ハイレゾの違いはわからない理由

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私は、イヤホンが好きで音源にも興味を持っています。そこで音源には、MP3,AAC,FLACなどがある中でハイレゾが巷で騒がれています。

私自身も、ハイレゾの興味を持っているので詳しく考えていきたいと思います。

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ハイレゾの議論に入る前に必要な基礎知識

まず、初めに必要な基礎知識としてサンプリング周波数と量子化ビット数についてお話します。

サンプリング周波数

サンプリング周波数とは、1秒間に何回処理をするかを表しています。

式で表すと下記のようになります。fsをサンプリング周波数、Δtを分割数とします。単位はHzです。

$$fs=1/Δt $$

例えば、サンプリング周波数が44.1kHzの場合44100個のデータを処理します。

重要なことは、

デジタル信号は、サンプリング周波数の半分の周波数を再現する事ができます。

量子化ビット

量子化ビットとは、音楽のデータをアナログからデジタルに変更する際にデータを何段階の数値で表現するか示す値です。

言い換えると、1秒間のデータ量を表します。

ビット数は2の累乗で表されるため、16bitであれば$$2^{16}=65536$$となり、65536段階の細かさで表す事ができます。

また量子化ビットをダイナミックレンジ(dB)に換算する式は、下記のようになっています。

$$DR=20\log_{10} 2^n$$

16bitの場合

$$DR=20\log_{10} 2^{16} = 96 dB $$

24bitの場合

$$DR=20\log_{10} 2^{24} = 144 dB $$

となります。

ハイレゾの定義

ハイレゾの正式名称は、「ハイレゾリューションオーディオ」です。

ハイレゾは、CDスペック(44.1kHz/16bit)を超えるデジタルオーディオと定義されています。

例を出すと、

44.1kHz/24bit (量子化ビット数が高い)
96kHz /16bit (サンプリング周波数が高い)

このように量子化ビットorサンプリング周波数がCD音源以上に高いものをハイレゾと定義しています。

人間の聴覚能力

人間は、一般的に20Hz〜20kHzの音を聞く事ができると言われています。

しかし、年齢が上がるにつれて耳は劣化していき40代では17kHzまで下がってきます。

また、人間は100dBのダイナミックレンジまで聞く事ができます。

100dB必要なビット数を計算する為に、下記の方程式を解く。

$$ 20\log_{10} 2^{x} = 100 $$

$$ x = 16.60 \simeq16 $$

まとめると、人間は

20〜20000Hzの音と100dBのダイナミックレンジ(約16bit)

を聞く能力があります。

人間の聴覚能力から考えるハイレゾ

サンプリング周波数

人間は、最大でも20kHzまでしか聞く事ができない。

デジタル信号は、サンプリング周波数の半分の周波数を再現する事ができるので、20kHzの周波数を再現したい場合は、倍の40kHzあれば再現する事ができる。

したがって、理論的には40kHzのサプリング周波数で人間には十分すぎるぐらいです。

CD音源は44.1kHzであるため、十分に満たしています。

量子化ビット

ハイレゾと定義される量子化ビットは16bit以上であり16bitも含みます

人間が聞く事ができるダイナミックレンジも100dBであり約16bitとなっています。

その事から16bitで十分対応できる事がわかります。

実験でハイレゾを判定をしている論文を紹介

  1. ハイレゾリューションオーディオの研究  電気通信大学 博士論文

この論文では、複数の被験者に20種の音源をそれぞれ40回評価しています。 様々な検証をしているので読んでみると面白いです。

結果として、区別できなかったと結果が出ています。

他にも様々なブラインドテストが行われ、正答率は約50%近くになる結果が多数あります。

試行回数を増やすごとに確立は収束していくと考えられます。

そして、下記のサイトで実際に聞き分けるテストができます。

あなたは、聞き分けることができますか?

How Well Can You Hear Audio Quality?
A hi-def test for your ears (and your audio equipment): Listen to these songs and see if you can tell the difference between an MP3 and an uncompressed audio fi...

まとめ

僕の意見としては、ハイレゾは必要が無いと考えています。

メーカーが新しい金稼ぎをするために作り出した形式です。ハイレゾ対応だから少し高めの商品を売り出したり音楽をハイレゾフォーマットでネット配信する事ができるの一つのビジネスだと思います。

そのため、オーディオが好きでいくらでもお金をかけれる人の趣味になると思います。

一般の人は全く気にする必要もないと考ています。

音楽を編集するプロの人などは,ハイレゾの方がデータが細かいため音質良く編集する事ができるのがメリットだと考えています。

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