ハイレゾ信号の再生とＤＡＣの能力との関係

Question

ＰＣＭの音楽信号について、例えば、１９２KHz、２４bit  のハイレゾ音楽信号を ４８ＫＨｚ,１６bit　までの能力しかないＤＡＣ　を通して再生した場合、どいう音になるのでしょうか？　　能力を超えるハイレゾ信号は、単に、４８ＫＨｚ,１６bit　相当の音質に品質ダウンして再生されるだけ、と考えてよろしいのでしょうか？

John_Papa · Accepted Answer

こんにちは。

ハイレゾ音源に対しては
●WindowsMediaPlayer　オーディオエンジンでコンバート
●musicBee　独自にコンバートもしくは直接出力を選択
●foobar2000　直接出力のみ
となり、４８ＫＨｚ,１６bitまでの能力しかないＤＡＣでは、コンバートして貰わなければ（つまり直接出力は）再生できない。という事になります。

ネット上で、あれこれと実験報告があるようですが、間違いも有るようです。
Windowsの「カーネルミキサー」ですが、WindowsXP特有のものでWindowsVista以降、Windows2000以前に「カーネルミキサー」はありません。WindowsVista以降「オーディオエンジン」になっています。
WindowsXPのカーネルミキサーは、音声データを全て16bit48KHzにリサンプリング（コンバート）してミキシングをするし、他にも演算上の制約がある為、劣化を避けられません。劣化は「オーディオエンジン」の比ではありません。
「オーディオエンジン」では、DACに合わせてリサンプリングレート（出荷時設定では16bit48KHzになっている）を選べるようになってます。
指摘されている取り外しできないリミッター問題はあるのですが、16bit44.1KHzPCM信号などXPより良音質で再生できます。また、イコライザ等のエフェクターやフィルターも挿入可能・調整可能になっています。
CDや音楽データが主体なら16bit44.1KHz(ＣＤの音質)にしておけば、不要なコンバートが回避できます。

また、「オーディオエンジン」のリミッター問題を取り上げているブログを注意深く読めば、『音量９９％ならリミッターの影響を受けず、イコールのデータが出力される』という事がわかります。つまり「オーディオエンジン」はWindowsXP（カーネルミキサー）では有り得なかった高音質を手に入れているのです。
Windousの音量を100にしなければ良いだけの簡単操作で、ＣＤ並みの高音質で楽しめます。
残念なのは「オーディオエンジン」のユーザーズインターフェースが気が利かない、判り辛いところでしょう。

WASAPIは、「オーディオエンジン」のミキサーを使わずにサウンドデバイス（DAC）にデータを出力しますので、DACに処理できないサンプリングレートは処理不可能です。当然共有モード「オーディオエンジン」に付帯しているフィルター・エフェクターも利用できません。
ASIOは、WASAPI同様ですが、デバイスからハードウェアミキサーが提供されていれば、再生アプリ次第でそちらのミキサー機能を使うこともできます。WindowsXPでも使用可能で、WindowsXPでの高音質再生には欠かせません（他にMMEとかWDMというデバイスもありましたが）。
ASIOやWASAPIを利用するには、再生アプリが対応している事が必須です。

Windows Media Playerでは、「オーディオエンジン」が使用されます。
ハイレゾ音源は、「オーディオエンジン」で共有モードで設定したサンプリングレートにコンバートされます。
musicBeeは、独自にサンプリングレートをコンバートできますが、この機能をＯＦＦにする事も可能です。
foobar2000は、サンプリングレートコンバータを持ちません。ビットレートのみ変える事ができます。

DCI4 · Answer

ところで、本題ですが、
48KHz/16bit の USB-DAC をつないで、192KHz/24bit　のPCM信号　を　musicBee　で再生すると、無条件で、アナログ信号に変換して、音を出してくれるようです。
一方、
foobar2000　の場合は、wasapi　モードに設定すると、「このDACでは、192KHz/24bit　のPCM信号　は、処理できません」　というようなメッセージが出てしまい、再生が停止されます。

しかし、DS モード（これは、direct sound の意味なのでしょうか？）　に設定しますと、ハイレゾ信号でも処理をしてくれるようで、音を出してくれます。

★また質問出たので　回答しておきますね

PC側の仕組みと現在おかれてる状況が把握されてないようなので
以下に説明

foobar2000　は今　現在もう私は使いませんが

一般論として
パソコンのサウンド用デバイスドライバーが入手できるか？（ハードに付属してるのがのぞましい）
再生ソフトがなんのデバイスドライバーに対応しているか？
パソコンのOSはなにか？
ASIO　　direct sound　などの意味はぐぐると出てきます。

以上を確認すればいいんですが
いい加減な処理の再生ソフトがあるとだけ言及しておきます。
私はテスト信号を使用して　デジタル出力を測定してFFTで確認してから使用します。

なお以下を教えときます
前にもにたような質問してた　一般消費者のかたがいたので
回答してみました

http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8256099.html

《内容の抜粋》

ただし以下のことが言えるわけです
昔から録音機材としてはいくらでもPC用はあったんです。
ようするに　メーカーとしては技術本質は無視して・・・・・
USB　PCオーディオとか言う製品で　多くの消費者に買っていただく　誘導なんです
アナログ部で音の変化を　理由に収益を上げてるわけ
まあ　雑誌オーディオ評論家（かなりいかがわしいのが多い）も仕事（後援など）増えよろこびますしね
オーディオ評論家で技術雑誌に回路説明や音響工学を説明出来る人はほぼ皆無で　作家レベルです。
一部の人はメーカーにいた人で　文章が難しくて　おもろくないんで　雑誌には出てこないだけ。

●XP　2000　は問題ないが　その後のOSの標準ドライバーは欠陥があるようです

●実験測定してみると　　付属のドライバーや　再生ソフトは欠陥があるものが多い

●実験方法は測定機器を持たない　アマチュアでも可能になっております。
SPDIF　出力を　別のPCへの取り込み　SPDIFに入力して測定してみることです
ソフトも無料で高速リアルタイム スペクトラムアナライザー WaveSpectra　てのがあります

つぎに問題のオーディオ　D/A　出力を　別のPCへアナログA/D入力へ別のPCへの取り込み測定してみることです。　アナログ部分が不良かどうかも切り分けができるのです。

テスト用の信号は 多機能 高精度 テスト信号発生ソフト WaveGene　　無料で作ればいいでしょう。

たとえば-30ｄｂ　1ｋHz サイン波　でも作ればいいでしょう

※その他参考に以下を紹介※
だいぶ前に　マイクロソフトのOSとデバイスドライバーの関係を発見した個人のページを発見した。

世の中　おもしろ(^_^;)　参考URL

http://dgo.xsrv.jp/alipapa/wmp/

ここのページの賢者によると　Windowsの各バージョンでの検証結果　以下になってしまったようである　　多くのユーザーがだまされてるのがわかる。

『僕がメインの環境で本格的にWindows7を使い始めたのは2011年の11月頃から。それまではXPを使っていました。
Vistaはソフトウェアの動作テストで起動するくらいで、ほとんどまともに使った事ありません。
ここ数年来、僕の作業部屋にはいわゆる「ステレオ」ですとか「コンポ」ですとか呼ばれていたオーディオ再生装置は有りません。 音楽を鑑賞する時も音の仕事をする時も、ソースをWindows上のアプリで再生し、信頼できそうな外付けのオーディオI/FのDACでアナログ信号にして、信頼できそうなモニタスピーカやヘッドフォンに送って聴いています。 音楽CDの場合も、初めて再生するディスクはWindows Media Playerやリッピングツールで44.1KHz/16bitリニアPCMのままハードディスク内に取り込んでしまい、以後はハードディスク内のものを再生して聴いている事がほとんどです。 僕にとっては、Windowsが「ステレオ」であり「コンポ」であります。 今はそういう人、結構多いんじゃないかと思います。
確かに今の音楽は制作の段階でピークリミッタやマキシマイザでピークをかなりつぶし気味にしてあるものが多いですから、いつもカーネルミキサーを経由した音「だけ」を聴いているぶんには、それほどの違和感を感じないのかもしれません。
でもWindows7にした1年前くらいからつい最近まで、ASIOなどを使った自分の音楽の作業以外では、すべてオリジナルとは異なる劣化した音楽ばかりを聴かされていたのだと思うと、なんだか悲しいやら腹立たしいやら...(X_X)　』

『音楽CD、 DVD、Blu-Rayディスク、あるいはネット上の動画・音楽コンテンツなど、Windows上で音を鳴らすありとあらゆるコンテンツの音声が、この劣化を受けてしまい、コンテンツ制作者の意図しない音声加工が再生時に行われているものと思います。 世界中のほぼすべてのWidows Vista / Windows 7 ユーザーのところで。いったい何億人がこの被害にあってるんでしょうか？(笑)』

DCI4 · Answer

しかし、試みに、このＵＳＢーＤＡＣ内蔵のパワードスピーカーに、１９２ＫＨｚ　２４bit　のハイレゾの音楽信号を入力してみたところ、立派に音が出ました。　　
これは、いったいどういうことなのか？　と疑問に思って質問に至った次第です。
どこかで、誰かが、気を利かせて、１９２ＫＨｚ　２４bit　の原信号を　４８ＫＨＺ　１６bit　の信号に変換して、この内蔵ＵＳＢ－ＤＡＣに信号が入るように細工をしてくれたのかな、と勝手に想像したのですが、この私の想像は正しいのでしょうか？

★回答　No6　です　回答を補足しておきます

サンプルレートコンバーターがどこに入っているかと言う問題になります。
PCをどのような再生ソフトでどのように使用してるかわかりかねるので
一般論になります。
ＵＳＢーＤＡＣがどのような製品か不明なのわかりかねますが
一般にたとえば次のようなケースになります。

(1)パソコンの再生ソフトにソフトとして入っている場合
(2)パソコンのデバイスドラーバーにて処理されている場合
(3)USB-DAC製品に　サンプルレートコンバーターがハードで内臓されている場合
この場合内部のDACチップに入っている場合と別チップに単独で入っている場合がある
DACチップ内臓の回路はオーバーサンプリングデジタルフィルタと言う名前で呼ばれてる場合もある。

おそらくこれらのどれかで　行われているはずで
 ４８ＫＨｚ,１６bitになおされているわけです
質の悪いものですと　24KHz以下に24KHｚ以上の信号の折り返し成分がでてしまいます
24KHｚ以上の信号は通常　聴こえませんし　あまり入っていないので
折り返して24KHz以下に出ても　ほとんどきずかないでしょう。
一番ひどいのはデーターを間引いてるだけのものです。
データーを飛ばしてしまうだけであわせてしまいます。

また(1)～(3)が複数直列で使用されてしまう場合もあり　多重になりあまり好ましくはありません。

また16bit　でも　24bit　の性能のダイナミックレンジ性能を得る
ノイズシェーピング回路（デジタル信号処理アルゴリズム）もありますが
低額品でそこまで　配慮してるとは思えないです。

Yorkminster · Answer

>> ＤＡＣといっても色々なものがあるそうですが //

誤解のないように補足しておくと、オーディオにおける「DAC」というのは、「デジタル音声信号をアナログ化する装置」なので、この点に関しては全く違いがありません。いわゆるUSB-DACというのは、その「オーディオ機器としてのDAC」のケースの中に「パソコン周辺機器としてのUSBオーディオデバイス」をニコイチしたものです。

従って、ときどきUSB-DACの商品説明などに、光デジタル入力や同軸デジタル入力と並んで「USB入力」などと書かれていますが、これは本当は間違いです。光デジタル入力や同軸デジタル入力はまさにオーディオ機器としての機能ですが、USB部分はマウスやキーボードと同じパソコン周辺機器なので、同列に扱うことはできません。

>> パソコンとは、なんと思いやりのある、包容力あふれる機械であることか //

現代のコンピュータでは当たり前ですが、マルチタスクの恩恵であり、弊害でもあります。

コンピュータの機械部分（ハードウェア）は1個だけですが、ネットをしながら音楽を聴いたり、写真を見ながら文章を書いたりと、複数の異なったソフトを同時に使うことができます。これは、「1個のハードウェアを複数のソフトウェアが（何らかの方法で）同時に利用できる仕組み」が実現されているからです。

音声に関して言うと、様々なソフトが、勝手なタイミングで、バラバラの形式の音声信号を発する可能性があり、それを1つのオーディオデバイスで処理しなければなりません。たとえばオーディオデバイスが16bit/48kHzで動作しているときに、音楽再生ソフトは16bit/44.1kHzの音を出し、メールソフトの新着通知は8bit/22.05kHzの音を出すかもしれない訳です。そこで、全ての音声信号をいったんOS（たとえばWindowsやMac OS）が預り、混ぜ合わせて1個にし、オーディオデバイスに適した形に変換して送り出してやれば、全てが丸く収まります。ユーザが意識しなくて良いように、「包容力」を持たせてある訳です。

もっとも、いつ、どこから、どんな信号が来るか分からないので、この仕組みは、たとえ現実に出ている音が1個だけで、それがオーディオデバイスの動作状態に適合していても、常に機能し続けざるを得ません。変換は、できるだけ短時間に済ませる必要があるので、品質よりも速度が優先されています。「包容力」のトレードオフとして、常に音質が劣化する可能性を抱え込んでいる訳です。

この通り、PCオーディオというのは（オーディオではなく）パソコンの話で、USB-DACも（オーディオ機器というより）パソコン周辺機器なので、そういう意味では「普通のDAC」とUSB-DACは別種類のもの、とも言えるかも知れません。

DCI4 · Answer

ＰＣＭの音楽信号について、例えば、１９２KHz、２４bit のハイレゾ音楽信号を ４８ＫＨｚ,１６bit　までの能力しかないＤＡＣ　を通して再生した場合、どいう音になるのでしょうか？

★回答
根本的に混同してると思われます

(1)サンプリングレート　fs192KHz　  量子化bit数　24bit　　のフォーマットを
他のサンプリングレート　fs　？Hz　  量子化bit数　？bit　　で再生すると言うことは

サンプリングレートコンバータ　と言うデジタルフィルターで変換して
その後デジタルアナログコンバーターを利用して
アナログ信号にして増幅するという意味です。
アナログ　デジタル変換部分は　製品固有でしてアナログ性能差は　
大きいですがそれを抜きで考えれば
質は　ほぼサンプリングレートコンバータの設計の出来で決まるということです。
サンプリングレートコンバータのスペックは製品を作った半導体メーカーにより公開されている。
また汎用DSPで作成した場合はよほどの　いんちき設計者でないなら
設計者がスペックを把握しており　仕様も決めている。

(2)再生帯域は　サンプリングレート　fs　の半分程度
音のダイナミックレンジ（音の大きい～小さいを表現できる範囲）は　量子化bit数
で決まりますので
とうぜんその範囲になります。
たとえば　計算例は23bitなら　　　6.02db×23bit+1.76db=140.22ｄｂ　
と計算すればよい

(3)ハイレゾフォーマットに対し元製品作成者として　正直に言及すれば以下となる

日本のAVセットメーカーが　SACD　や　ｆｓ=192KHzのサンプリング 量子化24bit　のPCM　記録を要求すると　　各種デバイスメーカーや半導体商社が　LSIモデルチェンジの仕事が増えるのでその経済効果を利用し便乗商法となって儲かるのでよろこぶ。
オーディオ雑誌　評論家も便乗する。
まっとうに考えれば　量子化　24bit　　サンプリング周波数　96KHz　ぐらいが良識のある技術者のやることである。
もちろんそのほうが　デジタルミキサーによるデジタル信号処理もしやすいし、ノイズもまきちらさず、コストにもやさしい方法なのは言うまでもない。
音ももちろん問題ないのは言うまでもない。

nijjin · Answer

>早速のご指導、ありがとうござます。　　「１９２KHz、２４bit のハイレゾ音楽信号は処理できない」　　ということは、たとえ、そのような信号をＤＡＣへ入力しても、音楽信号としての出力は不可能、ということでしょうか？
そうです。
DACでは対応するサンプリング周波数以外（ビット深度もですけど）の周波数はまったく扱えません。
サンプリング周波数に対して同じ周波数でロック（同期）しないと音の情報として認識することができません。
デジタル信号はアナログと違い暗号のような感じですから正しく認識されなければ何の意味も無いノイズになります。
たとえるなら鉛筆に紙テープを斜めに巻きつけて文字を書きそれをラップに巻いても
太さが違うので鉛筆の時に書いた文字が再現できずに読めないのと同じような感じです。

chiha2525 · Answer

No.2さんの回答のとおり、48kHz 16bitのDACには、192kHz 24bitの信号は全く理解できないノイズでしかありませんので処理できません。プレイヤー（PCなど）のほうで48kHz 16bitに落として送ってやれば、その音になります。

DAC chipのほとんどは、8倍オーバーサンプリング（アップサンプリング）を内部的に行いますので、そのようなDAC chipの製品では、大抵192kHz 24bitはサポートされています。ですから48kHz 16bitまでしか扱えないDACは少ないはずです。
逆にサポートされていないDACは、ノンオーバーサンプリングDACなどといって、言ってみればmp3音源に質を落として聞いているようなもので、それで音が変わったと喜ぶ程度なら良いですが、実はこちらのほうが音が良いんだなどと間違っても思い込まないでください。

Yorkminster · Answer

その「ハイレゾ音源」がどういうもので、どのように再生し、どのような「DAC」に、どう繋ぐか、によって話が変わってきます。

一般的なオーディオ機器の場合、16bit/48kHzまでしか対応していないDACに、24bit/192kHzの信号を入力すると、「音が出なくなる」のが正常な処理と思われます。DACから見ると想定外の信号なので、上手く処理できる保証がない以上、ノイズや爆音が出ると困るのでミュートしてしまうのが最も害がありません。

なお、24bit/192kHz対応のサンプリングレートコンバータを搭載していれば、正常に16bit/48kHzにダウンコンバートして再生できますが、そういうDACなら「24bit/192kHz入力対応」と表記するでしょう（し、今どきそんなややこしい構成のDACがあるとは、ちょっと考えられません）。

他方で、いわゆるPCオーディオにおけるUSB-DACの場合は、事情が異なります。

USB-DACというのはパソコン周辺機器（USBデバイス）なので、「パソコンとの間で何bit/何kHzの信号をやり取りするか」を申し合わせる、という処理が行われます。オーディオ機器のような「信号垂れ流し」ではありません。たとえば、16bit/48kHz対応のUSB-DACをパソコンに（もちろんUSBで）接続すると、「私は16bit/48kHzの信号しか受け取れないので、よろしく」と申し出て、パソコン側で認証されて初めて使えるようになります。

このとき、通常の処理（OSが標準的に想定している処理）であれば、パソコン（上のOS）が自動的に、全ての信号を16bit/48kHzに変換して送り出してくれます。24bit/192kHzはもちろん、8bit/22.05kHzでも同じです。

もっとも、この「変換」というのは、変換する必要がない信号（つまり、もともと16bit/48kHzの信号）であっても行われます。これが音質劣化の一要因になるため、高音質再生を謳うソフトの中には、この処理をバイパスするものがあります。この場合、再生ソフトの側で（OSよりも高品質に24bit/192kHzから16bit/48kHzへ）変換を行ってくれるのであれば、問題はありません。

しかし、そのような変換をしない（DACが16bit/48kHzで動作しているときは16bit/48kHzの曲データしか再生させない。16bit/44.1kHzのデータを再生するにはDACを再設定する必要がある）ソフトも存在します。その場合は、ソフト側でエラーが出て、結果的に音が出ない、ということになります。

Tann3 · Answer

アナログは分解能や性能が低くても何とか処理できますが、「デジタル」に関しては規格が異なれば全く処理不能です。

１９２KHzと４８ＫＨｚでは処理クロックが違いますので、まったく互換性はありません。別仕様です。
　一般に、１９２KHzの処理ができる機種は４８ＫＨｚの処理もできるように設計されていますが、４８ＫＨｚ用の機種では１９２KHzを処理する設計にはなっていないのが普通です。

従って、ご質問に対しては、「４８ＫＨｚ,１６bit　までの能力しかないＤＡＣ　を通して再生した場合、１９２KHz、２４bit のハイレゾ音楽信号は処理できない」ということです。

kimamaoyaji · Answer

その通りです192Kの48KHｚまでしか再生できませんし、24Bitの上位16Bitしか再生できません。
逆にDXD＝386KHｚ　32BitDACでも192KHｚ　24Bitでしか再生できません。
まあ多少良く聞こえる事もあります、気分的な問題かもしれませんが。

ハイレゾ信号の再生とＤＡＣの能力との関係

こんにちは。

ところで、本題ですが、

しかし、試みに、このＵＳＢーＤＡＣ内蔵のパワードスピーカーに、１９２ＫＨｚ ２４bit のハイレゾの音楽信号を入力してみたところ、立派に音が出ました。

>> ＤＡＣといっても色々なものがあるそうですが //

ＰＣＭの音楽信号について、例えば、１９２KHz、２４bit のハイレゾ音楽信号を ４８ＫＨｚ,１６bit までの能力しかないＤＡＣ を通して再生した場合、どいう音になるのでしょうか？

>早速のご指導、ありがとうござます。

No.2さんの回答のとおり、48kHz 16bitのDACには、192kHz 24bitの信号は全く理解できないノイズでしかありませんので処理できません。

その「ハイレゾ音源」がどういうもので、どのように再生し、どのような「DAC」に、どう繋ぐか、によって話が変わってきます。

アナログは分解能や性能が低くても何とか処理できますが、「デジタル」に関しては規格が異なれば全く処理不能です。

その通りです192Kの48KHｚまでしか再生できませんし、24Bitの上位16Bitしか再生できません。

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　アナログは分解能や性能が低くても何とか処理できますが、「デジタル」に関しては規格が異なれば全く処理不能です。