ノイズ。ホワイトとピンク

質問

自分の部屋の音響特性を調べたいのですが、それ以前の初歩的な問題でつまづいています。
　ノイズの種類なのですが「ホワイトは周波数と無関係に均一」。「ピンクはオクターブあたり、－３ｄＢずつ下がっていく」。この解釈は正しいですか？
　正しいとなると、素直にスペアナ使うと、ピンクは右肩下がりなるはずですよね。こんなイメージで合っているのでしょうか？

回答No.5

sirasak · ベストアンサー

お礼ありがとうございます。再回答です。
音響機器の測定は正弦波でないと歪が分からないので、アンプでは1kHzのＲＭＳ実効値表示の誰でも分かる10％歪での実用出力電力表示が多いのですが、
音楽ではピークの歪は分かりにくいです。
ＨｉＦｉでは歪がほとんど分からない0.01％とかで定格出力表示して性能を誇示したものが多くて正確に観察できます。

ピンクノイズでは歪が分からないのでスピーカーなどの振動板は周波数に片寄らない複雑な振動をするので入力電力測定に都合が良い音源で、音楽と違ってふらふら変動が少ないので音量の測定、定位の確認などで音楽よりも簡便で使いやすいだけのことで、本来はサインスイープして確認するのが正確です。

スピーカーの短所である過渡特性を観察するのにも瞬間での正弦波が優れています。
全周波数での過渡特性を簡便に見るには矩形波トーンバーストが良いようです。

お礼

たいへん良く分かりました。
いつも親切な回答に感謝します。

回答No.4

John_Papa

こんにちは。

ホワイトノイズは、一周期当たり全周波数が同じパワーを持つノイズ
ピンクノイズは、時間当たりの全周波数が同じパワーを持つノイズ

の事で、厳密にはどちらも存在しないので、近似的なノイズをそれに当てます。
理想的なホワイトノイズの場合、サイン波で測定する場合と同じに成ります。
従って、時間（１秒）当たりのパワーを求めれば周波数（f）を掛けたものになりますね。
ピンクノイズは、これ（ホワイトノイズ）を1/fすることによって時間当たりのパワーを周波数に因らず同じにしたもの、つまり、オクターブ（周波数2倍）毎にパワーを半分（-3dB）にしたものです。

測定等では波高値が周波数に左右されないサイン波やホワイトノイズが便利（計測器のほとんどはこの方式で作られているから）ですが、それでは実際の音のエネルギー（音圧）や人の聴感と一致しないところに、ピンクノイズの意義が有ります。ただし、人の聴感には個人差の大きいラウドネス特性があり、ピンクノイズとも一致しません。測定の利便性で使い分けられるものです。

部屋の音響特性測定は、最近ではパルス波の分析が使われるようですが、簡易的にはオクターブ幅のピンクノイズ（バンドノイズ）とか、ホワイトノイズのFFT分析、あるいはサイン波のスウィープ信号でしょう。

回答No.3

sirasak

ホワイトノイズは周波数がフラットなのはサインスイープと同様ですが、
実効値は出ている周波数の合計なのでサイン波よりも全体の音圧が小さく観察されます。
ピンクノイズはオクターブあたり、-3ｄＢずつ下がってスペアナ使うと右肩下がりなります。

正弦波sine波は1本の周波数を20～20kHzまで同じ音圧でスイープしますので、歪もすぐ分かりますので、アンプの定格出力やスピーカーの定格入力テストに使われているはずです。
（余談ですがフラット音の振幅は1/ｆで高音ほど小さくなっています。）

ノイズは人間が感じる対数カーブグラフが普通使われますが、バンド毎比例したもの同じであって、スペクトラムを観察すると高音ほど沢山の周波数が出ているのが見えます。
歪は分かりません。
ホワイトノイズは発生する20～20kHzまで全ての周波数がランダムに出てくるので、
周波数特性ではフラットになりますが、20～40Hzオクターブで20本周波数に対して40～80Hzオクターブでは40本と言うようにオクターブ毎周波数本数が増えていくのでオクターブ毎の合計音圧が1.4倍3dB（電力で2倍）大きくなるので、20～40Hzバンドと10kHz～20kHzバンドでは音圧30倍30dB（電力で1000倍）大きくなるので高音が非常にきつい特殊なノイズになります。

ピンクノイズはホワイトノイズを高音ほど-3dB/octで下げてあるノイズなので
電力でフラットになりますが、音圧カーブが右下がりなので高音が小さく見えてしまいます。
高音ほど3dB/octでイコライズして観察してみると人の感じ方に見えます。
ピンクノイズは自然に発生する音や音楽などに似ているし、
私見ですが、実効値が音楽同様にふらふら変化するので1/ｆゆらぎと言うようです。
発生周波数がランダムですから、音場の音量測定にも都合が良くて、スピーカーの最大入力電力測定にも高音と低音を下げて波高値4を2に圧縮したものがＰＧＭ入力などの表示に使われるようですが、歪は分かりません。

お礼

なるほど。ホワイトは高音が非常にきつい特殊なノイズなのですね。
「ピンクノイズは自然に発生する音や音楽などに似ているし、
私見ですが、実効値が音楽同様にふらふら変化するので1/ｆゆらぎと言うようです。」と仰っていますが、sirasak 様の知見の深さに脱帽です。
一見、ホワイトの方がフラットで、いいに決まっている。と、思いたくなりますが、自然が一番ナチュラルです。やっと謎が解けました。

ところで、私が使うのは全て正弦波ですが、やはり、他のカーブの音源も参考にした方が良いのでしょうか？

回答No.2

iBook 2001（@iBook-2001）

ランダムノイズで、およそ全周波数が一定のレベルになるのが純白の「ホワイトノイズ」です。

利用状況や測定状況により、「この信号じゃマズイ」ということから、一定の決まりで高域減衰した、フィルター付き、色付き。という事から、其の中で最も多用されるのが「ピンクノイズ」です。

他にも「ブルーノイズ」とか「パープルノイズ」とか、有色ノイズという「試験信号／ノイズ」も在りますが、オーディオ用としては、滅多に使う事は無いようです。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%94%E3%83%B3%E3%82%AF%E3%83%8E%E3%82%A4%E3%82%BA
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%83%89%E3%83%8E%E3%82%A4%E3%82%BA

「スピーカー再生」の試験なら、単一周波数の連続サイン波や、ホワイトノイズは避けた方が良いでしょう。
私もこれで、スピーカーやアンプを壊した経験が在ります。。。

また、「スペアナ」も、最近の「デジタル演算」による場合は、サンプリング時間をよほど長くしませんと低域の表示誤差が大きく、鵜呑みにしないようにしましょう。
（例、１0kHzで10秒のデータから演算すれば、１0万回のデータを元にしていますが、１００Hzで１０秒だと千回のデータから予測された表示って事です。10kHzに対して１００Hzでは測定精度として0.01倍しか無いのです。）

まぁ、おおよそ１kHz以下は、多数の測定表示からの「相対変化」を眺める程度で活用する方が、実際の感覚と近いように思います。

また、測定時の「マイク特性」とか、いろんな部分にも「誤差」が在りますから、絶対値と考えるためには、あれこれ難関も在ると思います。

小パワーであれば、スピーカー再生からの測定にホワイトノイズも利用出来ますが、外来音の影響も出やすいので、再生音量を高めて行くと、高域ユニットの焼損という事故に成りかねません。
このため、スピーカーの再生状況や室内音響特性の一部を観測する場合は「ピンクノイズ」を用いた方が、安全性と確実性というバランスから、一つの測定として私もお勧めする「テスト信号源」の一つです。

なお、室内の共振などは、むしろ単純サイン波の方がよく判りやすかったり、残響特性等でもいろいろ違う測定方法（測定信号）を組み合わせた方が、より詳しく解析出来やすく成ります。

非常に長い時間をかけて周波数を変えて行く、特殊な「サイン波スイープ」はイロイロ知るのには良い測定信号の一つなんですが、逆にスピーカーやアンプを破戒しやすい、かなり危険な信号の一つでしょう。
（だから、一般的には十秒、二十秒とか、一分以下のスイープ信号が多く利用されているのでしょう。）

テスト信号の特徴と、室内音響と言う事であればマイクの特徴と、グラフィカルに表示するスペアナの特徴を理解した上で、安全でそこそこ信頼性が得られる範囲の運用にして行きましょう。
なお、波長が短い高域程、マイクの位置や角度の誤差での違いも出て来やすく成ります。
また、室内の「定在波」による影響も測定マイク位置で、強調／減衰の周波数が反転して観測される場合も在ります。

かなり色んな部分の影響を受けやすいので、いろいろ試してみた方がオモシロイと思います。

回答No.1

aokii

正しいです。スペアナを使うと、ピンクは右肩下がりになります。なお、スペアナの使い方にご注意ください。

お礼

なるほど。やはり右肩下がりになるのですね。
これをスペアナで平坦にするには、いわゆる「オクターブバンドパス」をかけなければいけないと思うのですが、合っていますでしょうか？