ハイレゾについての考察

こんばんは。

最近俄にハイレゾが叫ばれるようになりましたね。ハイレゾはPCオーディオ界外では3,4年前から結構流行っていたイメージですがやっと一般にも浸透したのかなという感じを受けます。

ところでハイレゾって皆さん原理はわかってますか？

ハイレゾと普通のCD(SACD等を除く)の違いをアバウトなイメージではなく具体的に伝えられますか？



…


と投げかけたところで、まずはCDの録音方式もといPCM方式について説明したいと思います。

PCMと言うのはPulse Code Modulationの略で、パルスを利用しています(バルスではないですよ)。パルスというのは一瞬だけ存在する信号だと思ってください。

PCMは波形を使ってデジタルデータにするのですが、デジタルのデータは必ず範囲が決まっています。(0～65535段階など)

PCMではCD音源の場合、横方向に1秒間に44100個罫線を引いて縦に0を中心として65535段階(=16bit)罫線を引いたグラフに波形を乗っけて、波形を罫線に沿ってなぞっていきます。

↓こんな感じです


これであとは罫線に合わせた数字を記録していけば良い訳ですね。デジタルにしたデータを戻すのはまた別のお話なので割愛します(Sinc関数というものを使います)

それで、本題のハイレゾ。これは罫線の目をうんと細かくしたものです。横軸が1秒間に192000個の罫線、縦は1677万(=24bit)段階の罫線が引いてある状態です。そうなるとイメージとしてはこうなります。↓


上のと比べると一目瞭然ですよね。これによりより正確な形が作られます。

これがハイレゾが音質が良くなる主な要因だと自分は思っています。

巷で言われるより高い音まで入るから綺麗、と言うのは若干間違っており波形の再現性が高いからより自然な音に聞こえるのだと思います。

さらにこれについてもうひとつ考察ができます。CDでは標本化定理にもとづいてサンプリング周波数が決められています。標本化定理と言うのは「ほしい周波数の2倍以上でサンプリングすれば元の波形が再現できる」というものです。

人間の可聴域は凡そ20～20000Hzと言われています。なのでCDは44100Hzをサンプリング周波数として、0～22050Hzまでを収録しています。では、これより高い音を録音しようとするとどうなるか、というと、折り返し雑音(エイリアシング)というのが発生します。

この図を見てください。

○の部分がサンプリングしたポイントになります。同じ○のポイントをつないで波形を戻そうとした時に赤の波形と黒の波形、両方共戻せる可能性がある状態です。

44100Hzのサンプリング周波数で録音したとします。黒の線を例えば25000Hzだとすると、赤の線は19100Hzの音になります。(これは計算で出せますが割愛します)

25000Hzを録ろうとしたせいで、存在しないはずの19100Hzが録音されることになります。

これを避けるには、22050Hz以上の音をカットすることです。カットしてからサンプリングすればそもそも上の波形の両方が現れないのでエイリアシングも発生しない事になります。

しかし、これだと可聴域ではないですが正しい録音がされたとは言えません。また波形もカットした分だけ正確さに欠けます。

これを解決するにはそうです、サンプリング周波数を上げれば良いんです。192kHzでサンプリングすれば96kHzまでは正しく録音できます。25000Hzを含んでいても余裕です。

（あとはこれを使うと量子化ノイズが間引きされるというのもあります。「オーバーサンプリング　ΔΣ」で調べると分かります。）

以上がハイレゾについての考察です。

余談ですが、最近ハイレゾ対応のヘッドホンやらが出ていますが正直ある程度の値段のヘッドホンはそもそも可聴域以上出るようになってますので買い換える必要はないと思います。

例によって大学生の生噛りの知識なので間違っていたらすみません。