デジタル録音

デジタルオーディオ録音は、磁気テープ、光ディスク、またはその他のメディアに保存できる一連の 2 進数としてオーディオまたはビジュアル信号を保存することです。このテクノロジーは、音楽業界や他の多くの分野で広く使用されています。

音声を録音するには、アナログ - デジタルコンバーターがマイクからの電気音波またはアナログ視覚画像を情報に変換します。デジタル技術は、その出現以来、その安さと使いやすさにより、ゆっくりと、しかし確実にアナログ機器に取って代わりました。現在、デジタルオーディオは、プロとアマチュアの両方のほぼすべてのスタジオの標準となっています。しかし、実際にその仕組みを理解している人は驚くほど少ないです。そこで、今日は音楽録音におけるデジタルオーディオの基本についてお話します。

創作の歴史

最初の録音装置の発見からデジタル録音の導入までに 100 年が経過しました。その間、絶え間ない技術の進歩と科学者や技術者による終わりのない革新により、機械的なサウンドのキャプチャ、処理、再生のさまざまな波が生まれました。コンピューターとデジタルサウンドの発明により、レコード業界は大きな一歩を踏み出しました。それは、蓄音機の録音振動板によって音の情報が収集され、慎重に彫刻された単純なブリキ箔とワックスシリンダーから始まりました。その後、マルチチャンネルサウンドを楽しめるカセットの開発が続けられました。

日本人はデジタル録音の先駆者であり、60年代後半にそのような録音を磁気テープで保存し、一般に公開することができました。 10年後、ソニーのオーディオレコーダーが登場しました。アナログからデジタルサウンドを作成し、VHSに保存することができました。それにもかかわらず、音楽は依然としてレコードで販売されていました。

状況が変わり始めたのは、ソニーとパナソニックが最大 150 分の高品質サウンドを保存できる真のデジタルメディアである CD を紹介し始めた 1970 年代後半でした。 CD はアルミニウム箔の薄い層を使用して情報を保存し、その上に数百万ビットのデータがレーザーで読み取って電子的にアナログ信号に変換できるパターンで刻印されています。

CD の出現により、エンジニアはついに針と記録材の間の摩擦によって生じるノイズを排除できるようになりました。このことや他の多くの利点により、CD は 20 世紀後半から 21 世紀初頭にかけて最も人気のあるオーディオ媒体の 1 つとなりました。しかし、CD はほぼ完璧な音質を提供し、ユーザーによって簡単に海賊版にされるため、音楽業界は CD に懐疑的でした。これらの問題を解決するために、1987 年にデジタルオーディオカセット (DAT) と呼ばれる別のデジタルメディアが作成されました。この新しい形式は北米である程度の成功を収め、現在でもプロのオーディオ録音を操作するための好ましい方法の 1 つとして生き残っています。

21 世紀初頭は、物理メディアに縛られないデジタルサウンドの成長が見られました。圧縮コーデック (主に MP3)、インターネットインフラストラクチャ、およびパーソナルデジタルプレーヤーの小型化の進歩により、ユーザーはデジタル録音をどこにでも持ち運べるようになりました。 1990 年代後半には影響力のある MP3 プレーヤーがいくつかありましたが、Apple iPod の登場により音楽業界は大きく変わりました。それは、今日のデジタル音楽ストアと顧客向けのインターネット配信インフラストラクチャの基礎を築いた、非常に人気のあるオーディオプレーヤーです。

アナログ録音との比較

1970 年代のデジタル革命以前に広く使用されていたのはアナログ録音だけでした。彼らは、ロングプレイ (LP) レコード、8 トラックテープ (金属または磁気テープ上の)、オーディオカセットなど、現在では時代遅れになったさまざまな方法を使用しました。 20 世紀初頭から 1970 年代までは、アナログシステムが録音には理想的であるように見えましたが、世紀末のコンピューター革命により、デジタル処理の高速性やその他の特性により、デジタル録音が可能になっただけでなく、多くの人々にとってますます適したものになりました。アプリケーション。

コンピューター、光ディスク、レーザープレーヤー、その他の機器の大量生産によるコストの着実な低下も重要な役割を果たしています。デジタル録音は、適切に実装すれば広いダイナミックレンジと低ノイズおよび低歪みを提供するため、高忠実度の再生を容易に実現できます。

デジタル録音フォーマット

デジタルオーディオファイルはさまざまな形式で作成できます。一般に、圧縮と非圧縮の 2 つのカテゴリに分類されます。

圧縮形式 (MP3 など) は、非圧縮形式よりもファイルサイズがはるかに小さくなりますが、音質が犠牲になります。ポータブルデバイス (MP3 プレーヤーなど) では、低品質と数千のファイルを保存できる機能との間でトレードオフが発生します。 Wi-Fi を使用するか、良好なデータ接続を使用すると、ストリーミングサービス (Spotify など) の品質を向上させることができます。

シーケンサーを使用してサウンドファイルを作成できます。 Amped Studio などの有料サービスと無料サービスの両方があり、オンラインで音声の録音このプログラムで作成されたトラックは、以下で説明するさまざまなデジタル形式で保存できます。録音を友達と共有し、一緒に編集することもできます。

非圧縮フォーマット

このような形式は、オーディオデータの生成に必要な処理がほとんどないため、高品質の再生のためにデータを保存する最適な方法と考えられています。より圧縮された形式を使用すると、一部のシステムでオーディオクラッシュが発生する可能性があります。

AIFF – Apple標準

WAVE (または WAV) – PCM 形式の録音を使用する、Windows システム上の非圧縮 CD 品質のオーディオの標準。 CD 品質の録音のサンプリングレートは 44.1 kHz、解像度は 16 ビットです。

ファイルサイズ：1分あたり約10.1MB。ファイルサイズはオーディオコンテンツではなくファイルの長さのみに依存するため、この数値はすべての CD 品質の WAV ファイルで同じです。

BWF (Broadcast Wave Format) – 放送用のポータブルオーディオレコーダーおよびデジタルオーディオワークステーションで使用されます。

可逆圧縮

このカテゴリの形式には、完全なオーディオ情報が含まれています。ただし、ファイルサイズは小さくなりますが、その代わりにデータストレージの効率が向上します。

ロスレス WMA (Windows Media Audio) – コピーから保護するためのデジタル著作権管理 (DRM) の可能性を考慮して設計されています。

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – オープンソースで、2011 年から無料で使用できます (ただし、元々は Apple が所有していました)。

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – オープンソース、フリーフォーマットライセンス。

非可逆圧縮

MP3 – MPEG1 ビデオ標準の一部として Motion Picture Expert Group (MPEG) によって開発され、後に MPEG2 Layer 3 標準に拡張された圧縮オーディオファイル形式。

音声ファイルの実質的に聞こえない部分を削除することにより、mp3 ファイルは、良好な音質を維持しながら、同等の PCM ファイルの約 10 分の 1 のサイズに圧縮されます。

MP3 ファイルの品質とサイズを変更するために調整できるパラメータが 2 つあります。

ビットレート。
サンプリング周波数。

MP4または M4A – AAC 圧縮に基づく MP3 の後継。

M4P – デジタル著作権管理を備えた MP4 形式の AAC の独自バージョンで、iTunes Music Store からダウンロードした音楽で使用するために Apple によって開発されました。

OGG Ogg Vorbis – 特許フリーのオープンソースの圧縮オーディオ形式。

デジタル録音の長所と短所

デジタルテクノロジーはユーザーに多くの機会を与えました。たとえば、昔はレコーディングをするにはスタジオを使わなければならず、広いスペースと多額の費用がかかりました。必要なのは、スタジオよりも何倍も強力で、コストがはるかに安い強力なコンピューターだけです。

このようなアクセシビリティにより、プロだけでなくアマチュアもサウンドレコーディングを行うことができます。現在使用されているプログラムはサウンド処理に事実上無限の可能性を与えますが、以前はこの目的のために実際のツールが使用されていました。 Amped Studio で数回クリックするだけでユニークなエフェクトを作成できるようになりました。

一般ユーザーにとっても、デジタルオーディオ録音には多くの利点があります。

多くの記憶媒体は非常にコンパクトで、デジタル録音をフラッシュドライブや CD などに何年も保存できます。
特別なソフトウェアを使用すると、古い録音をクリーンアップしたり、ノイズを除去したりできます。
さらに、すべてのサウンドを編集して、エフェクト、音量、周波数などを追加することができます。

インターネットのおかげで、ユーザーはお気に入りの音楽を互いに送信したり、何万もの異なるトラックを聴いたり、自分の音楽作品を公開したりできるようになりました。

また、アナログシステムには、再生や再録音を繰り返すと歪みが大きくなるという欠点があります。コピーを重ねるごとに聞こえは悪くなっていきます。デジタル録音システムでは、この歪みは発生しません。マスター録音には最小限の量子化エラーがあるかもしれませんが、コピーによって悪化することはありません。デジタルマスターは歪みなく何千枚ものコピーを作成できます。同様に、CD 上のデジタルメディアは歪みなく何千回も再生できます。

確かに、デジタルテクノロジーには欠点もあります。その発展に伴い、多くの人がアナログ録音の方が「ライブサウンド」であることに気づき始めました。しかし、これは単に昔を懐かしむだけではありません。デジタル化がすべてなので、サウンドに誤差が加わることもあります。また、「トランジスタノイズ」も独自に調整可能です。この概念には単一の解釈はありませんが、その意味は高周波レベルでの混沌とした振動です。人間の耳は 20 kHz 以下の周波数を知覚するように設計されていますが、私たちの脳はそれより高い周波数も知覚できるようです。この特徴は、デジタルサウンドよりもアナログサウンドの方がきれいだと思わせます。

さらに、機器が媒体上にデータを取り込むのを妨げる塵やその他の汚染により、すべての記録担体は不完全です。アナログ録音では欠陥は可聴ノイズとして現れますが、デジタル録音ではビットストリームにエラーが発生し、ノイズや再生障害が発生する可能性があります。この問題を解決するために、エラー訂正コードがデータストリームに埋め込まれます。これらのコードの一部は非常に複雑になる可能性があり、データがより多くのストレージ領域を占有する原因にもなります。ただし、その結果、ほこりや傷が適度なレベルで、信頼性の高いディスク再生が可能になります。

デジタル録音における重要な用語

ビットとバイト

ビットは、コンピュータメモリ内のデータを含む最小の要素です。 8 ビットで 1 バイトが構成され、コンピュータでは 1 つの項目全体として処理されます。

高密度

これは、大きなオーディオ、ビデオ、またはデータファイルを小さなスペースに保存できることを意味します。

デジタル録音パラメータ

デジタル録音の品質に影響を与えるパラメータは次のとおりです。

アナログ - デジタルコンバーター (ADC) およびデジタル - アナログコンバーター (DAC) の分解能。
ADC と DAC のサンプリングレート。
ADCおよびDACのジッター（信号歪み）。
オーバーサンプリング。

さらに、次のような設定が重要な役割を果たします。

信号に関してどれだけのノイズがあるか。
非線形タイプの歪みの量。
相互変調干渉。
振幅と周波数の不規則性。
相互チャネル浸透のプロセス。
レンジダイナミクス。

デジタル録音プロセスの説明

録音は次のように行われます。

アナログ信号は ADC に送信されます。
この信号の変換の間に、アナログ波が何度も測定されます。その後、ビット数 (語長) を含むバイナリ値が割り当てられます。
次に、ADC がアナログ波のレベルを測定する周波数であるサンプリングがあります。
プリセットされたワード長は音声のデジタルサンプルであり、1 秒間の音声レベルを表します。
ワード長の大きさによって音声波形レベル表示の精度が決まります。
デジタル信号の周波数はサンプリングレートのピッチによって異なります。
結果として得られるデジタルオーディオサンプルは、一定の数値ストリームであり、ADC に出力されます。
結果として得られる 2 進数は、さまざまなメディアキャリアに保存できます。

再生の仕組みは次のとおりです。

数値は媒体キャリアから DAC に送信され、DAC はレベルデータを結合することによって数値をアナログに戻します。これにより、アナログ波形が以前の形式に復元されます。
信号は増幅され、スピーカーまたはスクリーンに送信され始めます。

結論

デジタル録音は音楽業界のみならずその分野に革命をもたらし、アナログの前身は歴史の片隅に追いやられました。その利点と手頃な価格のおかげで、このテクノロジーは多くの分野で応用されており、このテクノロジーなしの今日の世界を想像するのは困難です。