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ノイズ測定

概要

オーディオ機器や回路の「ノイズ」を測定・分析するための包括的なガイドです。 目的に応じて最適なツール（ウィジェット）を選択し、手順に従って測定を行ってください。

目的別ツール選択ガイド

どのようなノイズを見たいかによって、使用するウィジェットが異なります。

目的 推奨ツール 概要
ノイズのスペクトルが見たい Spectrum Analyzer ノイズがどの周波数にどれくらい含まれているか（分布）を確認します。最も一般的な測定です。
ノイズの種類を分析したい Noise Profiler 「サー（ホワイトノイズ）」「ブーン（ハム）」といった成分に分解し、それぞれの寄与度を数値化します。
ノイズの時系列変化が見たい Raw Time Series 「時々鳴るプチノイズ」や「DCオフセットのふらつき」など、時間の経過に伴う変化を監視します。
まれな異常ノイズを数えたい Event Detector ポップコーンノイズやRTNなどの発生回数と発生レートを測定します。

ノイズのスペクトルが見たい

ノイズの周波数ごとの強さをグラフ化（スペクトラム表示）します。 「高い音がうるさいのか、低い音がうるさいのか」「特定の周波数にピークがあるか」などがわかります。

事前準備

  • 機器の接続: 測定したい機器（DUT）をオーディオインターフェースの入力に接続します。
  • 入力ショート（自己ノイズ測定の場合）: オーディオインターフェース自体のノイズや、アンプの残留ノイズを測る場合は、入力をショート（短絡）するか、ダミーロードを接続して外来ノイズが入らないようにします。

測定手順

  1. Spectrum Analyzer を起動します。
  2. Analysis Settings で以下のように設定します。
    • Mode: PSD (Power Spectral Density) を選択します。
      • ノイズ測定では、通常の Spectrum モードよりも、帯域幅の影響を受けにくい PSD モードが推奨されます。
    • Window: hanning (デフォルト) または Multitaper (推奨) を選択します。
      • Multitaper をONにすると、ノイズのグラフがより滑らかになり、信頼性が向上します。
    • Avg (アベレージング): スライダーを 50% 〜 90% 程度まで上げます。
      • ノイズはランダムに変動するため、平均化することで変動が抑えられ、真のノイズレベル（ノイズフロア）が見やすくなります。
  3. Start Analysis を押して測定を開始します。

結果の見方

通常の Spectrum モードは特定の周波数のレベルを測るものですが、ノイズのように様々な周波数に分布する信号の測定には適していません。 PSD モードは「1Hzあたりのパワー密度（V/√Hz など）」を示すものであり、帯域幅に依存せずにノイズフロアを正確に評価できます。

  • 何が見える？
    • ハムノイズ: 50Hzや60Hz（およびその倍音）に鋭いピークが立っている場合、電源からの誘導ノイズです。
    • ホワイトノイズ: グラフが右肩上がり（高域ほどエネルギーが高いように見える）の場合、それはホワイトノイズ（全帯域で等エネルギー）です。リニア周波数軸でのホワイトノイズは平坦ですが、対数軸では右肩上がりに見えます。
    • ピンクノイズ (1/fノイズ): グラフがおおむね平坦（右にいくにつれて少し下がる）に見える場合、1/fノイズ成分が支配的です。

注意点

  • グラウンドループ: パソコンと測定対象機器のグラウンドがループを作ると、ハムノイズが盛大に乗ることがあります。その場合、USBアイソレーターの使用や、Laptopのバッテリー駆動などを試してください。

ノイズの種類を分析したい

ノイズを「ホワイトノイズ」「1/fノイズ」「ハムノイズ」の3要素に自動分解し、それぞれの量を定量的に評価します。

事前準備

  • 温度の確認: 熱雑音（Thermal Limit）との比較を行いたい場合、室温を確認しておきます。
  • インピーダンスの確認: 測定対象の出力インピーダンス（マイクなら150Ω〜600Ωなど）を確認しておくと、理論限界値と比較できます。

測定手順

  1. Noise Profiler を起動します。
  2. Settings (左側タブ) を確認します。
    • Measurement > Average Mode: Enable Averaging をONにし、Countを 100 〜 1000 程度に設定します。多いほど精度が上がります。
    • Measurement > Input Z: わかっている場合はインピーダンス値を入力します。
  3. Start Profiling を押して測定を開始します。
  4. グラフ下の Noise Contribution バーを見ます。

結果の見方

  • Cycle (Hum) (シアン色):
    • 電源ラインから混入するハムノイズなど、特定の周波数成分です。これが大きい場合、ケーブルのシールド不良やグラウンドループを疑います。
  • White (緑色):
    • 抵抗の熱雑音や、半導体のショットノイズなど、周波数に関係なく一様に発生するノイズです。アンプの基礎体力を示します。
  • 1/f (赤色):
    • 低周波ほど大きくなるノイズです。トランジスタの品質や、DC的な不安定さに起因することが多いです。

注意点

  • 収束時間: 平均化（Averaging）が進むまで、数値がばらつくことがあります。Count値に達するまで（プログレスバーがいっぱいになるまで）待ってから値を読み取ってください。

まれな異常ノイズを数えたい

JFETやオペアンプなどで時々発生するポップコーンノイズやRTNを、一定時間内のイベント回数として比較します。

測定手順

  1. Raw Time SeriesまたはOscilloscopeで通常ノイズと異常イベントの振幅を確認します。
  2. Event Detectorを起動し、対象チャンネルを選択します。
  3. 通常ノイズでは超えず、異常イベントが超えるようにThresholdを設定します。
  4. 必要に応じてPolarity、Hysteresis、Holdoffを設定します。
  5. Startを押し、部品ごとに同じ時間だけ測定します。
  6. Event CountとEvent Rateを比較します。

比較時の注意点

  • 入力ゲイン、サンプルレート、Threshold、Hysteresis、Holdoff、測定時間をすべて同じにします。
  • DUTの温度やウォームアップ時間も揃えると、再現性が向上します。
  • CLIPPINGまたはI/O BUFFER ERRORが表示された測定結果は比較に使用しないでください。

ノイズの時系列変化が見たい

スペクトラム（周波数）ではなく、時間とともに電圧がどう揺れ動くかをチャート紙のように記録します。 連続的な「サー」というノイズではなく、突発的な現象やゆっくりした変動を捉えるのに向いています。

事前準備

  • DC結合: DCオフセットの変動（ドリフト）を見たい場合、オーディオインターフェースがDC結合（DCカプリング）対応である必要があります。一般的なオーディオ用I/FはAC結合（ハイパスフィルタ入り）のため、超低周波やDCは見えないことがあります。

測定手順

  1. Raw Time Series を起動します。
  2. Settings で以下のように設定します。
    • Time Span: 長めの時間（60s や 300s）を選択します。
    • Scale: ノイズは信号に比べて微小なため、10.0x や 100.0x など、大きく拡大して微細な動きが見えるようにします。
    • Show DC Offset: ON にすると便利です。
  3. Start を押して監視を開始します。

結果の見方

  • ポップノイズ / クリックノイズ:
    • 「プチッ」という一瞬のノイズは、時系列プロットなら「ヒゲ（スパイク）」として明確に残ります。
  • DCドリフト:
    • グラフ全体のラインがゆっくりと上下にうねっている場合、DCオフセット（直流成分）が安定していません。温度変化による回路のドリフトや、コンデンサの漏れ電流などが疑われます。
  • ガサゴソノイズ:
    • 接触不良による不規則な電圧変動も、時系列で見ると一目瞭然です。

注意点

  • 見逃し: ウィジェットが表示されていない間（バックグラウンドなど）の挙動は環境設定によりますが、基本的には描画は継続されます。ただし、非常に短いスパイクノイズは、画面の描画更新間隔の間に落ちてしまう可能性があります（エイリアシング）。確実に捉えたい場合はオシロスコープウィジェットのトリガー機能の併用も検討してください。