連載『 ハイレゾ基礎講座 High resolution とは...』ー第1回ー
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第1回前書き デジタル音楽コンテンツの利点を再評価すべきでは！...
最近現行の「CD」を代表とするデジタルコンテンツ、デジタル媒体に対して「ネガティブな批判」が流行っているようですが...
巷で囁かれているレンタルスタジオの「コンテンツ制作現場機材の問題」を論（あげら）った"ネガティブな悲観論"ばかりを唱えるのではなく...
デジタルメディアの美点をもう一度見直して、前向きな解決策を見出す努力をすべき時期に差し掛かっているのではないでしょうか？
第1節 量子化bit数とダイナミックレンジの関係
第0項 ディジタル録音のS/N比は量子化ビット数で決まる
ディジタル録音でのS/N比は量子化ビット（2進数の桁）数（※11）で決まります。
- ●6bit；32step≒30㏈
- ●7bit；64step≒36㏈
- ●8bit；128step≒42㏈
- ●10bit；512step≒54㏈
- ●12bit：2048step≒66㏈（実ダイナミックレンジ6bit；約30dB）
- ●13bit：4096step≒72㏈（実ダイナミックレンジ7bit；約36dB）
- ●14bit：8192step≒78㏈
- ♥16bit：32,768step≒90㏈（実ダイナミックレンジ10bit；約54dB）
- ●18bit：131,072step≒102㏈、（実ダイナミックレンジ12bit；約66dB）
- ●20bit；524,288step≒114㏈（実ダイナミックレンジ14bit；約78dB）
- ●21bit；1,048,576step≒120㏈
- ●23bit：4,194,304step≒132㏈
- ♥24bit；8,388,608step≒138dB（実ダイナミックレンジ18bit；約102dB）
- ●26bit；33,554,432step≒150dB
- ♥32bit；2,147,483,648step≒186dB（実ダイナミックレンジ26bit；約150dB）
参※11）2進数の換算サイトはこちら。
第1目 総合的なS/N比はビット数とは異なる！
但し、後述する「量子化ノイズ」は、これとは異なりますので総合的なS/N比はこの値とは異なり！ます。
1-1-1 CDの「ダイナミックレンジが96ｄBあるわけでは無い！」
つまり、16bit量子化（32,768step:90 dB）のCDでは、
Wikipediaの解説にもあるように、
量子化ノイズはS/N比で96 dB ある訳ですが「ダイナミックレンジが96ｄBあるわけではありません！」
第1項 実際のA/D変換では
第1目 実際は"1bit差し引いた値"でCDでは15bit！
参※21）一般サイトのA/D変換の仕組みについての解説はこちら。
第2目 A/D変換では"DCレベル"をデジタル変換
AC波形の振幅範囲としては1bit差し引いた値となり、16bitCDでは15bit：16,384step≒84㏈という事になります。
第3目 有効ダイナミックレンジは約54dB
1-1-1 波形再現には最低６bit 必要！
楽音（波形）の再現には最低 6 bit (32step) は必要です。
これより少ないと、波形（楽音）の相似性（可逆性）は保てなくなります。
1-1-2 有効ダイナミックレンジは 10bit
有効ダイナミックレンジは、楽音の最低分解能6bit（32step）のうち片側5bit（16step）を15bitから差し引いた10bit（512step≒54㏈）、
つまり量子化ビット数から6bitを引いた値が有効ダイナミックレンジ！という事になります。
1-2-3 CDマスタリングではリミッターとコンプレッサーを併用
CDマスタリングではアナログ録音時代の旧来通りに、ダイナミックはコンプレッサー（圧縮機）で圧縮！して、
更にPeekレベル近辺はリミッターを併用して、クリッピングしない様に非直線圧縮を行っています。
第2項 人間の聴覚（耐力）は機械よりもすごい
第1目 聴覚ダイナミックレンジは 120dB！
健常者の聴覚ダイナミックレンジは、概ね120dBdB（デシベル）程度はあります、
つまり、聴覚限界の"弱音"から1,000,000倍の轟音まで、聞き分け（耐え）られます！
参※）リオン株式会社の音響振動計測器の基礎知識 はこちら。
第1目 実際のオーケストラ・ライブのダイナミックレンジは 100dB！
2-1-1 ステージ上では...
2-1-1-1 再弱音が30dB 再強音が135dB！
実際のオーケストラ・ライブで説明すると、オーケストラ（の指揮者もしくは団員の位置）では最弱奏pp（ピアニッシモ）部分が30ｄB程度。
鳴り物（ティンパニー、バスドラム、銅鑼などのパーカッション）がふんだんに入った全奏(tutti)強奏ff（フォルティシモ）部分が135ｄB程度。つまり100ｄB（実数比100,000倍！）程度の強弱変化（ダイナミックレンジ）があります！
2-1-1-2 客席では拡散減衰の影響で...
但しこれはステージ上の話であり、コンサートホールは閉ざされた空間（※11）なので壁面反射などにより屋外のようには急激（距離のほぼ2乗に反比例）には減衰しませんが、
拡散減衰の影響で、（音がよいとされる階上席の中央部では）弱音部で25㏈程度、最強部で125ｄB程度まで減衰します、
まあいずれにしろマーラーなどの大編成オケ曲であれば100ｄB程度のダイナミックレンジがあるわけです。
参※11）当サイト関連記事 閉ざされた空間で起こる "定在波"と"音響障害"に迫る！はこちら。
第2目 オーケストラ録音現場では...
2-2-1 16bitのリニア記録は不可能！
前途した通り16bit A/D 変換では、16bit＝65536stepの量子化閾（しきい）値(step)があるわけですが、
オーケストラのダイナミックレンジ（ｆｆとppの強弱差）は100㏈以上つまり100,000倍以上あるわけで、16bit(32,768step)ではリニア録音は不可能！です。
2-2-2 プロ用 24bit ハイレゾ録音機材で何とかて...
当節の録音スタジオ用のプロ用ハイレゾ録音機材で24bit=；8,388,608step≒138dB（実際にはS／Nひとっても130ｄBが限界だそうです。）で記録できるかどうかの限界値！です。
2-2-3 マスタリング段階で16bitに圧縮
そこで録音する場合は24bit（；2,147,483,648step≒186dB）の量子化を行ってマスター音源を記録し,
その後前途した様に『マスタリング段階でデータを16bitに圧縮して！』CDに記録しているわけです。
★第3項 音声出力に現れるノイズ（擬音：幽霊音？）について
第1目 ディザノイズ
低周波をデジタイズ伝送する場合に生じやすいのがこのノイズです。
「同じ量子化」となるためにDA変換すると2つの音が現れて、
特に16Hｚなどでは周期的な高周波成分が現れ！これがフラッターノイズ（パタパタ、バタバタ、バサバサ、ガサゴソ？）となります。（なので無知なYoutuber視聴者が勘違い！するのでしょう）
3-1-1 ハイサンプリングでは現れにくい！
これもCDのような44.1ｋHｚ程度の低サンプリングでは起こりやすく、
192ｋHzのハイサンプリングでは現れにくい（聞き取りにくい領域に追い出される）ので、ハイレゾが持てはやされる要因の一つになっています。
第2目 量子化歪みは基本的に避けられない！
録音時に生じるもので前途したように、
ハイビット（24bit、32bit）ハイサンプリングレート（192ｋHz、382KHzなど）のハイレゾで録音することにより、「より原音に近い滑らかな」波形を記録するようにして、デジタル・アナログの誤差を無くす！ように努力されてはいます...
が基本的に避けて通れない問題です。
3-2-1 Transient に影響を与える
現象としては、Transient（加算音：歪）により波形が崩れ、前項同様に『周期的な（原音以外の）歪音』として再現されてしまうわけです。
3-2-2 演算ミスによるフラッター音！が生じる
これを避けるために、ランダム係数を使ったりして周期的な「量子化誤差（常に端数、切り上げ、常に切り捨て）」による周期ノイズ（擬音）を避けるような、手法が用いられていますが...、20Hz以下の「可聴帯域外重低音（低周波振動）」ではどうしても「演算ミス？」による周期ノイズ（フラッター音；ガサゴソ、バタバタ音）が生じてしまいます。
3-2-3 サブソニックフィルターで対処
そこで本来は、DC～20KHｚまで記録できるはずのサンプリング周波数44.1KHzのCDですが...
マイクでとらえた原音（アナログヘッドアンプ）の20Hｚ以下は、
急峻な（-20㏈／oct）サブソニックローパスフィルターでカットしているようです。
※ハイパーリンク、その他についての御断り
（2024年12月８日改訂ーVersion1,Revision0ー）
※本稿は当サイト内関連記事 当サイトのリンク先に関してのお断り の Digest edition です。
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公開：2020年2月 9日
更新：2024年12月10日
投稿者：デジタヌ
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