3-5 デジタル機器

  
  
   

   

3-5-1 PCMプロセッサ

   

    写真3-5-1 PCMプロセッサ
    一番最初に民生用としてデビューしたデジタル録音メディアは、PCMプロセッサで、つい最近まで簡易デジタル録音の主役だったんだけど、その後相次いでDATやMDやDCCやCDRが登場してきたために、現在では余り使われなくなっている。(一部の保存用の用途や、有線なんかではまだ現役だけど)

    PCMってのはパルスコードモジュレーション(Pulse Code Modulation)のことで、大雑把にいってしまえばサンプリングのことだ。(正確にはサンプリングはPCMの一部分をいう)だからPCMプロセッサというのは、録音時にはアナログ信号をデジタル化して、再生時にはデジタル信号をアナログ化する器械のことだ。・・・ということはデジタル機器は、みんなPCMプロセッサであるということになってしまうんだけど、まあ一番最初に単体で出た機器なので、慣用的にこの名前で呼んでいる。

    ただしPCMプロセッサ自体には信号を記録する部分はないので、なにかデジタル信号を記録する器械が必要になる。で「どっかに適当な奴は・・・」とPCMプロセッサが探していたら、運悪く目があってしまったのがVTR、つまりビデオデッキだ。VTRには音声を録音するトラックももちろんあるんだけど、PCMプロセッサが目につけたのは映像用のトラック。映像用のトラックは音声トラックに比べて、はるかに広い帯域の信号を記録することが出来るからなんだな。

    PCMプロセッサが出た当時、デジタル録音なぞパンピーにとっては高嶺の花だったので、PCMプロセッサだけを購入すれば、手持ちのVTRを使えるというのは結構魅力的だったわけだ。それにビデオテープをそのまま使う仕様上、テープの長さだけ録音が可能なので、3時間近い長時間録音が出来ることも魅力だった。その他のメリットとしてはEIAJ規格による規格統一がされているので、互換性に優れることと、基本的にはVTRを選ばないので、業務用のVTRはもちろん、家庭用のVTR(VHSでもβでもよい)でも録音が可能だという点だ。またビデオテープは比較的安価なので、ランニングコストが余りかからないという点も見逃せないな。

    それでは、何で最近は余り使われなくなってしまったかというと、・・・・・

         

  1. ビット数が14ビット(0〜16383)

    最近のデジタル機器は16ビット(0〜65535)が標準なので、14ビットでは少し見劣りしてしまう。PCMプロセッサの中にはオプションで、16ビット録音が可能なものもあるけど、これは本来エラー訂正用のエリアを音声用に振り分けているので、14ビット録音に比べてエラー訂正が甘いといった欠点がある。

    ちなみに、一時期小規模のスタジオでスタンダードとなっていたのは、PCMプロセッサと業務用VTRの組合せだ。PCMプロセッサをCDのマスタリング用として使用する時には、CDは16ビットなので、14ビットではコピー元よりもコピー先の方が性能が良くなってしまうので、しかたなく16ビットモードを使用するんだが、16ビットモードは前述の通りエラー訂正が甘くなってしまう。で、エラーをおきにくくするためには、VTR側の精度を上げてやるしかないというわけで、VTRを業務用のものにして安定性を高めるわけだ。

       

  2. テープオペレーションが不便

    一番困るのはキューイング(アナログテープレコーダなどで、早送りや巻き戻し時にテープをヘッドに近づけて「キュルキュル」といった音を出して、テープの頭出し等を行うこと)が出来ない事だ。頭出しをするには、早送りや巻き戻しをしてから停止して、少し前になったら再生状態にしてここだぁ!と思ったところでポーズするという原始的な方法しかないわけなんだけど、正確な頭出しはまず不可能だし、VTRのメカを流用しているので、早送り巻き戻し再生と切り替える度に数秒間待たされるのはかなり苦痛だ。


    



   
3-5-2 CD

   

    CDとは知っての通りコンパクトディスク(Compact Disk)の略だ。「中日ドラゴンズ」だとか「クリスチャンディオール」だとか「キャッシュディスペンサー」だとかいうボケは、すでにオヤヂが入っているので、使わないようにしよう。それでCDの大きさは、いわゆるCDが12cm、シングルCDといわれるものが8cmとなっている。開発当初は10cmで60分間の音楽信号を記録する規格の予定だったんだけど、ベートーベンの交響曲の何番かが70分程度あって、「こんな有名な曲が入らないようなものは音楽を記録する物とはいえん!」ということで、現在の12cmに落ちついたらしい。

    周波数特性 20Hz〜20kHz サンプリング周波数 44.1kHz
    ダイナミックレンジ 90dB以上 量子化ビット数 16ビット直線
    ひずみ率 0.05%以下 変調方式 EFM
    ワウフラッタ 水晶精度 誤り訂正方式 CIPC
    表3-5-1 CDの規格

       

  1. 周波数特性

    周波数特性が20Hz〜20kHzというのは、サンプリング周波数が44.1kHzだから、デジタル部分の周波数特性は、限りなく0に近い周波数から、44.1kHzの半分の22.05kHzになる訳なんだけど、D/Aコンバーターの回路特性によって不必要な低域を除去したり、サンプリング周波数の信号回路の混入を防ぐため、余裕を持ってLPFを設計してあるために、周波数特性が少し悪くなって、20Hz〜20kHzという周波数特性になるわけだ。

      

  2. ダイナミックレンジ

    ダイナミックレンジは量子化ビット数に関係していて、デジタル部分では16ビットは65536通りの信号の大きさの違いを認識できるわけで、20log10 65536=96.33dBがデジタル部のダイナミックレンジになる。ところがこれもD/Aコンバーターの回路が持つわずかなノイズによって小信号時の違いが判別できなくなるので、結果としてCDのダイナミックレンジは90dB以上という表示になっている。

       

  3. ひずみ率

    原音に対して出力された音がどれくらい変化しているかを表す値だ。「歪」という字が当用漢字から外れたためにひらがなでの表記になっている。ちなみに「歪率」と書いてあったら「わいりつ」と読むのが正しいそうだ。で、これがどういうカラクリで0.05%パーセント以下という数字になるのかは勉強不足のためちょっと私には判らない。ごめん。ただ0.数%から数%のひずみ率を持つアナログメディアに比べれば文字どおりけた違いに良い数値なことだけは確かだ。

       

  4. ワウフラッタ

    ワウフラッタというのは「ワウ」と「フラッタ」の合字で、どちらも回転ムラを表すものなんだけど、「ワウ」の方が比較的周期の遅いもので、「フラッタ」の方が比較的周期の速いものということになっている。で、CDを見てみると、トレイの上にディスクを乗せてぶん回しているだけなので、どう考えてもレコードのターンテーブルやアナログテープレコーダほど正確に回るようなメカニズムだとは思えない。実際この時点ではかなりのワウフラッタが存在する訳なんだけど、CDはこの時点でワウフラッターがあろうが無かろうが関係ないのだ。なぜかというと、CDはディスクからデジタルデータを読み込んで、そのデータを一旦RAM(ラム Random Access Memory)に書き込んでから、D/Aコンバーターに送っているわけで、この時点では順番さえあっていれば良いことになるわけだ。

    ということで回転ムラがでてくる可能性があるとすれば、RAMから読み出すときのスピードが変化することということになるんだけど、(別にRAMは回転しているわけではないので、ワウフラッターというのはおかしな話なんだけど、ここで読み出すスピードが変わると、レコードのターンテーブルや、アナログテープレコーダのワウフラッターのような影響がでるので、通常ワウフラッターという言葉が使われる)RAMからデータを取り出すスピードは、水晶発振器というものを使って決めていて、精度は水晶に影響されるので「水晶精度」というわけだ。一般向けの技術としては水晶発振器はもっとも正確なもののうちの1つなので、水晶精度といえば実用上ワウフラッターはないといっているのと一緒だ。(ワウフラッターを計測する器械の基準が水晶発振器なので、「測定可能値以下」というような書き方をしてあることもある)

       

  5. サンプリング周波数

    これは44.1kHzで固定だ。

      

  6. 量子化ビット数

    16ビット直線と書いてあるけど、16ビットリニアといってもいい。要はアナログデータの振幅に同じ割合で16ビット分を割り振って量子化したものだ。

      

  7. 変調方式

    EFMというのはEight to Fourteen Modulationの略で、8ビットを14ビットに直すという意味だ。何でいきなり8ビットとか14ビットとか今まで出てこなかったようなものがでてくるのかというと、16ビットをいったん8ビット2つに分けて、さらにその8ビットを14ビットにして記録するというややこしいことをやっているんだな。何故こんな事をしているのかというと、例えば「0000000000000000」や「1111111111111111」のように同じ数が連続すると、信号をうまくピックアップできないからなんだな。それで、「1と1の間には必ず0が2個以上10個以下含まれること」という決め事がしてあるわけだ。これを行うためにまず14ビットの組合せ(16384個)の中から、上記の決め事にあう組合せを抜き出すと、267通りある訳なんだな。(逆に言うと、上記の組合せを256以上含むのには、14ビット必要ということだ)で16ビットの信号を8ビットに分けてある訳だから、267通りの中からあらかじめ8ビット分の256通りの組合せを選んでおいて、それに置き換えるわけだ。この置き換え(=変調)をEFM(Eight to Fourteen Modulation)というのだ。よくわからんでしょ?(^_^;

       

  8. 誤り(=エラー)訂正方式

    記録された信号を正しく取り出すための技術で、デジタルメディアにはなくてはならない技術だ。例えば「頑固一徹」という言葉を記録したとして、アナログメディアで2読み込みエラーが起きても「んこいっつ」というように、音がぶれたりするだけで音の本質には影響を与えないけど、デジタルメディアでは基本的に0と1の組み合わせで判断するので、"10000000000100"を"10000000000101"と読み込みエラーを起こしただけで、「まんこいっぱつ」のように全然違う内容に置き換えられてしまう可能性がある訳だ。

    そこでデジタル録音メディアには必ず誤り訂正機能が組み込まれているんだけど、でその誤り訂正方式としてCIRCと書いてあるけど、これはサークと読む。クロス・インターリーブ・リードソロモン・コード(Cross Interleave Read-Solomon Code)の略なんだけど、クロス・インターリーブという技術とリードソロモン・コードという技術の組み合わせだ。

    クロス・インターリーブというのは簡単にいうと、データを連続的に記録しないで、あちこちに分散して記録する方法だ。エラー訂正は長時間エラーが連続すると訂正が不可能になるので、まとまって1秒間エラーが起きるより、0.1秒間のエラーが10回の方がいいという考え方だな。リードソロモン・コードというのはなんか哲学的な名前だけど、(何となく「賢者の書」みたいなイメージがない?)人生そんなにドラマチックじゃなくて、これは単純に1960年この理論を考えたリードとソロモンという2人のおやぢの名前からきている。コードというのは符号とか暗号とかいう意味だ。でその理論はかい摘んでいえば、記録するときに信号に特殊な記号を混ぜておいて、読み込み時にそれによって正しく読み込んでいるかどうかを判断するものだ。このCIRCの技術はすべてのデジタルメディアのエラー訂正に使用されていると言っていいほどよく使われている技術だ。

    それでCDはレコードと逆に、円盤の内側から読み込みを始めるんだけど、最初の部分にTOC(Table Of Contents)という情報が入っている。ここには「このディスクには何曲入っていて、それぞれの曲は、何分何秒から何分何秒まで」というような情報や、「全体で何分何秒」などの情報が記録されている。だからみんなはCDをCDデッキに入れてすぐに頭出しをしたり、何曲入っているか、トータルで何分かなどがすぐ判るようになっているわけだ。またさらにCDには記録容量の約3%分のサブコード領域というものが確保されていて、ここに色々なデータを書き込むことが出来るようになっている。ユーザーズビット(User's bit)とも呼ばれるこのサブコード領域は、P.Q.R.S.T.U.V.Wの8つの領域が有るんだけど、普通のCDで使われているのはPとQで、ここに通常の音楽用CDに必要な情報が入っている。(Pには記録された内容の区切りや有無の情報、Qには曲番や絶対番地、インデクスやプリエンファシスの有無などの情報が入っている。CDのマスタリングに使う機械を「PQエディタ」といったりするのはこのためだ。)ということはあと6つのユーザーズビットが空いているわけで、ここに他の情報や静止画像を入れたりすることが出来る。(動画像はデータ量が多いので記録できない)場末の飲み屋のカラオケなどで、動かないへたくそな画像が出てきたら、それはこのユーザーズビットに入れた静止画像だ。

      




  
3-5-3 CDV

  





3-5-4 DAT

  

    現在ユーザー側で録音の出来るデジタルメディアで、MDの次に普及しているのがDATだ。(一般用としてはかなり苦戦しているが)DATとはDigital Audio Tape-recorderの略なので、本来デジタル録音の出来るテープレコーダの総称なんだけど、ここではいわゆる一般的なDATについて説明しよう。現在製品化されているDATは、回転ヘッドを使ったR-DATと呼ばれるもので、一応世界共通の規格があるんだけど、あとから色々な規格が追加されたり削除されたりしているので、ちょっとばかり詳しく見ていくと結構混乱する。それでは混乱させてあげよう。DATには現在ほとんど無用の長物と化した規格を含めて6つのモードが存在する。

      モード サンプリング
    周波数
    ビット数 チャンネル数 C-120テープでの
    録音可能時間
    標準 48kHz 16ビット
    直線
    120分
    標準 44.1kHz 16ビット
    直線
    120分
    オプション1 32kHz 16ビット
    直線
    120分
    オプション2 32kHz 12ビット
    非直線
    240分
    オプション3 32kHz 12ビット
    非直線
    120分
    ワイド
    トラック
    44.1kHz 16ビット
    直線
    120分
    表3-5-2 DATの規格

       

  1. 標準(48kHzモード)

    これは普通みんながアナログソースをDATに録音するときに使われるモードで、録音が可能なDATデッキには必ず備えられているモードだ。サンプリング周波数は48kHz、ビット数は16ビット直線。名前の通りDATの標準規格だな。当初は120分テープしかなかったので、最長記録時間は120分だったけど、現在は180分のテープがあるので、最長記録時間は180分だ。

       

  2. 標準(44.1kHzモード)

    標準48kHzモードのサンプリング周波数だけを44.1kHzに換えたようなものだ。意外にこのモードを装備しているDATデッキは少ないけど、CDとサンプリング周波数が一緒なもんで、CD用のマスタリングとして使うには便利。

       

  3. オプション1

    標準48kHzモードのサンプリング周波数だけを32kHzに換えたようなもので、衛星放送のAモード用の規格だ。みんなにはほとんど関係ないし、このモードを装備しているDATレーコーダも一般にはない。

      

  4. オプション2

    長時間録音モード。LPモードともいわれるんだけど、これはサンプリング周波数とビット数を低めに設定して時間当たりのデータ量を約半分に減らし、その代わりに倍の時間録音できるようにしたものだ。まあVTRでいえば3倍モードやβIIIモードのようなものだな。サンプリング周波数は32kHzで量子化ビット数は12ビット非直線。据え置き型のDATならほとんどのものにこのモードは装備されているけど、音質を犠牲にして時間を稼ぐという使い方はあまりDATではしないので、まず使われることがないモードだ。

    ただし今までは、PCMプロセッサを使ってVTRの「3倍モード」やβlllモードでしかできなかった(だけどPCMプロセッサの所でふれたように、PCMプロセッサでVTRのスピードを落として録音するのはかなりリスキーだ)デジタルによる長時間録音が、安定した性能で可能になったという点は大きいと思う。180分テープを使えば最長6時間までの連続録音が出来るわけだ。

       

  5. オプション3

    標準48kHzモードから、サンプリング周波数とビット数をおとして、時間当たりのデータ量を少なくするのはオプション2と一緒だけど、このモードは録音時間を倍にするんじゃなくて、トラック数を倍にして4トラックにしている。ただしDATはMTRとしての規定はないので、せーので4トラック同時に録音再生するだけだ。だからこのモードは4トラックモードとはいわずに、4チャンネルモードといっている。わしは実際にこのモードで録音されたテープや、このオプションを装備したDATを未だに見たことがない。

       

  6. ワイドトラック

    今までのモードは録音再生を前提としたモードだったんだけど、これは再生専用のモードだ。当初はCDみたいにソフトを発売してもーけようということを考えていたわけだ。もちろんどんなDATでも、このワイドトラックは再生出来るんだけど、大量生産に都合のいいテープの磁性体を使用しているので、それに関係する部分に規格が他のものと少し違う。それと売り物という事で間違えてサブコード情報(曲の頭や時間の情報など)を書き換えられては困るので、このモードだけは勝手に書き換えたり出来ないように音声信号に混ぜてこれらの情報を記録している。まあ使う分には気にする必要は全くないんだけどね。サンプリング周波数は44.1kHz、ビット数は16ビット直線だ。

    以上のような6通りのモードがDATには存在するのだ。まあ実際使うのは標準48kHzモードだけだと思うけどね。

      




  
3-5-5 DATのサブコード

   

    デジタルメディアには、サブコード領域と呼ばれるコントロール信号などを書き込める部分があって、これが今までのアナログ録音メディアにはない特徴になっている。このサブコード領域は音声を録音する部分と独立しているので、DATやMDなどはサブコードをあとから音声信号に影響を与えずに、書き込んだり消したり出来るのだ。ここではDATのサブコードを例にとって説明しよう。

    DATのサブコードは下記のように最大7つの情報を扱うことが出来る。

      

  1. スタートID

    図3-5-1 DATのサーチ記号
    スタートIDはサブコードの中で最も重要なもので、頭出しの基準となるIDだ。音楽を録音した場合は、曲の頭ごとにこのスタートIDを書き込んでおく。そうするとサーチボタンを押したときに、サーチした方向の次のスタートIDに移動してくれるのだ。例えば早送りサーチを1回押すと次のスタートID、巻き戻しサーチを2回押すと2つ前のスタートIDというようにね。(ちなみに録音中はサーチボタンは効かない)再生中のサーチで間違えやすいのは、巻き戻しサーチをするときに、今かかっている曲の分のスタートIDを忘れてサーチしてしまうことで、例えば1曲前の曲の頭まで戻りたいのだったら、1回じゃなく2回巻き戻しサーチボタンを押さなきゃだめだぞ。

    このサーチボタンはCDにも付いてるけど、通常の早送り巻き戻しボタンの記号に一本棒が入ったような記号をしている。CDやDATにはA面B面がないので、必ず右向きの矢印は早送り方向、左向きの矢印は巻き戻し方向になる。

    録音時に、無音状態が数秒続いたあとに音が入ってきたら、自動的にスタートIDを書き込んでくれるのがオートIDというもので、結構便利な機能だけど、フェードインの曲なんかは、ある程度以上の音量にならないとIDを書き込んでくれなかったり、ライブを通しで録音するときなんかは、曲以外の所で、しゃべりがとぎれる度に新たなIDを書き込んでいくので、30分程度の録音で100個以上のスタートIDが入ってしまったりと、決して万能ぢゃない。まあライブ録音の時なんかはオートIDをオフ、その他の時はとりあえずオンにしておいて、後からきちんと入れ直すというのが常識人の使い方だ。このスタートIDや次のエンドIDやスキップIDは、1つにつき約8秒間を必要とするので、1つのIDを書き込んだら8秒以内に次のIDを書き込むことは出来ない。

      

  2. エンドID

    エンドIDというのは、テープに記録された内容を最後の部分に入れるIDだ。180分テープで1分しか使ってなくても、このエンドIDが入っていればDATレコーダはこのテープの終わりとみなすわけだ。これはスタートIDの時のオートIDのようにDATデッキが勝手に入れてくれるオプションはないので、録音中か後でマニュアルで入れる。このエンドIDは入れないと困るもんでもないけど、テープを何回かに分けて録音するときなんかはどこまで録音してあるかがすぐ判るので、入れておいた方がいい。

      

  3. スキップID

    なかなか楽しそうな名前なんだが、スキップというのは「とばす」というような意味に取っておけばいい。このIDが入っていると、そこから次のスタートIDまでテープを早送りサーチするという物なんだけど、通常はさらにDATレコーダ側でスキップ機能をオンにするかオフにするかの切替があるので、これがオフになっているとスキップIDは無視される。

      

  4. プログラムナンバー

    プログラムナンバーというのは、テープの頭からのスタートIDの順番の番号ことで、テープの最初から順番に録音していってオートIDをオンにしておけば、勝手に打っていってくれる。ただし途中まで録音済みのテープの途中から録音したり、あとから途中にスタートIDを書き込むと、プログラムナンバーは途中から狂ってくるので、リナンバー機能を使ってプログラムナンバーを打ち直してやる必要がある。

      

  5. プログラムタイム

    プログラムタイムというのはIDとIDの間の時間。プログラムナンバーを打ってある場合は、そのプログラムの長さといういい方もできる。

      

  6. アブソリュートタイム

    テープの先頭からの時間。

      

  7. TOC

    TOCというのはCDの所で出てきた物と一緒。私はDATでは見たことがないのでよく判らないんだけど、多分ワイドトラックモードで録音されたミュージックソフトテープ用の物だと思う。

    以上のサブコードを図でまとめとこう。

    図3-5-2 DATのサブコード