PSD解析でスペクトル漏れが起きる原因と対策は？

FFTで矩形窓を使用すると、信号の両端が不連続になるためスペクトル漏れが発生し、隣接周波数成分が混入してピーク値が最大30dB以上偽装されることがあります。対策として、Hann窓（Hanning窓）またはFlat-Top窓の適用が有効です。Hann窓は周波数分解能と漏れ抑制のバランスが良く、振動試験のシェーカ制御で主流です。

PSD解析でHann窓とFlat-Top窓の違いは？

Hann窓はスペクトル漏れを抑制しつつ周波数分解能を比較的保つのが特徴で、振動試験の入力制御で広く使われます。一方、Flat-Top窓は振幅確度が±0.1%と極めて高く、正確な振幅測定に適していますが、周波数分解能は低下します。用途に応じて、バランス型のHann窓か、高精度振幅測定向けのFlat-Top窓を選択します。

振動試験のシェーカ制御でよく使われる窓関数は？

振動試験のシェーカ制御では、Hann窓（Hanning窓）が主流です。これは、スペクトル漏れを効果的に抑制しつつ、周波数分解能を実用的なレベルで維持できるためです。Flat-Top窓は振幅確度が高いものの周波数分解能が低くなるため、制御用途ではHann窓が優先されます。B&K社のLAN-XIシステムなどでも標準的に採用されています。

スペクトル漏れによるピーク値の誤差はどのくらい？

PSD解析で矩形窓を使用した場合、スペクトル漏れにより隣接周波数成分が混入し、ピーク値が最大30dB（約31.6倍）以上も偽装されることがあります。この誤差を防ぐには、Hann窓やFlat-Top窓などの適切な窓関数を適用し、信号の両端を滑らかにすることが不可欠です。特に精密測定では、振幅確度±0.1%のFlat-Top窓が有効です。

パワースペクトル密度応答解析 — トラブルシューティングガイド

カテゴリ: 構造解析 | 2026-02-20

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CAE visualization for psd response troubleshoot - technical simulation diagram

PSD応答のトラブル

🎓

RMS値が非常に大きい → 共振ピークが支配的。減衰を確認

RMS値がゼロ → 入力PSDが設定されていない。PSDテーブルの単位を確認

応答PSDが入力PSDと同じ形 → FRFがフラット（共振がない or 周波数範囲外）

モード間の相関がおかしい → 密集モードの相関項を確認

PSD解析のトラブルは全て「FRFの品質」に帰着 — FRFが正しければPSD応答も正しい

Coffee Break よもやま話

ピクチャリング（周波数漏れ）対策

PSD推定でFFT窓関数を使わない（矩形窓）場合、スペクトル漏れ（Spectral Leakage）で隣接周波数の成分が混入し、ピーク値が最大30dB以上偽装されることがある。対策はHann窓（Hanning窓）またはFlat-Top窓の適用。Flat-Top窓は振幅確度が±0.1%と優れるが周波数分解能が低下するため、振動試験の入力制御（シェーカ制御）ではHann窓が主流。B&K社のLAN-XIシステムではデフォルト窓関数がHann窓に設定されている。

トラブル解決の考え方

「解析が合わない」と思ったら

まず深呼吸——焦って設定をランダムに変えると、問題がさらに複雑になる
最小再現ケースを作る——パワースペクトル密度応答解析の問題を最も単純な形で再現する。「引き算のデバッグ」が最も効率的
1つだけ変えて再実行——複数の変更を同時に行うと、何が効いたか分からなくなる。科学実験と同じ「対照実験」の原則
物理に立ち返る——計算結果が「重力に逆らって物が浮く」ような非物理的な結果なら、入力データの根本的な間違いを疑う

パワースペクトル密度応答解析 — トラブルシューティングガイド

PSD応答のトラブル

ピクチャリング（周波数漏れ）対策

トラブル解決の考え方

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