CD作成時のハイカット・フィルターは？

Question

このごろ、手持ちのオーディオの音が、どうも気に入らなくなりました．　
CDを再生すると、どう言ったら良いか分かりませんが、なんだか落ち着
きません．．

オシロを持ち出して、アンプの矩形波に対するレスポンスを見ても、べ
つに異常は見当たりません．

CDを再生して、FFT で周波数特性を見ていると、面白いことに気がつき
ました．　CDの録音は、16KHz で、スポンと切れています．　すごい切
れ味です．

CDの録音が 16KHzで切れているのは当たり前のことで、びっくりするほう
が自分の無知を表明していることになりますが、問題は、その切れ味です．
急峻と言う言葉の2乗か3乗と言いたくなる遮断特性です．

フィルター回路もいろいろですが、一般に知られているのはバターワース
やチェビシェフなどです．　いずれも、6db/Oct とか、12dB/Oct 程度の
特性しか示してくれません．　そんな特性とは桁違いの切れ味です．

どう言う回路が使われているのか見当もつきませんが、きっと Q の高い回
路であることは間違いないと思います．

ずっと以前のことですが、チェビシェフを通過した音声の濁りに手を焼い
たことがありました．　やっとのことで、共振回路におけるQの影響に気が
ついて、低Qのバターワースに変更しました．　もちろん、遮断特性は甘く
なりましたが、歪は取れました．

以後、回路のQと、音質は反比例すると信じてきました．　アナログでも、
デジタル。フィルターでも結果は同様でした．

CDでは、どのような手法で、満足できる音質を確保しながら、あのような急
峻な遮断特性を得ているのでしょうか？

どなたか、教えて頂けないでしょうか。お願いします．

yucco_chan · Accepted Answer

>それが、どのような技術なのか、私には分かりませんが

イメージ的に説明すると、20khz の音を 200khzに変換（オーバーサンプリング）してやると、
Q が1/10 のフィルタで済ませられる。
例えば、２１ｋｈｚをカットしたい場合、オーバーサンプリングすると、２１０ｋｈｚと
１０ｋｈｚ離れた音をカットすれば良いので、Qが低くてもカットする事ができる。

>デジタル・フィルターの解説書がありましたら、ご紹介いただけないでしょうか

とりあえず
「デジタルフィルタ設計」で検索してください。
多くのURLがヒットします。
それらを見てください。

それから、「デジタルフィルタ設計 本」で検索して、
幾つかの本の目次や可能なら店頭で立ち読みして御自分に合いそうな本を買ってください。

「デジタルフィルタ設計 EXCEL」で検索すると、
EXCELを使って簡単に設計できるサイトも見つかります。

>昔のCDは、44.1 でサンプリングしても、
遮断は16KHzだったと聞いたことがあるような気がしますが、いかがでしょうか．

こちらは分かりません。
昔のアナログBS放送の音声は、Aモード（32khzサンプリング）、
Bモード（48khzサンプリング）でしたので、Aモードの録音だと考えての
余談でした。

>申し訳ありません。　さっそくトライしましたが、見つかりません．

引用されたURL はリンクが切れてますね。
私が投稿したURLをクリックしても飛べないですかね？
「デジタルフィルタ  WiKi」で検索してください。
これでヒットしたWikipediaが紹介したかったURLです。

>コリンズの
受信機に使用されていた Mevhanical Filter の素晴らしい遮断特性を思い出してい
ます．

実際に使った事は無いですが、伝聞には聞いています。
RJX-601 のFM用IFフィルタは、実はAM用＋Qダンプ抵抗で作られていたので、
メカニカルフィルタ（確か数千円）に交換したことがあります。

余談
多分、スレ主さんと近い年代だと思われます。
RJX-601 のワードでおおよその年齢が推察できますね(^^;

angkor_h · Answer

N0.1です。

> 困ったことに、1/2以上の周波数の信号は、別に、カットされるわけではあ
りません．　ランダムな信号として残ります．
⇒ これは折り返し雑音として帯域内に落ちます。
　ランダムではありません。

> 従って、その録音の再生時には、これはエイリアス(量子化雑音)となるわけです．
量子化雑音は、デイジタル化した階段波形と滑らかなアナログ波形の差分で、
復調時に発生し、これも帯域内に落ちます。

> 私の疑問は、この前置フィルターについて、音質を確保しながら、
音質確保ではなく、源音域の確保、と言うことになります。
変調側では前置でしょうか、復調側では後置になります。

> あのような急峻な遮断特性を実現するには、
濾波回路特性と言うよりも、デイジタル化の基本特性、としか言いようが有りません。

なお、波形伝送に於ける帯域制限での注意点は、
なだらかな減衰特性と平坦な群遅延特性が重要です、念のため。

yucco_chan · Answer

連投すみません。
途中でした。

示したWiKi は、IIR方式のデジタルフィルタで、
確かにカットオフ付近の位相暴れは大きいですが、
FIR方式なら暴れません。（コスト次第ですが）

スレ主さんが言われる、音質が位相以外でしたら私には分かりません。

yucco_chan · Answer

大昔（CDが発売された当時）のフィルターは機械式（機械振動を利用する）でした。
このフィルターが非常に高価なので、CDプレーヤー単品で１０万円もしていました。

後には、デジタルフィルタを使い、
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A3%E3%82%B8%E3%82%BF%E3%83%AB%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%AB%E3%82%BF

現在は、オーバーサンプリング技術を使って、Qが低いデジタルフィルタでも
急峻な遮断を実現しています。

遮断されない音は、全てノイズ（折り返し歪）になるので、
急峻性が要求されます。

余談
16khzで遮断されているという事は、３２ｋｈｚサンプリングですね。

GooUserラック · Answer

フィルターの為に切れているのではなく、サンプリング周波数以上の信号が無いためです。
逆に安い機種はローバスフィルターなどで補完している物もありますが、お持ちの物はそのまま出力しているのだと思います。もっと高級機になると前後のレベルから間を計算で補完するものも有ります。

angkor_h · Answer

音声のデイジタル化では、サンプリング定理により、
サンプリング周波数の1/2までの帯域までしか取り出せません。

ディジタル録音の特性はこのように急峻遮断で、再生では量子化雑音が残ること、
トランジスターアンプと真空管アンプ(トランス出力)の差も特性は同じ、
等から、アナログレコード盤や真空管アンプのファンもかなりいます。

CDのアナログ出力にハイカットフィルターを付けるならば、
急峻な遮断特性は群遅延偏差が大きいので音質を壊します。
極の無い低群遅延濾波器で緩やかな減衰曲線がよろしいかと思います。

CD作成時のハイカット・フィルターは？

>それが、どのような技術なのか、私には分かりませんが

N0.1です。

連投すみません。

大昔（CDが発売された当時）のフィルターは機械式（機械振動を利用する）でした。

フィルターの為に切れているのではなく、サンプリング周波数以上の信号が無いためです。

音声のデイジタル化では、サンプリング定理により、

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