デジタルオーディオ

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デジタルオーディオデジタル形式で録音または変換されたサウンドの表現です。デジタルオーディオでは、オーディオ信号の音波は通常、連続シーケンスの数値サンプルとしてエンコードされます。たとえば、CDオーディオでは、サンプルは1秒間44,100取得され、それぞれが16ビットのサンプル深度を持ちます。デジタルオーディオは、デジタル形式でエンコードされたオーディオ信号を使用した録音および再生のテクノロジー全体の名前でもあります。 1970年代から1980年代にかけてデジタルオーディオ技術が大幅に進歩した後、徐々に置き換えられました。1990年代と2000年代オーディオエンジニアリング電気通信の多くの分野におけるアナログオーディオ技術

デジタルオーディオシステムでは、音を表すアナログ電気信号は、アナログ-デジタルコンバーター(ADC)を使用して、通常はパルス符号変調(PCM)を使用してデジタル信号に変換されます。このデジタル信号は、コンピューター、オーディオ再生マシン、およびその他のデジタルツールを使用して、記録、編集、変更、およびコピーできます。サウンドエンジニアがヘッドホンやスピーカーで録音を聴きたい場合(または消費者がデジタルサウンドファイルを聴きたい場合)、デジタル-アナログコンバーター(DAC)は逆のプロセスを実行し、デジタル信号をに変換します。アナログ信号は、オーディオパワーアンプ介して送信され、最終的にはスピーカー

デジタルオーディオシステムには、圧縮ストレージ処理、および送信コンポーネントが含まれる場合があります。デジタル形式への変換により、オーディオ信号の便利な操作、保存、送信、および取得が可能になります。録音のコピーを作成すると生成損失発生し、信号品質が低下するアナログオーディオとは異なり、デジタルオーディオでは、信号品質を低下させることなく、無限の数のコピーを作成できます。

概要

赤で、デジタルで、青で表された音波(サンプリングと4ビット量子化の後)。

デジタルオーディオテクノロジーは、、楽器、ポッドキャスト、効果音、その他のサウンドの録音を含む、サウンドの録音、操作、大量生産、および配布に使用されます。最新のオンライン音楽配信は、デジタル録音とデータ圧縮に依存しています。音楽を物理的なオブジェクトとしてではなくデータファイルとして利用できるようになったため、配信のコストが大幅に削減されました。[1]デジタルオーディオの前は、音楽業界はレコードカセットテープの形で物理的なコピーを販売することによって音楽を配布および販売していましたiTunesなどのデジタルオーディオおよびオンライン配信システムを使用、企業は消費者にデジタルサウンドファイルを販売し、消費者はインターネットを介してそれを受け取ります。

アナログオーディオシステムは、マイクなどのトランスデューサーを使用して、音の物理的な波形をそれらの波形の電気的表現に変換します。次に、音は磁気テープなどのアナログ媒体に保存されるか、電話回線ラジオなどのアナログ媒体を介して送信されます。このプロセスは再生のために逆になります。電気オーディオ信号は増幅され、スピーカーを介して物理波形に変換されますアナログオーディオは、その保存、変換、複製、および増幅を通じて、その基本的な波のような特性を保持します。

アナログオーディオ信号は、電子回路および関連デバイスの固有の特性により、ノイズや歪みの影響を受けやすくなっています。乱れデジタルシステムは、外乱が別のシンボルとして誤って解釈されたシンボルをもたらす又はシンボルのシーケンスを妨害するほど大きくない限り、エラーを生じません。したがって、一般に、デジタル形式への変換とアナログへの変換の間にノイズや歪みが発生しない、完全にエラーのないデジタルオーディオシステムを使用することが可能です。

デジタルオーディオ信号は、信号の保存または送信で発生する可能性のあるエラーを修正するためにエンコードすることができます。チャネルコーディングとして知られるこの技術は、放送または記録されたデジタルシステムがビット精度を維持するために不可欠です。8〜14変調は、オーディオコンパクトディスク(CD)で使用されるチャネルコードです。

変換プロセス

アナログからデジタル、アナログへの変換
音源からADC、デジタル処理、DACを経て、最後に再び音としての音のライフサイクル。

オーディオ信号がアナログの場合、デジタルオーディオシステムは、アナログ信号をデジタル信号に変換するADCから始まります。[注1] ADCは指定されたサンプリングレートで動作し、既知のビット解像度で変換します。たとえば、CDオーディオのサンプリングレートは44.1  kHz(44,100サンプル/秒)で、ステレオチャネルごとに16ビットの解像度があります。ナイキスト周波数よりも高い周波数のオーディオ信号によって引き起こされるエイリアシング歪みを防ぐために、まだ帯域制限されていないアナログ信号は、変換前にアンチエイリアシングフィルタを通過する必要があります。 (サンプリングレートの半分)。

デジタルオーディオ信号は、保存または送信することができます。デジタルオーディオは、CD、デジタルオーディオプレーヤーハードドライブUSBフラッシュドライブ、またはその他のデジタルデータストレージデバイスに保存できます。デジタル信号は、デジタル信号処理によって変更することができ、そこでフィルタリングしたり、効果を適用したりすることができますアップサンプリングダウンサンプリングを含むサンプルレート変換使用して、処理前に異なるサンプリングレートでエンコードされた信号を共通のサンプリングレートに適合させることができます。MP3などのオーディオデータ圧縮技術ファイルサイズを小さくするために、Advanced Audio CodingOgg Vorbis、またはFLACが一般的に使用されています。デジタルオーディオはAES3MADIなどのデジタルオーディオインターフェイスを介して伝送できますデジタルオーディオはAudio over EthernetAudio over IP、またはその他のストリーミングメディア標準およびシステムを使用してネットワーク経由で伝送できます。

再生するには、デジタルオーディオをDACでアナログ信号に変換し直す必要があります。ナイキスト-シャノンのサンプリング定理よれば、いくつかの実用的および理論的な制限がありますが、元のアナログ信号の帯域制限バージョンをデジタル信号から正確に再構築できます。

歴史

コーディング

パルス符号変調(PCM)は、英国の科学者によって発明されたアレックリーブス1937年[2] 1950年に、C.チャピンカトラーベル研究所は、上で特許を申請差分パルス符号変調(DPCM)、[3]データ圧縮アルゴリズム。適応DPCM(ADPCM)は、1973年にベル研究所でP. Cummiskey、Nikil S. JayantJames L.Flanaganによって導入されました。[4] [5]

知覚コーディング線形予測コーディング(LPC)を使用して、音声コーディングの圧縮に最初に使用されました[6]の仕事にLPC日のバックの初期コンセプト板倉文忠名古屋大学)と酒造斎藤(日本電信電話1966年)[7] 1970年の間に、ビシュヌ・S.・アタルマンフレッド・R・シュレーダーベル研究所の人間の耳のマスキング特性を利用した知覚コーディングアルゴリズムである適応予測コーディング(APC)と呼ばれるLPCの形式を開発し、1980年代初頭にコード励起線形予測を開発しました。(CELP)アルゴリズム。[6]

1972年にNasirAhmedによって最初に提案され不可逆圧縮である離散コサイン変換(DCT)コーディング[8] [9]は、JP Princen、AW Johnson、およびABによって開発され修正離散コサイン変換(MDCT)の基礎を提供しました。1987年のブラッドリー。[10] MDCTは、ドルビーデジタル(AC-3)、[11] MP3MPEGレイヤーIII)、[12] [6]高度なオーディオコーディング(AAC)などのほとんどのオーディオコーディング標準の基礎です。Windows Media Audio(WMA)、およびVorbisOgg )。[11]

録音

PCMは、民間放送や録音で最初に使用されるずっと前から電気通信アプリケーションで使用されていました商用デジタル録音は、1960年代に、NHK日本コロムビアおよびそれらのデノンブランドによって日本で開拓されました。最初の商用デジタル録音は1971年にリリースされました。[13]

BBCはまた、1960年代にデジタルオーディオを試してみるようになりました。1970年代初頭までに、2チャンネルレコーダーを開発し、1972年には、放送センターをリモート送信機にリンクするデジタルオーディオ伝送システムを導入しました。[13]

最初の16ビットのPCM録音米国はによって作られたトーマス・ストッカムサンタフェ・オペラで、1976年にSOUNDSTREAMのレコーダー。サウンドストリームシステムの改良版は、1978年にTelarcによっていくつかのクラシック録音を作成するために使用されました。当時開発中3Mデジタルマルチトラックレコーダーは、BBCテクノロジーに基づいていました。このマシンで録音された最初のオールデジタルアルバムは、1979年にあなたがドロップするまでライクーダーバップでした。イギリスのレコードレーベルデッカ1978年に独自の2トラックデジタルオーディオレコーダーの開発を開始し、1979年に最初のヨーロッパのデジタル録音をリリースしました。[13]

1980年代初頭にソニー/ステューダー(DASH)と三菱(ProDigiによって製造された人気のあるプロのデジタルマルチトラックレコーダーは、主要なレコード会社によるデジタル録音の受け入れをもたらしました。これらのフォーマットのマシンには、1/4 "、1/2"、または1 "幅のオープンリールテープ使用する独自のトランスポートも組み込まれており、オーディオデータはマルチを使用してテープに録音されます。 -固定テープヘッドを追跡します。PCMアダプターを使用すると、従来のNTCSまたはPALビデオレコーダーでステレオデジタルオーディオを録音できます。

1982年に発売されたCDは、デジタルオーディオを消費者に普及させました。[13]

ADATは1990年代初頭に利用可能になり、S-VHSカセットで8トラックの44.1または48 kHzの録音が可能になり、DTRSはHi8テープで同様の機能を実行しました。

ProDigiとDASH等のフォーマットと呼ぶたSDATSのtationaryヘッドD igital A udio Tと呼ばれたPCMアダプタベースのシステムおよびDATなどの形式とは対照的に、APE)フォーマットRDATR otatingヘッドD igital A udio T APE)フォーマットによる記録のそれらのヘリカルスキャン方法に関する。

DATカセットと同様に、ProDigiおよびDASHマシンも、必須の44.1 kHzサンプリングレートに対応しましたが、すべてのマシンで48 kHz、最終的には96kHzサンプリングレートにも対応しました。それらは、より速いテープ速度、金属配合テープと組み合わせて使用​​されるより狭いヘッドギャップ、および複数の並列にデータを分散することの組み合わせによって、デジタル録音の帯域幅(周波数範囲)の要求を満たすことができない典型的なアナログレコーダーを作る問題を克服しましたトラック。

テレフォニー

PCMデジタルテレフォニーの急速な開発と幅広い採用は、1970年代初頭に開発された金属酸化膜半導体(MOS)スイッチトキャパシタ(SC)回路技術によって可能になりました[14]これは、1970年代後半にPCMコーデックフィルターチップの開発につながりました。[14] [15]シリコンゲート CMOSによって開発された(相補型MOS)PCMコーデックフィルタチップ、デビッドA.ホッジス1980年及びWCブラック、[14]以来、デジタル電話通信のための業界標準となっています。[14] [15] 1990によって、通信ネットワークなど公衆交換電話網(PSTN)はVLSI(非常に大規模な統合)CMOS PCMコーデックフィルターで部分がデジタル化されており電話交換機、ユーザーエンドモデム、および次のようなさまざまなデジタル伝送アプリケーションの電子交換システムで広く使用されています。統合サービスデジタルネットワーク(ISDN)、コードレス電話および携帯電話[15]

テクノロジー

ソニーデジタルオーディオテープレコーダーPCM-7030

デジタルオーディオは、オーディオのブロードキャスト使用さます。標準技術には、デジタルオーディオ放送(DAB)、デジタルラジオモンディアル(DRM)、HDラジオインバンドオンチャネル(IBOC)が含まれます。

録音アプリケーションのデジタルオーディオは、CD、デジタルオーディオテープ(DAT)、デジタルコンパクトカセット(DCC)、ミニディスクなどのオーディオ固有のテクノロジーに保存されますデジタルオーディオは、標準のオーディオファイル形式で保存され、ハードディスクレコーダーBlu-ray、またはDVD-Audioに保存されますファイルは、スマートフォン、コンピューター、またはMP3プレーヤーで再生できます

インターフェース

デジタルオーディオ固有のインターフェイスは次のとおりです。

HDMIDisplayPortなど、いくつかのインターフェイスは、デジタルビデオとオーディオを一緒に伝送するように設計されています

以下のためにパソコンUSBIEEE 1394はリアルタイムのデジタル・オーディオを実現するための規定を持っています。プロのアーキテクチャまたはインストールアプリケーションでは、イーサネットプロトコルおよびインターフェイスを介した多くのオーディオが存在します。放送、より一般的なIPのオーバーオーディオネットワーク技術が好まれます。テレフォニーでは、Voice over IPは、音声通信用のデジタルオーディオのネットワークインターフェイスとして使用されます。

も参照してください

注意事項

  1. ^ デジタルシンセサイザーによって作成されたものなど、一部のオーディオ信号は完全にデジタルドメインで発生します。この場合、アナログからデジタルへの変換は行われません。

参考文献

  1. ^ Janssens、Jelle; Stijn Vandaele; トムヴァンデルベケン(2009)。「(その)ライン上の音楽産業?デジタル時代の音楽著作権侵害の存続」。European Journal of Crime、Criminal Law and CriminalJustice77(96):77–96。土井10.1163 / 157181709X429105hdl1854 / LU-608677
  2. ^ 天才認識されない、BBC、2011年3月27日、取得した2011年3月30日を
  3. ^ 米国特許2605361C。ChapinCutler、「通信信号の微分量子化」、1952-07-29発行 
  4. ^ P. Cummiskey、Nikil S. Jayant、およびJL Flanagan、「音声の差分PCMコーディングにおける適応量子化」、 BellSyst。技術。J.、vol。52、pp。1105-1118、1973年9月
  5. ^ Cummiskey、P。; ジャヤント、ニキルS。; フラナガン、JL(1973)。「音声の差分PCMコーディングにおける適応量子化」。ベルシステムテクニカルジャーナル52(7):1105–1118。土井10.1002 /j.1538-7305.1973.tb02007.xISSN 0005から8580まで 
  6. ^ a b c Schroeder、Manfred R.(2014)。「ベル研究所」音響、情報、およびコミュニケーション:マンフレートR.シュローダーに敬意を表して記念巻スプリンガー。NS。388. ISBN 9783319056609
  7. ^ グレイ、ロバートM.(2010)。「パケットネットワークでのリアルタイムデジタル音声の歴史:線形予測符号化とインターネットプロトコルのパートII」(PDF)見つかった。トレンドシグナルプロセス3(4):203–303。土井10.1561 / 200000093ISSN 1932から8346まで  
  8. ^ Ahmed、Nasir(1991年1月)。「離散コサイン変換をどうやって思いついたのか」デジタル信号処理1(1):4–5。土井10.1016 / 1051-2004(91)90086-Z
  9. ^ ナシル・アフマド; T.ナタラジャン; カミセティ・ラマモハン・ラオ(1974年1月)。「離散コサイン変換」(PDF)コンピューターでのIEEEトランザクションC-23(1):90–93。土井10.1109 /TC.1974.223784
  10. ^ JP Princen、AW Johnson und AB Bradley:時間領域エイリアシングキャンセルに基づくフィルターバンク設計を使用したサブバンド/変換コーディング、IEEEProc。国際 音響、音声、および信号処理に関する会議(ICASSP)、2161〜2164、1987。
  11. ^ a b Luo、Fa-Long(2008)。モバイルマルチメディア放送規格:技術と実践シュプリンガーサイエンス&ビジネスメディアNS。590. ISBN 9780387782638
  12. ^ Guckert、ジョン(2012年春)。「MP3オーディオ圧縮でのFFTとMDCTの使用」(PDF)ユタ大学2019年7月14日取得
  13. ^ a b c d Fine、Thomas(2008)。バリーR.アッシュポール(編)。「商用デジタル録音の夜明け」(PDF)ARSCジャーナル2010年5月2取得
  14. ^ a b c d Allstot、David J.(2016)。「スイッチトキャパシタフィルタ」(PDF)マロベルティでは、フランコ。デイビス、アンソニーC.(編)。回路とシステムの短い歴史:グリーン、モバイル、パーベイシブネットワーキングからビッグデータコンピューティングまでIEEE Circuits and SystemsSocietypp。105–110。ISBN  9788793609860
  15. ^ a b c フロイド、マイケルD。; ヒルマン、ガースD.(2018年10月8日)[1stpub。2000]。「パルス符号変調コーデック-フィルタ」コミュニケーションハンドブック(第2版)。CRCプレスpp。26–1、26–2、26–3。ISBN 9781420041163

さらに読む

  • Borwick、John、ed。、1994:Sound Recording Practice(Oxford:Oxford University Press)
  • Bosi、Marina、およびGoldberg、Richard E.、2003年:デジタルオーディオコーディングおよび標準の概要(Springer)
  • Ifeachor、Emmanuel C.、およびJervis、Barrie W.、2002年:デジタル信号処理:実用的なアプローチ(イギリス、ハーロウ:Pearson Education Limited)
  • Rabiner、Lawrence R.、およびGold、Bernard、1975年:デジタル信号処理の理論と応用(ニュージャージー州エングルウッドクリフ:Prentice-Hall、Inc。)
  • ワトキンソン、ジョン、1994年:デジタルオーディオの芸術(オックスフォード:フォーカルプレス)

外部リンク

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このオーディオファイル2016年3月12日付けのこの記事の改訂版から作成されたものであり、その後の編集は反映されていません。 (2016-03-12