ハイレゾとは何か~少しもハイレゾでないスピーカーの現実

 ハイレゾの再生には、ハイレゾのフォーマットで記録された「音源」と、ハイレゾに対応した「再生機器」が必要になる。そのようなシステムから実際出てくる音は、CDを使った今までのシステムと差が無いという意見もあるが、本当だろうか。

 そこで今回は、現在のハイレゾの問題点を明らかにし、今までのCDとハイレゾの差がはっきりわかる音源を使ってハイレゾの差を確かめる。そして、ハイレゾに最も近い音が聴けるシステムを提案する。

 

ハイレゾの市場

 「ハイレゾ」という言葉を聞くようになったのは2012年頃。それ以前もハイレゾと呼んでいい上位フォーマトがあったが、SACDとかDVD-Audioとか、よくわからない名前だったせいか、見向きされなかった。

 ハイレゾという言葉は「今までと何か違った音が聞けそう」といった期待を抱かせる。消費者にわかりやすいネーミングが功を奏し、ハイレゾは急速に市場に広がった。

 

ハイレゾの定義

 何をもってハイレゾとするのか、しばらくの間はっきりした定義がなかったが、2014年にJEITA(電子情報技術産業協会)とJAS(日本オーディオ協会 )がハイレゾの定義を決めた。しかし、両者の定義は以下のように食い違っている[Wiki]

JEITA

サンプリング周波数、量子化ビット数のいずれかがCDのスペックを超えていればハイレゾと呼んでいい。

JAS

96kHz , 24bit以上+DSDをハイレゾとし、スピーカーなどの高域再生を40kHz以上とする。

 JASの主張は従来製品との差別化を意識して決めたように見える。2つ定義があるので、市場には両方の「ハイレゾ」商品が混在することになっている。

 

フォーマットの比較

 ハイレゾは今までのCDフォーマットと比べどう違うのか。これを示したのが次の図。

 JASの定義によれば、ハイレゾには2つの軸がある。聞こえる音の高さの範囲を示す周波数と、聞こえる音の大きさの範囲を示すダイナミックレンジ(略称Dレンジ)だ。

 この周波数はサンプリング周波数の約半分、Dレンジは量子化ビット数で決まる。人間様の範囲はオレンジの部分で、20~20kHz、0~120dB[2]とされる。

 図からわかるように、従来のCDフォーマット(16bit 44.1kHz)は人間のDレンジをカバーしていない。

 

 

 このようなフォーマットは、人間の範囲をカバーできれば十分である。図から、24bit 48kHz もしくはDSD(2.8MHz)がこれに該当することがわかる。

 

 

偽のハイレゾに注意

 ハイレゾと名が付くだけで売上げが伸びる、値付けを高くできる。その恩恵にあやかろうと、CDフォーマットの音源をハイレゾに拡張(アップサンプリング&ビット拡張)しただけの偽ハイレゾが作られている。

 この結果はCDと変わらない。これは写真を引き伸ばしてみるのと同じ。元の情報が減ることはあっても、増えることはない。

 

 

スピーカーのダイナミックレンジ

 ところで、いかに優れたフォーマットも実際に再生できなければ意味がない。スピーカーのDレンジは評価点(距離)によって変わる。そこで文献2を参考に概算式を作ってみた。

スピーカーのDレンジ ≒ SPL0 ー 20log10(距離m) ー 暗騒音(dB)      (1)

SPL0 = 能率(dB) + 10log10(最大許容入力W)     (2)

 SPL0は最大出力音圧レベル(dB)。例えば15インチ高能率SRの多くは1000W、能率100dB程度なので130dBの音を出せる。暗騒音は人間も同じように影響を受けるのでひとまず0dBとおく。評価点2mとすると、15インチ高能率SRのDレンジは124dB。

 同じようにヤマハNS-5000と、テクニクスSB-R1について計算し図に表したものを次に示す。

 

 このDレンジはスピーカーから2m離れた点で暗騒音を0dBと仮定した場合の話。

 能率90dBに満たない低能率SPは人間の領域をカバーしない。Dレンジの面では少しもハイレゾといえないものだ。

 

 

 高能率SRの結果をもとに人間様のDレンジをカバーするための能率を逆算すると、能率96dB 1000Wもしくは、能率100dBでも400W必要となり、どちらも民生機器ではかなりつらい数字だ。

 Dレンジについては人間を目標にせず、実際の音楽ソースの最大値109dB[6]をもとに110dBを目標とするのが妥当だ。すると、 能率96dB 100Wもしくは、能率100dB 40Wとなって実現性が見えてくる。

 

 

アンプのダイナミックレンジ

 アンプのDレンジはつなぐ負荷のインピーダンスによって変わるが、お使いのシステムの値は次の式で概算できる

アンプのDレンジ ≒ S/N比(dB) + 10log10(実用最大出力/定格出力)      (3)

 最近は計算に必要な仕様が揃わない製品も多い。実用最大出力が不明な場合は S/N比+2dBとしても大きく違わない。

 いくつかの製品を調べた結果、ほとんどの機種がプリ部込みで105dB前後。110dBに達するのはマランツPM-10などごく一部の商品だけだった。いずれにせよ、半導体アンプでは人間の領域をカバーすることは難しい。

※:S/N比がIMF法で測定された値の場合。現在これが一般的。

 

 Dレンジの目標を上記のスピーカー同様、音楽ソースを基準(110dB)にすると、S/N比は108dBがボーダーラインになるが、これを満足する製品は少ない。

 フルデジタルアンプでは電気の熱雑音が原理的にないため普通に110dBを超える(ケンウッドR-K1000-Nでは122dB)。手持ちのソニーTA-F501をチェックしたところ、24bit入力にすると120dB以上ありそうだ。この広大なDレンジがフルデジタルアンプの音の秘密の一つかもしれない。

 

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ハイレゾの違いを聞き分ける方法

 ハイレゾの高域は20kHzより伸びているが、人間には聞こえない。唯一知覚できる違いはDレンジの広さになる。

 実際の再生では、図のようにDレンジの上端を揃えた形になるため、フォーマットによるDレンジの違いは下の伸びに表れる。

 

  図の縦軸は減衰を表し、「0dB」はお使いの機器で再生可能な最大音圧を示す。

 グレーの領域はノイズと暗騒音の例。Dレンジの下限はここで決まる(お使いの機器や環境で異なる)。

 図の緑〇印は、後述するテスト音源の位置。1kHz -100dBが、CDを超える音楽再生の一つの目標だ。

 

 

 音楽ソースでCDとハイレゾの違いを聞き分けるのは不可能に近い。

 図はJVCが提供しているハイレゾ音源サンプル「Keep your side」[3]の最後の部分。上がハイレゾ、下が従来のCD。

 ハイレゾの恩恵はこのような微小部分に表れる。でもそれは再生できればの話。

 

 

 

 実際の機器で微小部分の再生能力をチェックするための一番わかりやすい方法は、微小な正弦波を「0dB」のボリウム位置で再生してみることだ。今回、WaveGene[4](フリーソフト)を使ってこれを実際にやる方法をご紹介する。

 

テスト準備

1.次の式からSP端子電圧の最大値を求める。

V = (R × W)

 Rはお使いのスピーカーのインピーダンス、Wはお使いのスピーカーの最大許容入力。お使いのアンプの実用最大出力の方が小さい場合はそっちのWを使う。

2.アンプからスピーカーを外し、WaveGeneを使って1kHz 0dBの設定で正弦波を出して、アンプのSP端子電圧をテスターなどで測る。

3.SP端子電圧が1で求めた電圧Vと一致するボリウム位置を調べてメモする。これが、あなたのシステムの「0dB」の位置になる。

 

 以上で準備完了。

 スピーカーをアンプに接続し、メモしたボリウム位置で以下の音源を再生する。
!!注意!!操作をミスると大きな音が出ます。ボリウムを絞った状態で再生スタートして音量をあげください。

 

テスト1

16bit44.1kHz(CD) -80dB

 

24bit44.1kHz(JEITAハイレゾ) -80dB

この2つの違いが区別できるのなら、24bitは有意義。これは普通にわかると思う。

 

テスト2

24bit44.1kHz(JEITAハイレゾ) -80dB

 

24bit96.1kHz(JASハイレゾ) -80dB

下の方がより良い音で聞こえるなら、JASのハイレゾは有意義。理屈上変わらないので、もし変わったらお使いの機器に問題がある。

 

テスト3

24bit96.1kHz(JASハイレゾ) -100dB

これをリスニングポジションで綺麗に聞き取れるなら、CDを超える音源を楽しめるシステムをお持ちだ。スピーカーに耳を近づけても聞こえない場合は、システムに問題がある。

 

 いかがだったろう。フルデジタルアンプではテスト3の音源を余裕で再生できるが、半導体アンプはギリギリに近いレベルだと思う。

>テスト音源をまとめてダウンロード

 

まとめ

 まったく足りてないダイナミックレンジを拡張しようとせず、聞こえない高域だけ伸ばして商売する。これが現在のハイレゾ商品の実態だ。私にはハイレゾロゴを付けた商品を展開するメーカーが不誠実に見える。

 以下の要件を満たせば、音楽ソースのダイナミックレンジカバーする(110dB)の音楽再生ができる。

1.音源フォーマット:24bit 48kHzまたはDSD(2.8MHz)
2.アンプ:S/N比108dB以上、実用最大出力100W
3.スピーカー:能率96dB以上

 3については、スピーカーの能率が高いほどアンプの出力が小さくて済む。例えば能率100dBなら40WでOK。できるだけ高能率のスピーカーに小出力のアンプを組み合わせることが、良質な再生音を生み出すポイント[7]

 ちなみにヘッドホンは大抵の機器で120dBのDレンジを獲得できる。アンプのS/N比さえなんとかなれば、ハイレゾに最も近いデバイスになる。

 アンプのS/Nは入り口から出口まで一貫してデジタル処理する「フルデジタルアンプ」が有利。ケンウッドR-K1000-NソニーTA-F501などのフルデジタルアンプが登場した当時は、その性能を十分生かせる音楽ソースが普及していなかった。ハイレゾの時代になって、ようやくその能力を発揮できる環境が出来たように思う。

 

<参考購入先>
ハイレゾ対応製品

<関連記事>
1.JRX115は最強のスピーカーか!?~家庭で使えるSR(PA)スピーカーの選び方
 7.アンプの音などというものは存在しない~オーディオアンプの選び方

<参考文献>
2.「強くなる!スピーカ&エンクロージャー百科」 P31 ダイナミック・レンジとは
3.JVCハイレゾ音源サンプル
4.WaveGene
5.オーディオ機器の規格と測定法(1) 日本音響学会誌 45巻5号(1989)
6.オーケストラの出力音圧レベル 「ハイファイスピーカ」中島平太郎 日本放送出版協会 p11