ノイズ：音響音、電気的現象、ランダムデータ

特性と測定

音響ノイズは、振幅（音の大きさ）、周波数成分（音の高さや音色）、時間的挙動（連続的、断続的、衝撃的）によって記述される。技術者はデシベル尺度に基づく指標でノイズレベルを定量化し、人間の聴覚感度を反映するために周波数重み付けを適用することが多い。「ホワイトノイズ」や「ピンクノイズ」といったスペクトル上の記述は、周波数全体にわたるエネルギー分布を表す。ホワイトノイズは周波数帯域ごとに等しいエネルギーをもち、試験やマスキング用途で広く利用される。例えば、測定手順や校正作業において、ホワイトノイズ信号はスピーカーの周波数応答を評価するためにしばしば使われる。

健康、社会的影響と規制

不要な音に長時間さらされたり、高いレベルの音にさらされたりすると、聴力を損ない、睡眠を妨げ、集中力を低下させ、不快感を生じさせることがある。多くの国の公衆衛生機関や職場関連機関は、住宅地および職場における累積的なノイズ曝露から人々を守るため、指針または上限値を定めている。都市計画、より静かな機械の基準、建築基準は地域社会のノイズ低減を目指すものであり、職場では聴覚保護具の使用とノイズの監視が推奨される。

種類と発生源

ノイズの発生源は多岐にわたり、道路・鉄道・航空による交通、産業機械、建築設備（HVAC）、消費者向け機器、自然現象などがある。電子工学と物理学では、信号を妨害するランダムな電気的変動を指す。電子ノイズの代表的な分類には、熱（ジョンソン＝ナイキスト）雑音、ショット雑音、低周波のフリッカ雑音がある。熱雑音は温度と本質的に結び付いており、電荷担体のランダムな運動によって生じる。例えば、抵抗器における熱は、感度の高い回路に影響する基礎的なノイズを発生させる（電子工学、熱、抵抗器）。

用途、例と信号処理

ノイズは通常望ましくないものだが、有用な場合もある。ホワイトノイズは、他の音をマスクするため、また一部の人の睡眠や集中を助けるため、あるいは測定時にシステムの挙動を調べるために用いられる。デジタル音声と画像処理では、意図的に少量のノイズ（ディザ）を加えることで量子化アーティファクトを低減できる。統計学やコンピューティングでは、ランダムノイズのモデルがアルゴリズムの試験や堅牢性の評価に役立つ。信号処理には、フィルタリング、平均化、スペクトル構造や時間構造の違いを利用する高度なノイズ除去アルゴリズムなど、信号とノイズを分離する多くの手法がある。

制御と低減

ノイズを低減する方法は、分野によって異なる。音響制御では、発生源の低減（静かな機械）、伝搬経路の遮断（防音壁、断熱・遮音材）、受音側の保護（聴覚保護具、室内音響処理）を用いる。アクティブノイズコントロールは、逆位相の音を使用して、限られた領域で不要な音波を打ち消す。電子工学では、温度を下げ、回路設計を改善し、低ノイズ部品を選定し、遮蔽とフィルタリングを施すことで信号対雑音比を改善する。ノイズが決定論的かランダムか、広帯域か純音性かといった性質を理解することが、最も有効な対策の選択につながる。

重要な区別

• 音とノイズ：知覚と文脈の問題である。同じ音響現象でも、ある状況ではノイズとなり、別の状況では信号となり得る。
• 音響ノイズと電子ノイズ：音響ノイズは空気中の圧力変動であり、電子ノイズは電気量のランダムな変動である。ただし、両者は類似したスペクトル解析手法で分析できる。
• 有用か有害か：ノイズは通信や試験を妨げる一方で、マスキング、測定用の励振、芸術や音楽における美的効果といった建設的な目的にも役立つ。

基本的な音響学と測定については入門資料や技術ガイド（音の基礎、ホワイトノイズの概念）を参照できる。スピーカー試験（スピーカー、周波数応答）や、電子ノイズの発生源と低減（電子工学の概要、熱的影響、抵抗器の挙動）については、専門資料を参照するとよい。