続けますが、ここの質問は締め切らせて頂きます。

回答No.7

Yorkminster

>> 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。

お礼

ピンクノイズは音楽に似ているのでＲＭＳがふらふらするのは仕方ないとの指摘は良く理解できました。
おそらく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？と想像しますがどんなかな？でしょうか？

　スピーカー入力電力を測定するＡＣ電圧計を探しているのですが良いのがあれば紹介ください。

　Ｙ社説明書に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、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。
他にも同様な記事がありましたが私が測定して9dB差と見たのは間違いかも？とも思います。
この辺の記事が非常に少ないので私にはまだ理解できないのです。ご存知の方は色々ご教授願います。

回答No.6

Yorkminster

>> 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。

お礼

ホワイトノイズやピンクノイズは正弦波と違って連続波で無くてランダムに発生しているので,
-9dB(約1/3倍)音の発生数が少ないと考えればRMS差12dBが理解できますが違うかも？

　WaveSpectraのファイルプレーヤー機能で試しましたが［イヤフォン出力 → マイク入力］で得られた結果の差は無かったです。

　言われるようにピークやRMSというのは全ての周波数（20～20kHz）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と理解しました。これが知りたかったのです。
WaveSpectraで出る波形は全体に広がって出ている波形であって小さいけど合算するとレバルメーターに現れる大きな数値になると言うのが正しいと思います。

　ピンクノイズは-3dB/octカーブなので、630Hz？付近を中心に20Hz低音が+15dB,20kHz高音が-15dBの音圧になり、合算すると±0になって、周波数音圧が一定の同じ電圧のホワイトノイズと同じになると理解しました。

　WaveSpectraやWaveGeneの波形は処理応答で早い動きが表示できていないのを分かってなくて誤解していましたので波形大きさが違って見えるときがあって理解困難でした。
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
デジタルテスターで測定すると測定周波数範囲が小さいので小さな誤差が出てくると思います。

　以上、おかげさまでこのように理解しました、ありがとうございます。
これで正しいと信じますが、間違いあれば指摘願います。

回答No.5

Yorkminster

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。

お礼

efuさんのフリーソフトWave Geneで信号を出してイヤホン端子からマイク端子に接続してWave Spectraで観測しているのですが、
テスターより広範囲に見れていますのでテスターと比較調整しながらパソコンで測定するのが良いのかな？と思っています。

　ピーク赤と実効値緑が表示されていると思うのですが、そのへんが分かりませんの検討しています。
この方法でスペクトルアナライザー測定が出来ていると思っています。

　ご意見ありがとうございます。

補足

efuさんのフリーソフトWave Geneで信号を出してイヤホン端子からマイク端子に接続してWave Spectraで観測しているのですが、正弦波ではPeakとRMSの差が3dBと観測できて理論と一致しますが、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？と納得します。

　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？
でもテスターでもWave Spectraでも20～20ｋHzの信号幅の中心の1kHz位の値（平均値？）を示しているように測定されます。

　同じ電圧のホワイトノイズとピンクノイズとは周波数幅の中心の平均部の値なのでしょうか？それとも一番高い20Hzの所でしょうか？
ますます分からなくなってきました。アドバイスのほどお願いします。

回答No.4

denwaha4126

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。

お礼

詳しい説明で大変参考になりました。

　デジタルテスターでは測定周波数範囲が狭いので正確に測定できず、実効値も正確でないのですね。
調べているのはスピーカーメーカーが入力テストをするときにどのような電圧計で測定するのかが分からないのです。
JIS,JEITAなどは（電圧ｘ電圧）÷（インピーダンス）でスピーカー許容入力電力を計算すると書いてあります。
普通のAC電圧計で測ると電圧実効値測定になるはずですが、何で測れば良いのか悩んでいます。

回答No.3

iBook 2001（@iBook-2001）

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）

お礼

エネルギーが高音ほど上昇するホワイトノイズでも観測するのは測定範囲であって、一番高い所の電圧が見れると言うことで良いのですね。

　スピーカー工作の記事には許容入力電力や音の分布を測定したりするピンクノイズの記事が少なくて理解困難で勉強しています。

　AC100Vコンセントの件は言われるとおりであって理解しています。
ありがとうございました。

回答No.2

yucco_chan

>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

お礼

デジタルテスター（45～450Hz範囲）であれば、概ね20Hz～1KHz程度を測定が確信出来ました。

　ピークと実効値の関係
http://www12.ocn.ne.jp/~tomot/rms.htmlの参考記事はありがたいです。
表にピンクノイズとホワイトノイズが掲載されていれば良かったのですが。

　ご意見ありがとうございました。

回答No.1

shintaro-2

>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。

お礼

テスターは入力された信号全部をまとめて計測しするのですね。理解しました。

ホワイトノイズは高音ほどオクターブバンドでのエネルギーが上昇するのですがどの周波数でも電圧はフラットの認識が出来ていませんでした。

　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はAC100Vで282Vはわかりますが、
片側に整流してピークが141VでRMSが100Vの意味で質問しました。
分かりにくい質問ですみません。

ありがとうございました。