DigitalAudio

[ デジタルとサンプリング周波数、ビットとは・・ ]  [ CDなどで一般的な44.1Khz ]

デジタル録音とサンプリング周波数、ビット

デジタル録音に関係すると必ず44..1Khz/16bitなどの記述があります
一体これはなんだろうという話・・・・

そもそもデジタルはアナログと対を成す対称のものですがアナログが「リニアでおおよそ的」に対し
デジタルは「ある一定間隔で区切る、そして有無で表現する」という感じです

時計が一番分かりやすいですね

針がぐるぐる回るのに対し、デジタルはカチカチと変わります

3時42分?いや33分という事とはデジタルでは有りません

 

で、そんなデジタルがオーディオの世界に飛び込むとこんな感じで表現されます

まず最初にデジタル化するには
有る一定間隔で区切らねば
なりません
音は波ですので水色のような形
(アナログ波形)をしています
それを縦横からものさしのように
区切って測定する事で
アナログ波形をデジタル化します

左では
波形の大きさをビット数で
音の幅をサンプリング周波数
として捕らえています

従って波の強弱は
Bitで判断している事になり
この場合、このビット数の
ものさしが細かいほど
微妙なニュアンスまで
拾える事になります

CD-DAの場合

16bit=65536
(2の16乗)の細かさで波形を
捕らえているという事になります

bitの表現はすべて
乗数ですので

8bitなら256段
世界初のPCM録音13Bitなら
8192段で量子化していた
ことになります

量子化=ダイナミックレンジ

という訳です

続いて音の高低ですが
これは波の幅が高低に
関係していますので
これを標本化間隔で
デジタル化します

標本化間隔=サンプリング周波数

ですので44.1Khzの場合は
44100/2=22000Hz

実際にはサンプリングの過程で
高音域は使い物にならないほど
劣化しますので20000Hzと
いう事になります

CDの記録域が20Khzなのは
この辺の理由によります

もちろんサンプリング周波数が
あがれば高音域が使い物になって
来るので高温まで伸びがよい
つまりコモらなくなります

[ デジタルとサンプリング周波数、ビットとは・・ ]  [ CDなどで一般的な44.1Khz ]
44.1Khz・・・32Khzや48Khz、96Khzと違って中途半端なのは何故?

CDは44.1Khz・・・・なぜこれだけ0.1Khzなんでしょう・・・・
仕事柄パソコンでミュージックが・・・という方々の質問等をよく受けます
で、「USBならローランドのUA-30が人気」とか、「ONKYOのSE-U55も渋いですね」
なんて話をするわけですが、カタログ等を見ると入出力の欄に
デジタル22Khz/44.1Khz/48Khzという感じで書いてあります

また、CDRで音楽CDを作る際はWAVEのサンプリング周波数を44.1Khzに・・・・
というのが周知の事実です、でもなんで0.1Khzなんでしょうねぇ

そもそもPCMデジタル録音というのはいつ頃から始まったものなんでしょう
これを見てゆくと何となく分かったような気がします(笑)

但し、これを考える上ではテレビの放送形式等を学習しておく必要がでてきますが・・・

日本で、というより世界で最初にデジタル録音を成功させたのは
なんでもNHKとDENON(日本コロムビア)だったそうです
時期は昭和49年、1974年、機材としては放送用の1インチVTRを用いて
回転ヘッドで映像記録の代わりにPCM信号を記録した・・・・らしいです

その際は38Khzで13Bitが限界だったようです
38Khzということは19000ですから大体17Khzぐらいまでだったのでしょうか
もっとも量子化が13Bitですと16Bitの1/8の性能ですから
ダイナミックレンジ、狭かったんでしょうね・・・・・・

この後、ベータ用だと思いますがSONYより76年にPCMプロセッサが
発売されたようです、量子化数が14Bitだとか12Bitだとか・・・資料がないので
断言は出来ませんがレコード等よりは間違いなく音質がよかったようです

この際、サンプリング周波数が44.1Khzに近い値となりました

60 (1秒あたりのフィールド数(フレーム*2)) 
245 (1フィールドの有効走査線数?) で乗算して
 3 (1走査線での記録ポイント数) で更に乗算すると
44100という数字が出てきたりしますので数値がずれているかも知れませんが
このような形式で記録していたのではないのでしょうか

テレビは525本(30フレーム)262.5本(60フィールド)で構成されていますが
実際のところ先頭と末尾は映像信号を記録しませんので
映像の代わりにPCMを記録するなら262.5より少なくなるかと思います
245本なのかどうかは知りませんが(笑)

ただ、複数のWebサイトでは上記のような書き方をしているところが多い様ですので
44.1Khzの源がどうやらベータのPCM記録にあるらしいというのは間違いなさそうな
感じですね

ちなみにPCMプロセッサは音声信号をデジタル化し映像信号(上記の計算式では
1フィールドライン上で3本の点として)で出力、記録するものですので
別にVHSでも何でも使えるようです、ただ、互換性の問題等で考えますと
元々画質(信号)がまともなβベータの方がこういうことには向いていたようです

実際一部のベータ機種にはエデットスイッチならぬPCMプロセッサスイッチが
有ったぐらいですから

という事で44.1Khzの源はベータである・・・という事のようですね
CDが出る前から44.1Khzがあったのはこのような理由でスタンダートが44.1Khz
になってしまったから・・・という事のようです

人間の耳の性質から20000Hz、サンプリングすると高音域の問題を考慮して
44000、でそれをVCRに記録させると44100付近の数値になった・・・・・

では32Khzや48Khzはどうやって決まったんでしょう
今後、また暇があれば探ってみます'笑)