音のデジタル化処理

音のデジタル化処理

音ってなんだろう？

今回はそもそも「音」がどういうものなのかを理解しましょう。簡単に説明すると「音」とは空気中をつたわる「波」のようなものです。
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音には「音の三要素」といわれる「音の大きさ・高さ・音質（音色）」があります。
図-1をもとに この「音の三要素」を解説していきます。

1.「音の三要素」

「音の三要素」である「音の大きさ・高さ・音質（音色）」は、それぞれ「振幅、周波数、波形」と大きな関係がある。

1.音の大きさ（音量）

図-1ではA点から音が始まり、B点、C点、を経由しD点で終わっています。
音の大きさは、B点とC点の差が影響し、この波のふれ幅の事を振幅といいます。
振幅が大きければ大きな音、小さければ小さな音となり、つまり 図-2は図-1より小さな音 ということになります。
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また音の大きさは「dB（デシベル）」という単位で数量化されます。

2.音の高さ（音程）

また図-1、2ともA点からB、C、Dと波は上下方向に1往復しています。
これに対し、図-3はA点から、B、C、D、E、Fまで上下に2往復しています。
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この上下の往復が1秒間に何回行われるかが、音の高さ（音程）に影響し、図-3の場合は図-1、2より高い音となります。
また音の高さは周波数「Hz（ヘルツ）」という単位で数量化され、周波数「Hz（ヘルツ）」の数が、ずばり1秒間の上下往復回数をあらわします。

3.音質（音色）

図-1、2、3とも波の形は、なだらかな曲線をえがいています。この波の形（波形）が音質に関係し、図-1、2、3の波形はサイン波と呼ばれ、TVの試験放送中に流れている「ポー」という音はみなさん聞いた事があると思います。
他にも波形としては四角い形（図-4）、三角の形（図-5）、のこぎりの刃のような形（図-6）、等がありそれぞれ音質的な特徴を持っています。

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ただし上記に紹介した波形は人工的に合成された音で、実際空気中を伝わる楽器の音、スピーカーから聞こえる音楽は様々な波形が絡み合い、とても複雑な形をしています。

さて、アナログ録音では上記の音の要素を様々な手段で録音していきます。

古くはメガホン（アサガオ型の集音機）を使用し、その振動を直接針に伝え、アナログディスク（レコード）に直接カッティングしていました。
この様子は映画「海の上のピアニスト」 http://www.asmik-ace.com/LegendOf1900/ で見ることができます。

　　　　　　映画「海の上のピアニスト」

またカセットテープ等のアナログテープレコーダーの場合は、磁気記録方式で、空気中に伝わる音をマイク等を通じ電気信号に変換、さらにテープヘッドと呼ばれる電磁石で磁気に変換し記録します。この記録方式はフロッピーディスクや電車の切符、定期券にも導入されています。

アナログディスクにしろアナログテープレコーダーにしろ、アナログ録音の場合、「録音される情報（音声信号）は図-1のように連続的な音声信号である。」というのがアナログ録音の共通した特徴です。

2.「連続的データ」
アナログ録音の場合、録音される情報（音声信号）は連続的な音声信号である。

ではデジタル録音の場合、どんなプロセスを経て録音されていくのでしょう？

3.「サンプル＆ホールド回路」
まず空気中に伝わる音は、マイク等を通じ連続的な電気信号に変換されます。この電気信号は「サンプル＆ホールド回路」により、刻々と変化する電圧の測定値を連続するサンプル（標本）として一つ一つ固定（ホールド）されます。
　　　　　　　

図-1を見ると、連続的な波形が「サンプル＆ホールド回路」を通ると棒グラフ状のデータに置き換えられています。

さて図-1の場合、1秒間に棒グラフ（サンプル）20本で構成されています。このサンプルの数が、原音の再現性に影響し、多ければ多い程原音に近付いていきます。

4.「サンプリング周波数」
また1秒間にとれるサンプル数を「サンプリング周波数（サンプルレート）」と呼び、その単位を「Hz（ヘルツ）」であらわします。
図-1の場合、1秒間に20サンプルとれているのでこの機械のサンプリング周波数は、20Hzです。

5.「プロ機器のサンプリング周波数」
ところでみなさんに身近なデジタル録音物といえば「CD」です。
このCDのサンプリング周波数は44.1k（キロ）Hz。つまりキロは1,000倍なので44,100Hz。
と言う事はCDは、1秒間に4万4千100の棒グラフ（サンプル）を記録し再生する能力を持った録音規格なのだ。すごかろ！？ねえねえ、すごくない！
最近のプロ機材では96kHz、192kHz（つまり9万6千、19万2千の棒グラフで録音する！）マシンも登場し、当然原音の再現性はどんどん向上しています。

さて今回は波形をサンプル単位で、横軸方向にデジタル変換するプロセスを紹介しました。
次回は縦軸、つまり音量（音の三要素の振幅の話だよ。復習しといてね！）を変換するプロセスを解説しようかな？と思います。

夏休みもそろそろ終わります。宿題がんばりましょう！では(^O^)/　勝田

今日は音のデジタル化処理の概念について学びます。