オーディオノイズ測定

オーディオノイズ測定は、レコーディングスタジオ、放送技術、家庭用ハイファイなどで使用されるオーディオ機器の品質を評価するために実行されるプロセスです。

オーディオ機器におけるノイズとは、オーディオ出力に侵入する低レベルのヒスノイズまたはバズノイズのことです。録音された信号が通過するすべての機器は、一定量の電子ノイズを追加します。このノイズやその他のノイズを除去するプロセスは、ノイズ低減と呼ばれます。

マイク、アンプ、録音システムはすべて、通過する信号に、一般にハム、バズ、ヒスと呼ばれる電子ノイズを加えます。すべての建物には、主電源配線から発生する低レベルの磁場と静電場がその内部および周囲にあり、これが信号経路にハム（通常は 50 Hz または 60 Hz（国の電気供給規格による）およびそれ以下の高調波）を誘導する可能性があります。シールド ケーブルはこれを防ぐのに役立ち、より長い相互接続が一般的なプロ用機器では、バランス信号接続（ほとんどの場合XLRまたは電話コネクタを使用）が通常採用されています。ヒスはランダム信号の結果であり、多くの場合、トランジスタやその他の電子部品内の電子のランダムな動き、またはアナログ磁気テープ上の酸化物粒子のランダムな分布から発生します。ヒスは主に高周波で聞こえ、蒸気または圧縮空気のような音がします。

オーディオ機器のノイズを、単純なレベルメーターや電圧計を使用して RMS 電圧として測定しようとしても、有用な結果は得られず、特別なノイズ測定機器が必要になります。これは、ノイズには広範囲の周波数とレベルに渡るエネルギーが含まれており、ノイズの発生源によってスペクトル内容が異なるためです。測定によって異なるシステムを公平に比較​​するには、人間の音の聞こえ方に対応する方法で応答する測定機器を使用して測定を行う必要があります。このことから、3 つの要件が導き出されます。まず、最も優れた耳でも聞き取れる周波数より上または下の周波数は、帯域幅制限 (通常 22 Hz ～ 22 kHz) によってフィルタリングされ、無視されることが重要です。次に、測定機器は、人間の耳と同じように、ノイズのさまざまな周波数成分にさまざまな強調を与える必要があります。このプロセスは重み付けと呼ばれます。3番目に、変化する交流ノイズ信号を安定した正のレベル表現に変換するために使用される整流器または検出器は、人間の耳と同じように、短いピークに完全に応答するのに時間がかかる必要があります。正しいダイナミクスを持つ必要があります。

したがって、ノイズを適切に測定するには、定義された測定帯域幅と重み付け曲線、整流器のダイナミクスを備えた指定された方法を使用する必要があります。現在の標準で定義されている 2 つの主な方法は、A 重み付けとITU-R 468 (以前はCCIR 重み付けと呼ばれていました) です。

A 加重は、純音に対する聴覚感度を表す等ラウドネス曲線に基づく加重曲線を使用しますが、このような曲線がノイズ成分に対して有効であるという仮定は誤りであることが判明しました。 ^{[引用が必要]} A 加重曲線は 2 kHz 付近で約 2 dB ピークに達しますが、ノイズに対する感度は 6 kHz で約 12.2 dB ピークに達することが判明しました。^{[引用が必要]}

1960 年代後半に消費者向け機器のレビューで測定が使用されるようになったとき、測定結果が必ずしも実際に聞こえる音と相関しているわけではないことが明らかになりました。特に、カセット レコーダーにDolby Bノイズ リダクションが導入されると、ノイズが 10.2 dB 減少しましたが、測定結果では 10.2 dB 改善されませんでした。その後、さまざまな新しい方法が考案されました。その中には、ドイツの DIN2 45500 Hi-Fi 規格の一部として定義された、より厳しい重み付けフィルターと準ピーク整流器を使用する方法も含まれていました。この規格は現在は使用されていませんが、ハイファイ再生のすべての領域で最低限の性能要件を規定しようとしたものです。

主に高周波のヒスノイズも発生するFMラジオの導入によって、A特性の不満足さも明らかになった。そこでBBC研究部は、さまざまな種類のノイズを使用して、複数の特性を持つ加重フィルタと整流器のどれがリスナーのパネルの判断に最も一致する結果をもたらすかを判断する研究プロジェクトに着手した。BBC研究部レポートEL-17は、新しい加重曲線と準尖頭値整流器の両方を規定した、CCIR勧告468として知られるようになった勧告の基礎となった。これは世界中の放送局が選ぶ標準となり、ドルビーでも、映画館の音響だけでなく、レコーディングスタジオや家庭でも急速に標準になりつつあったノイズ低減システムの測定に採用された。

ITU-R 468 のノイズ加重は、私たちが実際に聞いている音を再現していますが、A 加重よりも 112 dB ほど悪い数値を示すのが一般的です。この事実は、一般の人々が慣れ親しんでいるものよりも悪い仕様を自社の機器に課すことを嫌がるマーケティング部門からの抵抗を引き起こしました^{[中立性は議論されています] [疑わしい–議論してください]}。ドルビーは、結果に 62 dB のシフトを組み込んだ CCIR-Dolby と呼ばれる独自のバージョン (および安価な平均読み取り整流器) を導入することでこれを回避しようとしましたが、これは事態を混乱させるだけで、CCIR から非常に不評でした。^{[引用が必要]}

CCIR の廃止に伴い、468 規格は現在、国際電気通信連合によってITU-R 468として維持されており、特に IEC (国際電気標準会議) や BSI (英国規格協会) によって、多くの国内および国際規格の一部となっています。これは、公平な比較を可能にするノイズ測定の唯一の方法です。しかし、欠陥のある A 重み付けは、マーケティング部門によってより印象的であると見なされる低い数値を与えるという単純な理由で、最近消費者分野で復活しました。^{[中立性は議論されています] [疑わしい–議論]}

オーディオ機器の仕様には、信号対雑音比とダイナミック レンジという用語が含まれる傾向がありますが、どちらも複数の定義があり、同義語として扱われることもあります。測定値とともに正確な意味を指定する必要があります。

ダイナミック レンジは、最大レベルとノイズ レベルの差を意味していました [ 指定 ]。最大レベルは、指定された THD+N のクリッピング信号として定義されていました。この用語は、CD プレーヤーのダイナミック レンジを、ディザなしの空の録音のノイズ レベル (つまり、出力のアナログ ノイズ コンテンツのみ) を意味するものとして参照する傾向 [ 要出典 ] によって、誤って定義されています^{。これは特に有用で}はありません。特に、多くの CD プレーヤーには、信号がない場合に自動的にミュートする機能が組み込まれているためです。

1990年代初頭から、ジュリアン・ダンなどのさまざまな著者が、低レベルのテスト信号がある状態でダイナミックレンジを測定することを提案してきました。これにより、テスト信号や歪みによって発生するスプリアス信号によって信号対雑音比が劣化することはありません。^[1]これにより、ミュート回路に関する懸念も解消されます。

1999 年、Cirrus Logic の Steven Harris と Clif Sanchez は、「パーソナル コンピュータのオーディオ品質測定」というタイトルのホワイト ペーパーを公開し、次のように述べています。

ダイナミック レンジは、信号が存在する場合のフル スケール信号レベルと RMS ノイズ フロア^{[と定義される場合]}の比率で、dB2 FS で表されます。この仕様は絶対数として示され、信号が存在する場合の信号対雑音比 (SNR) と呼ばれることもあります。業界では正確な定義について混乱が生じているため、SNR というラベルは使用しないでください。DR は、-602 dB FS 信号を使用した THD+N 測定を使用して測定できます。この低振幅は、大信号の非線形性を最小限に抑えるのに十分な小ささですが、テスト対象のシステムが確実に機能していることを確認するのに十分な大きさです。信号レベルが歪み成分が生成されない程度であれば、他のテスト信号振幅を使用することもできます。

2000 年に AES は AES 情報文書 6id-2000 をリリースしました。この文書では、ダイナミック レンジを「信号が存在する場合のフルスケール信号と RMS ノイズ フロアの比の対数の 20 倍、dB2 FS で表される」と定義し、次の注記を付けました。

この仕様は、信号が存在する場合の信号対雑音比 (SNR) と呼ばれることもあります。正確な定義について業界で混乱が生じているため、SNR というラベルは使用しないでください。SNR は信号対雑音比を示すためによく使用され、雑音レベルは信号がない状態で測定されます。信号がないときに雑音をミュートするミュート回路があるため、楽観的な結果になることがよくあります。

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