デジタル オーディオ ファイルの基本を理解する

40 代後半またはそれ以上の方は、自宅でターンテーブルやテープ プレーヤーを使って、店で購入した音楽を聴いて育ったと思われます。 1982 年から 1983 年にかけて、コンパクト ディスクが市場に登場し、音楽の保存方法と輸送方法が完全に変わりました。この記事では、デジタル オーディオがどのように機能するかを見て、アナログ ドメインとデジタル ドメインの間の変換に関するいくつかの神話を払拭します。

デジタル オーディオとは

簡単に言えば、デジタル オーディオ ファイルは、一連のデジタル ワードを使用したアナログ信号の表現です。デジタル ドメイン、つまりコンピューターでは、情報は 1 または 0 として保存できます。

コンピュータは、1 と 0 の文字列を組み合わせて、テキスト ドキュメントの文字、写真の色、プログラムのコマンド、オーディオ ファイルの電圧レベルを表すことができます。

何十年もの間、デジタル ドメインにオーディオを保存するための標準は、深さ 16 ビットで 44.1kHz のサンプリング レートの Red Book Compact Disc Digital Audio (CD-DA) 標準でした。

サンプリング レートは、電圧レベルを測定して保存する頻度を表します。ナイキスト・シャノンのサンプリング定理によれば、音の可聴スペクトル全体をキャプチャするには、正確に再現するには、サンプリング レートが記録する最高周波数の少なくとも 2 倍である必要があります。

アナログ信号をデジタル ドメインに変換する際の 2 番目の考慮事項は、元の信号を適切に表現するために十分な量の解像度を保存する必要があることです。 Red Book 規格では、16 ビットのデジタル ワード長が使用されます。これは、65,536 の電圧レベルを表すために使用できる 16 個の 1 と 0 のストリングがあることを意味します。マイクロフォンの出力をデジタルに変換し、最大電圧が 1 ボルトの場合、16 ビットの分解能は、分解能が 0.000015258789 ボルトであることを意味します。これは非常に詳細です。

最後に、Red Book 規格では、ステレオ録音を作成するために 2 つのオーディオ チャネルを同時にサンプリングすることが規定されています。

CD 品質のオーディオに関する簡単な計算

興味のある方は、CD 品質のオーディオ ファイルの実効ビットレートを簡単に計算できます。オーディオ信号を 1 秒間に 44,100 回サンプリングし、各サンプルには 16 ビット ワードで表される電圧レベルがあり、これを 2 つのチャネルに対して行うため、44,100 回 16 回 2 で 1,411,200、つまり 1.411 キロビット/秒になります。 /P>

クイーンの「ボヘミアン ラプソディ」のような曲を保存するのに必要な容量を計算するには、単純に 1,411,200 に曲の秒数 (この場合は 355 秒) を掛けると、合計で 500,976,000 ビットになります。 60 メガバイトのデータ

デジタル オーディオ ファイルはどのように作成されますか?

アナログ デジタル コンバーター (ADC) と呼ばれるデバイスは、アナログ信号を取得し、それをデジタル表現された値に変換する役割を果たします。これらのデバイスは一般的であり、スマートフォンのマイクまたは車の Bluetooth マイクに接続されています。それらは信じられないほどコンパクトで、最初に導入されたときと比べて安価です。

ADC はいくつかの方法で機能しますが、ここでは基本について説明します。一連のコンパレータ スイッチを想像してみてください。それぞれが次から次へと積み重ねられ、増加し続ける電圧を基準としています。例を単純にして、8 つのスイッチがあり、それぞれが

でトリガーされるとします。

0.125ボルト刻み。アナログ信号をコンパレータ スイッチ ツリーに 0.3 ボルトのレベルで入力すると、下の 2 つのスイッチがオンになり、デジタル ワード 0010 (2) が得られます。電圧を 0.8 ボルトに上げると、最後の 2 つのスイッチを除くすべてのスイッチがトリガーされ、単語 0110 (つまり 6) が得られます。

デジタルで数える

仕組みを理解すれば、デジタルでの数え方は簡単です。デジタル ワードの各スペースは、2 の位置のべき乗の値を表します。したがって、最初のスペースは 2 の 0 乗、つまり 1 です。2 番目のスペースは 2 の 1 乗、つまり 2、次のスペースは 2 の 2 乗、つまり 4 というようになります。

2^0 =1 2^1 =2 2^2 =4 2^3 =8

この形式を使用して値をエンコードするには、1 または 0 を各プレースホルダーに割り当てるだけで、1 のプレースホルダーによって表される合計値が元の値を表すようになります。

0000 =0 0001 =1 0010 =2 0011 =3 0100 =4

0101 =5 0110 =6 0111 =7 1000 =8

上記の例では、3 ビットという非常に低い解像度を使用しています。つまり、8 つの異なるレベルしか表示できません。もちろん、この限られた解像度は、量子化誤差として知られる誤差をもたらします。数学はすぐに非常に複雑になる可能性があります。この例では、理論上のデジタイザは 0.63 ボルトと 0.73 ボルトの電圧の違いを認識していないと言えば十分です。これは大きなエラーであり、オーディオをサンプリングしようとしても機能しません。幸いなことに、解像度が 16 ビットであるため、65,536 レベルから選択できます。

クレイジーな階段グラフはどうですか?

CD 品質のオーディオ解像度と高解像度 96 kHz、24 ビット オーディオの比較を示すマーケティング画像を見たことは間違いありません。

より高いサンプリング レートとより高い解像度を持つという概念は正確ですが、CD 品質のオーディオ信号が何らかの形で損なわれるという意味ではありません。

これを実証するために、Adobe Audition で 2 つの 20 kHz テスト トーンを作成しました。最初のトラックのサンプリング レートは 96 kHz で、解像度は 24 ビットです。

ご覧のとおり、波形は滑らかで詳細に見え、1 サイクルあたり約 5 つのサンプルを示しています。

2 番目のトラックは、44.1 kHz のサンプル レートと 16 ビットの解像度で格納された同じ 20 kHz の正弦波です。

ご覧のとおり、2 つの波形の形状に大きな違いはありません。さらに重要なことは、どちらも正弦波のように見え、どちらも踏み込んでいないことです。

デジタル オーディオについて

オーディオ信号をデジタル ドメインに保存すると、ビニール レコードや磁気テープなどのアナログ ストレージ メディアに比べて、明確なパッケージングと信頼性の利点が得られます。もちろん、デジタル ファイルは時間が経っても劣化しません。デジタル ファイルは、再生速度の問題にも影響されません。ターンテーブルやカセット デッキの再生が遅すぎると、音楽が正しく聞こえません。

今後の記事では、デジタル オーディオ ファイルの保存に使用できるファイル形式オプションについて説明します。それまでは、お住まいの地域の専門のモバイル エンハンスメント販売店に立ち寄って、あなたの車、トラック、または SUV で利用可能な最新のデジタル メディア互換ソース ユニットのアップグレードをすべて確認してください。