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DigitalMusic講座第3回:音のデジタル化

週1ペースかな^^; 早くも(!?)第3回でございます。
これもひとえに見てくださってる皆さんのお陰です。


第3回:音のデジタル化

過去記事へのリンク
全記事一覧
第1回:そもそも音って?
第2回:音の3要素


今日は、音のデジタル化についての基礎です。
音だけでなく、すべてのデジタルの概念なので
知ってて損はしませんよ~!


音の3要素については、前回の記事でお分かりいただけたと思います。
今回は、音のデジタル化についてです。


デジタルは現在、さまざまな場面で使用されています。
音楽関係だけでも、CD、MD、デジタルMTR、デジタル方式シンセサイザー、デジタルアンプ・・・
これらデジタル機器について、どんな印象を持っていますか?


音楽をデジタルで扱うのには理由があります。
デジタル化のメリットを、デジタル化の方法と一緒に考えて見ましょう。




そもそもデジタルとは、アナログの反対語です。
ギターの弦を思い浮かべてください。
張る弦は、通常6本です。ほかに表現の方法がないですよね。
このような量をデジタル量と言います。
次に弦の長さを考えて見ましょう。
定規で測ればわかりますが、60.5cmや72.553cmなど、正確に測ろうと思えばどこまでも細かく測ることが出来ますよね。
このような量をアナログ量といいます。


音も、波形を細かく計測すれば、いくらでも細かく表現することができます。
波形の状態では、音はアナログ量です。
いっぽう、デジタルは、みなさんご存知のとおり、0か1か、あるいは有か無か、高いか低いか、といった2パターンのみで表現する方法です。


では、アナログである音を、デジタルにしてみましょう。


空気の振動である音をマイクで拾うと、電圧に変換されます。
dm2_001.gif

電圧になった音の波は、前回のとおり、この様な図に表現することができます。
この時点では、まだ"アナログな電気信号"です。


この電気信号を、まず「標本化(サンプリング)」します。
dtm03_001.gif
えー、汚い図でゴメンナサイ。
緑の線が波形。
青い線が標本(サンプリング)です。


標本化とは、図1のように、一定間隔ごとに、その時点での最高点(青い■)を計測します。
標本化の間隔(サンプリング周波数)は、音質に大きく影響します。
CDのサンプリング周波数は44.1kHz(1秒間に44,100回)です。
電話のサンプリング周波数は8000Hz(1秒間に8000回)です。
これは、元になる周波数が関係しています。
電話の場合、人の声が送れればいいので、人の声は高くて3000Hzまで。
対してCDは音楽を記録するので、人間の可聴周波数の限界の20,000Hzまで記録したい。
サンプリング周波数は、元の周波数の2倍取ればよい(サンプリングの定理)ので、少し余裕をみて、元の周波数の2倍ちょっとの数値になっています。


簡単に言うと、標本化して図1の青い■を取り出せば、
青い■間を繋いで波形(緑の線)を復元できるってことです。


これで、音の3要素のうち、周波数と音色(波の形)をデジタル化することができました。(パチパチ)
残る1つの要素、音の大きさ。
これをデジタルで表現するために、量子化(離散値化)という作業が必要になります。


dtm03_002.gif

量子化とは、音の大きさ(波の高さ)を段階的にあらわす方法です。
サンプリングした時点それぞれで何段階でその大きさを測るか。
図では、赤い●3ビット(2の3乗=8段階)であらわしています。
さすがに8段階だと、図のように青い■とカブらずに、誤差が出てしまってますが、量子化ビット数をあげることにより、より細かい強弱の表現が可能になります。
CDの量子化ビット数は16ビット(2の16乗=65,536段階!!)です。




また、近年ではDVDオーディオやSACD(スーパーオーディオCD)などが開発され、CD(サンプリング周波数44,100Hz、量子化ビット数16ビット)より高音質(サンプリング周波数192,000Hz、量子化ビット数24ビット)なサウンド記録が可能になっています。


人間の耳に聴こえるのは20,000Hzまでなのに、192,000Hzものサンプリング周波数がなぜ必要なのかと言うと、人間は20kHz以上の音も、聞こえないが雰囲気は感じるから、雰囲気までも記録したリアリティ追求ってコトみたいです。
まぁこの辺は再生設備と音源を用意して比べてみないとよく分らない世界だと思いますけどね…一度聴いてみたいものです。


ちなみにウチのPC環境では96kHz・24ビットでレコーディングすることができます^w^ 再生する環境が無いので使ってないですが…^^;




こうした標本化・量子化を行ってくれる機械を、A/Dコンバータと言います。(Aはアナログ、Dはデジタル)
また、標本化・量子化されたデータを音に戻す装置をD/Aコンバータと言うこともありますが、どっちかを両方の意味で言うことが多いようです。




こうしてめでたく音のデジタル化に成功したわけですが、
どうしてわざわざデジタルにするのでしょう。


ひとつは、コピー複製が簡単です。
デジタルにすると、標本化・量子化を経て、0011100111001101…といった形式になります。
これにより、コンピュータを使って簡単にコピーしたり、編集できます。
次に、ノイズに強いことがあげられます。
デジタル信号は、0=弱い信号 1=強い信号 に変換して送るので、
外部から信号にノイズが乗っても、0と1の判定に迷うことが無いのです。



■まとめ■
 ●音のデジタル化は、電気信号に変えたあと、標本化・量子化を経てデジタルデータになる。
 ●デジタル化したり、元の音に戻したりする装置をD/Aコンバータと言う。
 ●デジタルにすると、コピーや編集がパソコンで簡単にできて、個人での音楽活動に超都合がイイ!



さてさて、デジタル音楽についての基礎知識がバッチリ固まったところで、次回からさっそくPCを使ってデジタルで録音してみよう^w^
標本化うんたらかんたら難しいことをたくさん言ったけど、実際にデジタル音楽を作るのは超簡単です。
この講座を見てるパソコンと、マイクがあればすぐに出来ちゃいますよ^^
興味ある方は、次回までにマイクを用意しといてくださいね!

感想・質問・要望など、お気軽にコメントしていってくださいね♪
みなさんからの反響が更新の励みです^w^
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あーぁ…
ウチのCRTモニタで明度落としてるから気にしなかった…^^;
液晶だとなおチカチカするかもねぇ~以後気をつけます^^;
とりあえず修正しときました~。
P.S 魔音"奇"猫のほうがカッコよくない?笑
[ 2005/06/23 02:24 ] [ 編集 ]
おもしろい講義!!けどまとめが赤で目がチカチカする(;´Д`)反転さして見てるけど・・・
[ 2005/06/23 01:23 ] [ 編集 ]
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takechang

  • Author:takechang
  • 医療系SE。EMR開発してます。
    ギー太はFENDER USAのテレキャスターシンライン。
    古くからSONY党だったが、iPhone以来すっかりApple信者。
    Mac買ってもうた。
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