音楽ＣＤの音質差についての考察してみました
こんにちは。
先日ＣＤがプレス工場によって音が違うという話を聞きました。
ちょっと気になって音楽ＣＤの規格というものについて調べてみました。
良かったらお読みください。
音楽ＣＤの規格
音楽ＣＤは1970年代にSONYとPhilipsよって共同開発され、1980年代初めに商品化されたものだそうです。
CDのデータ
＜方式＞ステレオＰＣＭ
＜サンプリング周波数＞44.1KHz
＜量子化ビット数＞16ビット
データ量は1秒で176Kバイト、1分で約10Ｍバイトとなります。
この方式では、最大22KHzまでの音声データを記録できます。
人間の聴覚は20～20KHzとなっていますので、十分な帯域を記録出来ていると思われます。
ＰＣＭ方式とは
ＰＣＭ方式は、アナログデータの時間軸に等間隔で標本化を行ってアナログ信号をデジタル化する方式です。CDの場合は1秒間に44,100回標本化を行っています。
以下にＡＩによる説明を掲載いたします。
PCM(Pulse Code Modulation)方式とは、アナログの音声信号をデジタルデータに変換する方式の1つです。わかりやすく説明すると以下のようになります。まず、アナログの音声信号を一定の間隔でサンプリングし、波形の振幅を数値化(量子化)する。
この量子化された値を2進数の符号パターンに変換する。例えば16ビットなら0から65535の数値を表せる。
時系列に並んだこの2進数信号をデジタルデータとして記録したり伝送したりする。
複合化する際は逆の手順を踏む。2進数データを量子化値に戻し、それをアナログ信号に変換する。
つまりPCMは、音波を適切な密度でサンプリングし、量子化ビット数に応じた分解能で波形をデジタル化する方式です。CDやDVDなどで採用されている標準的な方法です。
誤り訂正機能「ＣＩＲＣ」
音楽ＣＤにはCIRCという方式の誤り検出・訂正機能がついています。
ある程度のデータ誤りまでは検出して訂正することができます。
ほとんどの場合誤りを訂正できるのですが、大きな傷が有ったりする場合は訂正できません。この場合は、前後のデータから疑似的にデータを作り出して補完します。
※CD-ROMの場合はデータ誤りが許されないため、誤り訂正機能が２重になっていて安全性を高めています。再読み込みなども行います。（今回は関係ないので詳しくは調べていません。）
CIRCの詳細については以下のリンクをご覧ください。私には難しすぎてわかりません💦
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/28/9/28_9_803/_pdf
https://cooblog.blog.ss-blog.jp/2021-03-13
ＣＤ再生までの大まかな流れ
①ＣＤのディスク上のデータの読み込み
②デジタルデータの信号処理を行い、ＤＡＣ回路に適したデータに変換する。この時データの誤り訂正やデータ補完などを行う。
③ＤＡＣ処理。デジタルデータをアナログの音声信号に変換する。
④アナログ信号処理。オーディオ信号として不要な高周波のノイズなどをカットする。
プレス工場によって音の異なる原因
私はＣＤに誤り訂正機能が無いと勘違いしていたのですが、比較的強力な誤り訂正機能がついており、ネット上の情報によると通常ＣＤ再生時には全て正しく誤り訂正されていると言う事でした。
ＣＤの誤り訂正が出来なくなり、補完機能が働くのは傷や汚れがひどい場合に限られそうです。
プレス工場によって音が違うという話は、綺麗な盤面のＣＤで比べているはずですから、データ誤りが原因ではないと考えられます。
なので、以下のように考えられます。
全ての読み取りエラーに対して誤り訂正が出来るとしても、工場の盤面の品質の差によってエラー発生率は異なると考えられます。
おそらくは、この差が音質の差を発生させるのだと思います。
誤り訂正処理を行う事によって、デジタルデータの出力タイミングの揺らぎ（ジッター）が発生してしまいます。これによってＤＡＣ回路への入力に乱れが生じて、音声出力に影響するのではないでしょうか？
確認のためにＡＩに聞いてみました。
ＣＤのマスター工場によって音が違うといわれますが、なぜですか？
CDのマスター工場によって音質に差が出る理由として、主に以下が考えられます。レーザー加工技術の差 CDの原盤を作成するレーザー加工精度には工場ごとに差がある。精度が低いとピット形状にバラつきが出て読み取り性能が低下する。
基板や反射膜の品質差 CDに使用されるガラス基板や反射膜も工場ごとの品質差があり、均一性で劣ると読み取りエラー起きやすくなる。
レプリケーション技術の差 原盤から量産盤への複製工程で、スタンパーやレジンの特性、成型プレスの精度などに差が出る。コピー精度が悪いと音質劣化を招く。
これら、マスタリングからレプリケーションまでの製造工程の細かい差異が最終的な音質の違いを生んでいると考えられます。高品質なCDを製造できる工場ほど、音のクリアさや高域再生性能が良い傾向にあるでしょう。
品質が悪いと、CIRCによる訂正が多く働くのですか？
はい、CDの品質が悪いほど、CIRCによる誤り訂正の頻度が高くなる傾向にあります。
CDの製造工程で、レーザー加工の粗さや基板の傷、反射面の汚れなどがあると、読み取りエラーが発生しやすくなります。こうした読み取り困難な部分でECC(誤り訂正)回路があるCIRCが正しいデータを復元しようと頑張るため、訂正の頻度が上がるのです。
一方で品質の高いCDでは、読み取りエラー自体が非常に少ないので、CIRCによる訂正もほとんど必要ありません。訂正回数が少ない分、ジッターを最小限に抑えられるため音質的に有利です。
したがって、CD音質を左右する要因の1つに、CIRCの訂正頻度の多寡が関係していると言えます。製造品質の高いマスター工場で制作されたCDほど、高音質を実現しやすいわけです。
ジッターというのはＤＡＣに送り込むデジタルデータのタイミングが乱れることですか？
はい、その認識で正しいです。ジッターとは、デジタル-アナログ変換(DAC)を行う際に基準のサンプリングタイミングからズレが生じる現象のことを指します。
CDやDVDなどのデジタル記録再生系では、音声信号を一定の周期でサンプリングし、そのタイミングに合わせてデジタルデータをDACに送り込みます。ここでタイミングにずれがあると、変換後のアナログ信号の波形が乱され、音質劣化の原因となります。
CIRCなどのエラー訂正時にデータの補間処理が行われることでジッターが発生しやすくなるのですが、このタイミングズレが最終的な音声出力に影響を与えてしまうため問題視されるわけです。
つまりおっしゃる通り、ジッターはDACへのデータ供給タイミングの精度という観点から非常に重要なファクターといえます。
ＡＩの回答をそのまま信じていいかはわかりませんが、私の考えと同じ回答を言ってくれましたので、荒唐無稽と言う事ではなさそうです。
もしも間違っているようでしたらご指摘いただければ幸いです。
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