ホワイトノイズジェネレータの製作・回路図

今回は、ホワイトノイズを電子回路で組み上げモジュール化してみた。一見、簡単に作れそうなホワイトノイズだがやってみると結構難しい。ノイズと言ってもすべての周波数帯域で均一な状態にするのは難しいのだ。この記事では、試行錯誤した経験を交えてホワイトノイズの作り方をお伝えしていく。

自作ホワイトノイズの電子回路

ホワイトノイズとは

Audacityで生成したホワイトノイズの周波数特性
Audacityで生成したホワイトノイズの周波数特性

Audacityで生成したホワイトノイズの音

ホワイトノイズとは、すべての周波数帯域で同じ振幅をもったノイズである。つまりゲインが一様でなければならない。

この画像と音声は、Audacityで生成したホワイトノイズである。ホワイトノイズといえば、シャーといった音が特徴である。

これとは別に、ピンクノイズがある。ピンクノイズの場合はザーといった少し暗い音がする。ピンクノイズの場合は、周波数に反比例してパワーを減衰させた雑音のことである。

ホワイトノイズの電子工作

エフェクターや音響機材の電子工作では、外来ノイズをできるだけ排除するのが重要である。世の中はノイズまみれなのだから、逆にノイズを作るのなんて簡単だと思っていたところがある。しかし、実際ホワイトノイズを作ろうとするとなかなか苦労した。

ツェナーダイオード版

ツェナーダイオードによるホワイトノイズ発生回路図
ツェナーダイオードによるホワイトノイズ発生回路図

まず最初に、ツェナーダイオードによるホワイトノイズを試した。5Vと3Vのツェナーダイオードで試したが、ホワイトノイズとともにリップルが出てしまい使い物にならない。

また、ツェナーダイオードで定電圧を作れば、おそらくこれらのノイズが電源に乗るわけだから、音響などでツェナーダイオードが嫌われる理由がよく分かった。

オペアンプ版

オペアンプによるホワイトノイズ発生回路図
オペアンプによるホワイトノイズ発生回路図

次に、オペアンプによるホワイトノイズを試した。回路図のように100Ω以下の低い抵抗を使って反転入力とGND間につなぐ(単一電源で動かす場合はGNDをバイアスへ置き換える)。また、10kΩのフィードバック抵抗が大きすぎるとノイズが発生しない。

出力信号は小さいので、実際にはさらに増幅回路が必要である。

オペアンプ072によるホワイトノイズ周波数特性
オペアンプ072によるホワイトノイズ周波数特性

この回路で、オペアンプを入れ替えてホワイトノイズの周波数特性の違いを確認してみた。5534・072・4558・022と試したが、まず5534ではホワイトノイズが発生しなかった。また、072>4558>022の順で特性が良かったが、図のように高域になるにつれゲインが下がってしまい周波数特性が良くない。ちょっとこもったホワイトノイズである。

トランジスタ版

トランジスタによるホワイトノイズ発生回路図
トランジスタによるホワイトノイズ発生回路図

最終的には、トランジスタを使ったホワイトノイズジェネレータに落ち着いた。トランジスタは2SC1815を使用。回路図の前段のトランジスタで、ベース-エミッタ間に逆方向電圧をかけることでホワイトノイズを発生させている。

この時のベース-エミッタ間の電圧は、8.27V程度である。そのため、ギリギリ9V電池で動かすことが可能ではあるが電池の電圧降下が進むと動かなくなるかもしれない。また、2SA1015を使っても同じようなことができるが、2SA1015場合は逆方向電圧が10V以上になるので9V電池では動かないかもしれない。

ちなみに、回路図の後段のトランジスタは信号を増幅させるためのものだ。

ホワイトノイズ発生モジュール
ホワイトノイズ発生モジュール

この回路図を元に、エッチングで基板を製作、ホワイトノイズ発生モジュールを作ってみた。

2SC1815によるホワイトノイズ周波数特性
2SC1815によるホワイトノイズ周波数特性

2SC1815によるホワイトノイズの音

ホワイトノイズ発生モジュールの周波数特性を測ってみると、ほぼフラット20Hzから20kHzまで出ていてかなり周波数特性が良い。

ホワイトノイズがあると、音響実験などで非常に便利なためこのようなブレッドボードにさせるモジュールを作っておくと大変便利である。

このホワイトノイズを使ってピンクノイズを作ってみたので、よかったらこちらも参考に。

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Amazonで探したら、ホワイトノイズのキットも売られていた。かなりマニアックな商品。基本部分は自分の作った回路と大差ないが、ボリューム調整がついているので便利かもしれない。上の商品のデータシートはこちら。一応参考に。

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エフェクター製作にオススメの書籍

最後にエフェクターの電子工作でオススメな書籍を紹介しておく。どちらの書籍も大塚明先生が書いたもので大変良書だ。しかし、残念ながら現在廃盤になっている。品切れまたは高価格になっているので、もし安く手に入るようなら買って損はないだろう。

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また、こちらは別の方が書いた本だが写真や図が多く、初心者の方でも安心して自作エフェクターが作れると思う。実際に製作する時の、ちょっとした工夫もたくさん詰まっているので大変参考になった。

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