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超低騒音試験ソリューション
家庭用電化製品、ファン、精密モーター、医療機器、変圧器、コンシューマーエレクトロニクスの静粛性を評価する際、私たちは単に製品が「うるさい」か「静か」かだけを問うわけではありません. 音がどこから発生しているのか、どのような動作状態で現れるのか、どの周波数帯で不快に感じられるのかを知る必要があります.
静かな製品は、ときに自分の考えをはっきり表現しない人のような存在になることがあります. 大きな音で不満を訴えることはなく、夜中にかすかなハム音やヒューという音、ブーンという音を発しているだけかもしれません. 仕様書には 18 dBA としか書かれていないかもしれません. しかしユーザーが耳を近づけると、「音量は大きくないが不快だ」と眉をひそめることがあります.
それこそが、超低騒音試験を行う目的です. 製品をステージに立たせて、「自分は何デシベルあります」と宣言させることが目的ではありません. ごく小さな動きや「気分」、そして微細な欠陥音を明瞭に聞き取ることが目的なのです. 良い試験は次の4つの問いに答える必要があります.音は本当に製品が発しているものか. どの周波数帯に潜んでいるのか. いつ(どの状態で)最もはっきり現れるのか. 最適化のあと、本当に収束したと言えるのか.
マイクも「声」を発する
多くの人は、マイクロホンを製品のそばに置きさえすれば、製品の音がそのまま測定システムに入ってくると考えています. しかし実際には、マイクロホンはまったく無音の観察者ではありません. マイクロホンには固有の自己雑音があり、これはマイクの「呼吸」のようなものです.この呼吸が大きすぎると、非常に小さな製品音がその下に埋もれてしまいます.
一般的な1/2インチ測定用マイクロホンの固有雑音は、おおよそ 16 dBA 程度です. 通常の騒音試験であれば、これは多くの場合十分です. しかしハイエンドの静音製品では、16 dBA でもすでに「うるさい」場合があります.ユーザーが気にする微妙な音の多くが、そのレベル付近か、あるいはそれ以下に位置している可能性があるからです.
1インチマイクロホンを用いれば、固有雑音を約 10 dBA まで下げることができ、はるかに静かになります. しかし、これにも独自の「性格」があります.ダイアフラムが大きくなることで周波数特性や実用上の柔軟性は制限されやすく、広帯域の1/2インチソリューションほど高周波の細かなディテールにフレンドリーではありません. 言い換えれば、1/2インチマイクロホンは周波数帯域は広いものの自己雑音が高く、1インチマイクロホンは静かですが高周波の開放性が低くなります.
その結果、先進的な静粛性評価では、周波数によっては人間の耳には聞こえている音が、すでにマイクロホン自身の自己雑音より下にある、というジレンマが生じます. ユーザーには聞こえているのに、マイクは「ここで主に聞こえるのは自分自身のノイズフロアです」と言っているような状態です. だからこそ、低雑音でありながら広帯域という、より希少な「耳」が必要になります.人間の知覚にとって重要な微小信号を、本当に捉えられる耳です.
| 役割 | 強み | 制約 | 試験への影響 |
| 一般的な 1/2 インチマイクロホン | 比較的柔軟な周波数特性を持ち、一般的な音響試験に適しています. | 固有雑音は約 16 dBA です. | 製品音が 16 dBA 付近かそれよりわずかに小さい場合、微妙な異常音はマイクロホン自身の「呼吸音」によってマスキングされてしまう可能性があります. |
| 1 インチ低雑音マイクロホン | 固有雑音を約 10 dBA まで低減できます. | 周波数帯域および使用条件はより制限されます. | より小さい音を「聞く」ことはできますが、高周波のヒュー音、広帯域のディテール、柔軟な現場設置にはあまり向きません. |
| 広帯域低雑音 1/2 インチマイクロホン | 低固有雑音と広い周波数特性の両立を追求して設計されています. | より高度なフロントエンド設計が必要になります. | 低レベル製品における高周波ヒュー音、微小な電気雑音、全帯域の異常音の特定に、より適しています. |
デシベル値は総騒音量であり、製品の「性格」ではない
dB は対数単位であり、一般的な物差しではありません. 音のエネルギーが 3 dB 増えるとエネルギーはおおよそ2倍、10 dB 増えるとおおよそ10倍になります. しかし人間の耳はエネルギーだけを聞いているわけではなく、周波数も聞き分けています. 非常に狭い周波数帯のピークは、全体の dBA 値を大きく押し上げない場合でも、はっきりした「ハム音」「ヒュー音」「ブーン音」として聞こえることがあります.
たとえば、2台の小型ファンがどちらも 18 dBA という結果になることがあります. サンプルAのスペクトルは平らな毛布のようで、特に突出した成分がありません. サンプルBのスペクトルには、1.6 kHz 付近に周囲の周波数帯より 10 dB 以上高いスパイクがあります. 総合デシベル値は似通っていても、サンプルBは静かな部屋で突然誰かが咳払いをしたような印象となり、耳は即座にそれを察知します. スマートフォンやヘッドホンでも事情は同じです.ベアリング、抵抗・コンデンサ部品、ディスプレイ、通話経路、ヘッドホンアンプ、ノイズキャンセリングモジュールなどが、ごく小さな音を通じて「存在を示す」ことがあります.
| 音響上の症状 | 想定される発生源 | データで確認すべき点 |
| 低周波ハムノイズ | 構造、取り付け、または電磁振動に起因している可能性があります. | 50/60 Hz およびその高調波、または 100〜300 Hz 帯域に安定したピークが現れるかを確認し、姿勢や固定治具を変えたときにピークが移動するかを観察します. |
| 回転音／ベアリングの機械音 | スマートフォン内部の小型ベアリング、ヒンジ、モーター、ファンなどが、擦れたり、跳ねたり、不均一に回転している可能性があります. | 回転の基本周波数とその高調波が安定して現れているかを確認します. たとえば 1,200 rpm・7枚羽根のファンでは、ブレード通過周波数は 1,200/60 × 7 = 140 Hz となり、140 Hz とその高調波に注意を払う必要があります. |
| 抵抗・コンデンサや電源部品に起因する高周波ノイズ | セラミックコンデンサの圧電効果、インダクタのうなり、スイッチング電源、抵抗・コンデンサネットワークなどが、かすかな高周波音として現れている可能性があります. | 2〜20 kHz にナローバンドのピークが現れるかを確認し、無負荷・半負荷・全負荷状態を切り替えて、負荷や電源状態の変化に伴いピークが変化するかどうかを確認します. |
| ディスプレイ雑音 | 画面の輝度、リフレッシュレート、PWM 調光、あるいは表示ドライバ回路が「ささやいて」いる可能性があります. | 画面オフ、低輝度、高輝度、異なるリフレッシュレート、静止画像／動画像を比較し、高周波ピークが同期して変化するかを観察します. |
| 通話関連雑音 | RF、パワーアンプ、受話器、またはスマートフォン筐体の構造が、通話状態で音を発生させている可能性があります. | 機内モード、待受、発信中、通話中、弱電界、強電界などの状態を比較し、100 Hz〜10 kHz にピークや広帯域雑音が現れ、通話状態に応じて変化するかを確認します. |
| ヘッドフォン雑音 | ヘッドフォンアンプ、Bluetooth モジュール、ANC モジュール、あるいはドライバが、自己雑音や電気雑音、わずかなヒュー音を発生している可能性があります. | ミュート再生、ポーズ状態、ANC オン／オフ、外音取り込みモード、さまざまな音量設定を比較し、1〜10 kHz のピークを観察します. |
バックグラウンドノイズと製品音は混ざり合う
超低騒音試験では、バックグラウンドノイズは非常に厄介な存在です. それは「私は部屋の空調音です」や「私は試験システムのノイズフロアです」と名乗ってはくれません. 単に結果に混ざり込み、製品が実際よりもうるさく見えるようにしてしまいます.
また、音は普通の数値のように単純に差し引くことはできません. たとえば、真の製品音が 12 dBA で、部屋のバックグラウンドがすでに 10 dBA ある場合、計測器が見ているのはその2つをエネルギー的に加えた値です.
総騒音:L_total = 10 log10(10^(L_product/10) + 10^(L_background/10))
例:10 log10(10^(12/10) + 10^(10/10)) = 10 log10(15.85 + 10) = 14.12 dBA
この例では、バックグラウンドは製品よりわずか 2 dB 低いだけであり、総合値は 14.12 − 12 = 2.12 dB だけ押し上げられています.
推定される製品レベル:L_product = 10 log10(10^(L_total/10) − 10^(L_background/10))
平たく言えば、バックグラウンドレベルが製品レベルに近づくほど、試験結果の信頼性は低くなります.
| 背景音が製品音よりどれだけ小さいか | 合計レベルがどれだけ持ち上がるか | 意味合い |
| 3 dB | 約 1.8 dB | 背景音がすでに「主張」しており、結果はあまり安定していません. |
| 6 dB | 約 1.0 dB | かろうじて使用可能ですが、背景音の影響をレポートに明記する必要があります. |
| 10 dB | 約 0.4 dB | 比較的信頼性が高く、最適化前後の比較に適しています. |
| 15 dB | 約 0.1 dB | 背景音の影響は最小限であり、超低雑音検証に適しています. |
推奨される固定条件と解析指標
製品音が非常に小さい場合、わずかな動きでも結果が変わってしまいます. マイクロホンを 5 cm 近づける、ケーブルをテーブル面に触れさせる、治具の位置を変える、製品の向きを少し変える――こうしたことだけでスペクトルは変化します. 前後のデータを比較可能にするには、毎回同じ姿勢・同じ状態で製品に「話をさせる」必要があります.
| 固定すべき条件 | 推奨される指標・記録項目 | 固定されていない場合に起こること |
| 役職 | 製品の前 30 cm、または 1 m のオンアクシスなど、距離・角度・向き. | 距離や方向が変化すると、それに応じて音圧レベルやスペクトルも変化します. |
| 動作状態 | 電圧、回転数(速度)、ギア、負荷、温度、稼働時間. | 多くの異常音は、特定の回転数や特定の負荷点でのみ現れます. |
| アナライザ設定 | サンプリングレート、試験時間、チャンネル数、A 特性または Z 特性. | 元の設定が残っていないと、後から再計算や再現を行うことが困難になります. |
| 再現性 | 同一条件を少なくとも 3 回繰り返し、平均値と最大差を記録します. | 3 回の測定結果が大きく異なる場合は、製品を変更する前に試験条件を確認してください. |
| ノイズフロア | 環境の背景音およびシステム全体のノイズフロア. | 製品音が、環境および試験機器より本当に高いかどうかを判断します. |
CRYSOUND 低雑音試験ソリューションの役割
超低騒音試験を「注意深く耳を傾ける行為」と見なすなら、防音・電磁シールドチャンバー／試験箱は静かな部屋、マイクロホンは耳、IED モジュールは高分解能メモリ、SonoDAQ Pro は長時間レコーダー、OpenTest は音をスペクトルやレポートに翻訳する役割を担う人物に相当します. 環境は静かで再現性が高くなければならず、「耳」は低雑音かつ広帯域である必要があります.メモリは高速で広いダイナミックレンジを持ち、レコーダーは同期と拡張に対応し、ソフトウェアはスペクトル、オクターブバンド、音圧レベル、レポートを一つのワークフローに統合しなければなりません.
CRY3261-S02:静かな耳
CRY3261-S02 は、CRY3261 測定用マイクロホンと CRY517 IEPE プリアンプで構成されます. 主な公称パラメータは、1/2インチ自由音場型プレポラライズドマイクロホン、感度 450 mV/Pa、周波数範囲 6 Hz〜20 kHz、固有雑音 6.5 dBA です. その役割はシンプルで、まず自分自身を静かに保ち、十分に広い周波数帯を聞き取り、次に製品が発するより軽く繊細な音を捉えることです.
CRY7412 音響シールドチャンバー:バックグラウンドを遠ざける静かな部屋
CRY7412 音響シールドチャンバーは、音響測定のためにノイズフロア 6.5 dBA までの低騒音かつ干渉制御された環境を提供し、研究室および生産ラインにおける試験の再現性を高めます. スマートフォン、ヘッドホン、ディスプレイ、抵抗・コンデンサ部品などの小型コンシューマーエレクトロニクスにとっては、製品専用の静かな部屋を用意するようなものです.外部の環境音、振動、RF 干渉をまずバックグラウンドに押し込み、マイクロホンが製品自身の自己雑音やヒュー音、電気ノイズを聞き取りやすくします.
CRY5011 IED 高精度入力モジュール:微小なディテールを保つ
CRY5011 IED は、4 チャンネルの IEPE／電圧入力モジュールです. 最大 204.8 kHz のサンプリングレート、32 ビット分解能、最大 160 dB のダイナミックレンジ、THD+N ≤ −102 dB、ノイズフロア ≤ −117 dBV、TEDS 対応といった性能を備えています. ヘッドホンノイズ、ディスプレイノイズ、抵抗・コンデンサ部品からの高周波音といった微小信号に対して、これらの性能は「静かな音が失われにくく、過渡現象がぼやけにくい」ことを意味します.
CRY5820 SonoDAQ Pro:同期と拡張に対応する高性能ベース
CRY5820 SonoDAQ Pro は、モジュラー型データ収集システムです. 1 シャーシあたり最大 6 モジュール・24 チャンネルをサポートし、拡張構成では分散型マルチチャンネル試験に対応できます. 1000 V チャンネル絶縁、シャーシ間同期スキュー ±100 ns 未満、USB-C、ギガビット LAN、CAN FD、Wi‑Fi、ローカル microSD ストレージに対応しています.
OpenTest:音をスペクトルとレポートに翻訳する
OpenTest は、CRYSOUND の音響・振動試験プラットフォームです. OpenDAQ、ASIO、WASAPI、Core Audio などのハードウェア接続方式に対応し、FFT、オクターブバンド解析、騒音計機能、音質解析、再生比較、波形／データエクスポート、レポート生成などをサポートします. マイクロホンが捉え、収集システムが記録した微小な音は、最終的に OpenTest 上でスペクトル、音圧レベル、トレンド、トレーサブルなレポートへと変換されます.
| デバイス | 主な公式データ | 超低雑音試験における意味 |
| CRY3261-S02 | 1/2 インチ、450 mV/Pa、6 Hz〜20 kHz、固有雑音 6.5 dBA、ダイナミックレンジ 6.5 dBA〜100 dB. | 「耳」を静かかつ広帯域にし、10 dB 付近以下の製品自己雑音、ヘッドフォンの自己雑音、高周波ディテールの試験に適します. |
| CRY5011 IED モジュール | 4 チャンネル、IEPE／電圧入力、204.8 kHz、32 ビット、最大 160 dB のダイナミックレンジ、THD+N ≤ −102 dB、ノイズフロア ≤ −117 dBV、TEDS 対応. | 低いフロントエンド雑音と広いダイナミックレンジにより、微小な音響信号を保持しつつ、左右ヘッドフォン試験、複数マイクロホン比較、音響と振動の同期解析をサポートします. |
| CRY5820 SonoDAQプロ | 1 シャーシあたり最大 24 チャンネル、拡張により 1000 チャンネル超、1000 V チャンネル絶縁、シャーシ間同期ずれ < ±100 ns、USB-C／ギガビット LAN／CAN FD／Wi‑Fi、ローカル microSD 記録. | 同期・拡張が可能で、単一ヘッドフォン試料から多チャンネル・多条件アプリケーションへスムーズにスケールアップできます. |
| CRY7412 音響シールドチャンバー | ノイズフロア 6.5 dBA までの低雑音かつ干渉を抑えた環境を提供し、RF シールドおよび Bluetooth／Wi‑Fi 無線試験をサポートします. | まず「静かな部屋」が環境雑音と干渉を低減し、外部雑音を製品雑音と取り違えないよう、信頼性が高く再現性のある背景条件を提供します. |
| オープンテスト | OpenDAQ／ASIO／WASAPI／Core Audio に対応し、FFT、オクターブバンド、騒音計、音質評価、Lp／Lmax／Lmin／Leq／Lpeak／Ln／LE、波形・データのエクスポートおよびレポート生成に対応します. | 微小な音をスペクトル、オクターブバンド結果、音圧レベルのトレンド、およびトレーサブルなレポートへと変換し、開発・品質・顧客間のコミュニケーションを容易にします. |
マイクロホン、プリアンプ、および関連する試験ソリューションの詳細については、CRYSOUND のウェブサイトで製品情報をご覧いただき、ぜひ当社チームまでお問い合わせください.必要に応じて、下記の「Get in touch」フォームにもご記入ください.
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