ゲインステージングとは

デジタルオーディオの世界は複雑に思えるかもしれません。 たとえば、音の物理学では音量はデシベルで測定され、その値は常に正ですが、デジタル ワークステーション (DAW) ではデシベルが突然負になります。 そして、この奇妙な魔法は何ですか？

もう 1 つの謎は、DAW 画面上で信号レベルがゼロを超えることがあり、場合によっては「正の」デシベルが表示されることもあります。 これは一体何を意味するのでしょうか？ 理解するのを手伝ってください！ 「ボリューム」、「ゲイン」、「レベル」という用語は私たちの周囲や YouTube で常に聞かれますが、それらの違いは何でしょうか?

複雑な公式を使わずにこれを理解してみましょう。 結局のところ、私たちはエンジニアではなく、ほとんどがミュージシャンです。 同時に、DAW を使用して作成した音楽プロジェクトでいわゆる「レベルヘッドルーム」を適切に整理する方法を学びます。

デジタルオーディオ録音には基本的に音量はありません。 「自然な」デシベルとは何ですか

「ラウドネス」は、耳にかかる音圧の強さを表す単なる言葉ではありません。 静かな音と大きな音は人それぞれ主観的に感じられます。 ある人にとっては「うるさい」だけでも、別の人にとっては「非常にうるさい」かもしれません。

音楽を作るには常に主観的な基準を考慮する必要があり、それが創作プロセスの参加者間の理解を妨げることがあります。 したがって、音楽プロジェクトに取り組むときは、音量をより客観的に理解することが重要です。

自然界には、デジタル世界のように、体積に直接相当するものはありません。 音は、気体、液体、または固体媒体内の弾性波を通って伝わります。 音の発生源は、弦や人間の声帯など、機械的振動を経験する肉体です。

あまり科学的ではありませんが、これを視覚的に想像してみましょう。弦が鳴った後、弦は特定の周波数と振幅で (3 次元空間内で) 横に振動し、周囲に弾性波を生成します。

これらの波は、気圧の高い領域と低い領域を引き起こし、ガス環境中を伝播します。 物理学者はこれらの振動を「音圧」と表現します。

音圧の強さを測定するために、科学者は圧力そのもの、媒体の音響インピーダンス、時間平均を考慮した式を開発しました。 これにより、特定の時間および空間における音響強度の二乗平均平方根値を取得できます。

音楽では、音の振動は主に弦の振動と同様に周期的です。 「音圧振幅」という概念を使って強度を評価することがありますが、実際にはこれはそれほど重要ではありません。

本当に重要なことは、物理学における正のデシベル (「+」で示される) は音圧の強さを指しますが、スケール上の特定の点を基準にしているだけであるということです。 デシベルは相対単位、対数単位、または約数単位であり、「開始点」がある場合にのみ意味を持ちます。

物理学では、この開始点は 20 マイクロパスカル (µPa) の圧力レベルです。これは、人間がまだ音を知覚せず、沈黙を感じるときの人間の聴覚の平均的な閾値です。 おそらく猫はこれに同意しないでしょうが。

人が知覚する音量の程度は、資金、周波数構成、その他の要素などの独自の測定単位を使用して、個別に研究されます。 ただし、DAW を使用する場合、これらの詳細はそれほど重要ではありません。 私たちにとって重要なことは、デシベルと混同しないことです。

0 デシベル SPL (音圧レベル) は、人にとっての静寂を意味します。 以下に比較のための典型的な値をいくつか示します。

• 15 dB – 「かろうじて聞こえる」 – 葉のカサカサ音のような音です。
• 35 dB – 「はっきりと聞こえる」 – たとえば、くぐもった会話、図書館の静かな環境、エレベーター内の騒音など。
• 50 dB – 「はっきりと聞こえる」 – これは、中程度の音量での会話、静かな通り、または洗濯機の動作に似ています。
• 70 dB – 「騒音」 – たとえば、1 m の距離での大声での会話、タイプライターの騒音、騒がしい通り、または 3 m の距離で作動する掃除機の騒音。
• 80 dB – 「非常にうるさい」 – これは、1 m 離れたところにある大きな目覚まし時計、叫び声、マフラーを付けたバイクの音、またはトラックのエンジン音のようなものです。 このような音を長時間聞くと難聴を引き起こす可能性があります。
• 95 dB – 「非常にうるさい」 – たとえば、7 m 離れた地下鉄の車両の騒音や 1 m 離れた大音量のピアノの演奏。
• 130 dB – 「痛み」はサイレン、リベットを打ち付けるボイラーの騒音、最も大きな叫び声、またはマフラーのないバイクのようなものです。
• 160 dB – 「衝撃」とは、鼓膜が破裂する可能性が高いレベルです。たとえば、耳に近づいた散弾銃の爆発、車のサウンド システムの競技会、超音速航空機や 0.002 メガパスカルの爆発からの衝撃波などです。

録音。 ボリュームとゲイン

音を録音するときは、空気中の周期的な音の振動を電気的な振動に変換する必要があります。 1857 年にフォノオートグラフが発明されて以来、科学者や技術者は音声を録音するさまざまな方法を実験してきました。

最も効果的で安価な方法は、マイク、磁気ピックアップ、圧電ピックアップ (弦楽器、場合によってはピアノなどの打楽器用) などの電気デバイスを使用することであることがわかりました。

これらの電気音響デバイスは、空気の音圧変動を遮断し (磁気ピックアップは弦の振動を記録し、圧電センサーはボディの振動を記録します)、それらをアナログ電気信号に変換します。

この変化の瞬間、私たちにとって音は「消える」のです。 この後、作業中は「静かな」電気振動のみを扱います。

アンプ、アナログ エフェクター、テープ レコーダーなどの音楽機器の内部に伝わるのはこれらの振動です。これらの振動は、増幅され、処理され、あるいは単に磁気テープに記録されたかにかかわらず、再び音に変換される必要があります。特殊な装置を使って空気振動を音にします。 この装置をスピーカーと呼びます。

アナログ信号の主な特性は、時間的に連続し、ミリ秒ごと、または少なくとも 100 万分の 1 秒ごとに連続し、特定のパラメータを持っていることです。 たとえば、サウンドのアナログ電子表現の場合、これは振幅 (平均からの値の最大の広がり) になる可能性があります。

マイクから受信したアナログ信号は、一定期間にわたる音圧の頻繁な変化の履歴を示します。 たとえば、ヴァースとコーラスで 2 分間のボーカルを計画した曲を歌うと、レコーディングの際に、いわばマイクの膜にかかる音圧の変化の記録が得られます。

音の振動を変換して得られる電気アナログ信号は、正弦波状のグラフで表すのが最も簡単です。 実際、音楽的なサウンドと非音楽的なサウンドは、正弦波の複素数の合計です。

しかし、それは単純な場合もあります。アナログ トーン ジェネレーターが、たとえば 440 ヘルツ (注「A」) の周波数を持つ 1 つの正弦波を与えると、スピーカーから明瞭ではあるが退屈な「ビープ音」が聞こえます。

そして最後に、ここで利益を得ることができます。 ゲインという言葉は利得を意味します。 アンプとサウンドカードのレギュレーターでレベルを設定します。 これは、歪みが始まる限界を超えて信号を増幅できるという点で、「音量」または「音圧レベル」（レベル）コントロールノブとは異なります。

ここで、さらに詳しく見てみましょう。正弦波 (電化製品内部のアナログ信号を象徴し視覚化していることを思い出してください) は、周期的に繰り返される対称的な丸い「山」と「谷」です。

「山」の高さと「谷」の深さ (つまり、振幅) を増やすことも、言い換えれば、「信号を強化」したり、「ゲインを追加」したりすることは、無制限ではありません。

ここではデバイスの回路設計については説明しません。各デバイスには、デバイスが信号の振幅を「壊す」ことなく比例的に増加できる物理的な制限があると信じて受け入れましょう。

ゲインが臨界点に達し、許容値を超えると、デバイスの物理回路は上からの「山」を遮断し、下からの「谷」を切り取り始めます。

エンジニアリング用語では、これを「アナログ クリッピング」と呼びます。 この場合、有用な音声信号に加えて、スピーカーから喘鳴、カタカタ音、パチパチ音が聞こえることがあります。 オーディオ工学では、これは「非線形歪み」とも呼ばれます。

これで、音楽テクノロジーにおける音量レベルは、信号が歪み始める限界を超える前の信号の振幅の変化であることが理解できます。 そして、「利益」はこれらの限界を簡単に超える可能性があります。

この矛盾は、ゲインが許容値を大幅に超えて増加しても、(処理された信号が出力される) スピーカーによって生成される音圧が必ずしも増加するとは限らないということです。 上記はデジタルオーディオ処理にも当てはまります。

たとえば、処理された信号をサウンド カードに送信する DAW 内で、仮想コンソールのゲインをクリッピングして非常識な値のゾーンまで上げても、実際の音量レベルの増加は発生しません。 オーディオ モニターのスピーカーでは、歪みがさらに増大するだけが聞こえます。 これは、「デジタル」における音の特殊な表現によるもので、これについては以下で少し説明します。

とりあえず、「マイナスデシベル」の話に戻りましょう。 dB は、何らかの基準点に関連する場合にのみ意味をなす相対単位であることに注意してください。

サウンドレコーディングでは、このようなポイントは、それを超えると歪みが始まる信号レベルとみなされます。 それは「ゼロ」として指定されます。 「ゼロまで」ゾーン内のすべてはクリッピングのない信号であり、そのレベルは「マイナス」付きの dB 単位で示されます。 上記のものはすべて、振幅のカットオフ (「山と谷」) を持つ歪んだ信号です。 そして、それをdB単位で「プラス」を付けて表します。

アナログ機器とデジタル機器の両方で、音量レベルを「マイナス」デシベルで表示するのが通例です。 便利で視覚的です。

デジタルでは音量はどうなりますか?

当社のサウンド カードでは、アナログ信号はまずプリアンプによってわずかに増幅され、次にアナログ - デジタル コンバーター (ADC) を通過します。 単純化すると、ADC は次のように動作します。

1. 1. 周波数帯域を遮断し、人間にはまだ聞こえない20ヘルツ以下の音などの不必要なものを除去します。
   2. ADC は連続信号を特定の数の個別の値に分割します (サンプリングと量子化)。つまり、実際には滑らかな正弦波を一連の「列」に変換します。

サンプリング周波数によって、そのような「列」の数が決まります。 量子化ビット深度、つまり「ビット深度」によって、各「列」表現の精度が決まります。

サンプリング レートが高くなるほど (バーの数が増えれば)、デジタル信号は元の滑らかな正弦波に近づきます。

ビット深度は、特定の時点での信号測定の精度に影響します。 ビット数が多いほど誤差は小さくなります。 オーディオの 16 ビットは悪くありませんが、24 ビットの方がさらに優れています。

• ADC は各「列」をエンコードまたは「デジタル化」し、シリアル番号を持つ特定の番号として表します。

当社のデジタル オーディオ ステーションでは、物理的なサウンドは、最初にアナログ信号に変換され、次に ADC を使用してデジタル信号に変換され、一連の数学的抽象化になります。 音は単なる数学であることを理解することが重要です。 ワイヤーやソフトウェアには実際の「音」はありません。

デジタル オーディオ ステーションの「ゼロ」ボリューム レベル (それを超えると歪みが始まります) にも条件があります。 24 ビット ADC 深さの場合、「デジタル ゼロ」はちょうど 24 個のバイナリ「セル」であり、それぞれに値「1」が含まれます。

25 番目以降のすべてのセルが欠落しているため、「ゼロ」を超える信号の音量は増加できません。 その代わりに、どんどん歪みが加わっていきます。

デジタル オーディオ ステーションでボリューム レベルを操作する場合、歪みを避けることが重要です。 オーディオ ステーションのマスター バスから収集されたデジタル信号がデジタル - アナログ コンバーター (DAC) に送信され、オーディオ モニターまたはヘッドフォンに出力されるからです。 ここでは、オーディオ トラックの損傷を示す歪み (クリッピング) が聞こえます。 テープにわずかな歪みを加える場合など、サウンド エンジニアが意図的に歪みを使用できる場合など、歪みが心地よい場合もあります。

DAW で音量レベルを処理する方法

西洋でも東洋でも、サウンドエンジニアが常駐しているか、サウンドエンジニアと契約を結んでいる世界的なレーベルは、通常、マスタリングを行わずに、ピーク時の音量レベルが -6 dB 以下のミックスとステムをミュージシャンに要求します。 これは、さらなる処理のための「ボリュームのヘッドルーム」を確保するために必要です。

ここで話しているのはピークのことであり、RMS または LUF (知覚ラウドネスを組み合わせた正式な平均ラウドネス) で測定されるサウンドトラックの平均音圧レベルではないことを理解することが重要です。

論理と経験によれば、音声、生楽器、シンセをサウンド カード経由で録音する場合、入力のゲイン レベルを制御し、DAW 内で -dB レベルを確認できることがわかります。

入力で記録された信号のピークが決して -6 dB を超えないようにしてください。-5 dB は許容範囲であり、「収入」が 0 dB に達しないようにしてください。

DAW 内でバーチャル シンセやサンプリング インストゥルメントを使用すると、もう少し自由に感じることができます。 ただし、バーチャルインストゥルメントや処理プラグインの出力には、ボリュームに常に「ヘッドルーム」がある必要があります。

プロジェクトでアレンジメントを開始するときは、すぐにすべてのトラックの DAW コンソールのフェーダーを -10、できれば -12 dB に設定することをお勧めします。 これにより、ボリューム予約が作成されます。

サウンドトラックには通常、ドラマが含まれていることを覚えておくことが重要です。 音楽的なイベントが展開され、クライマックスにつながります。 そして、多くの楽器が同時にフォルテに入る場合、マスターバス上の合計信号レベルは必然的に特定のトラックの信号レベルを超えます。 したがって、最終処理（マスタリング）のラベルは、ピークが -6 dB を超えないファイルを提供する必要があります。

後で各トラックのレベルを下げるために時間を無駄にするよりも、アレンジやプリミックス中にマスターバスでこのレベルを超えないようにする方が賢明です。 また、ボリュームの自動化が追加の問題を引き起こす可能性があることにも注意する必要があります。 当初意図していたものと同じ画像を予備ミックスに含めることをお勧めします。

ミックスが「静か」に聞こえるのではないかという懸念は、多くの場合根拠がありません。 DAW のサウンドは決して実際には「静か」ではありません。それは単なる数学的な抽象化です。 -8 dB、さらには -10 dB のピークを持つステムまたはドライ ミックスを与えられたラベル エンジニアは失望することはありません。 彼は必要な調整をすべて自分で行います。

DAW で音量レベルを操作する場合、ほとんどの問題を回避するために従うべきルールがいくつかあります。