音声のビットレートについての疑問

質問

人間の耳は良くて20KHz程度の音声しか聞き取れないと読みました。
たとえばサンプリングレートが22.05KHz（ステレオとしては44.1KHz)の場合、人間の聞き取れる全ての高さをカバーしていると考えてよいのでしょうか？
つまりサンプリングレートのみとしては人間の耳には最高音質に聞こえるのでしょうか？

もし上記でカバーできているのなら、105.8Mのステレオ音声（各スピカーが44.1KHzで16bitの音声）では、人間の聞ける音をはるかに超えており、人間の耳にとっては、22.05KHzも44.1KHzも同じ音に聞こえるのではないのでしょうか？

もし同じに聞こえるなら、音声圧縮ソフトのビットレート設定で最大320Kbs等があるのはなぜでしょうか？

素人の考えた意見で、おかしいことを言ってると思いますが、ご指摘お願いします。

回答No.4

cato_01 · ベストアンサー

各位の書かれた論が、一番・正しいのですが、
別のベクトルで、一筆。

まず、僕は老人性弱難聴であり、周波数帯域は
60-9800Hz です。人間の平均聴力レベルは
おおよそ、40-16000Hz です。これはサインカーブ
で、かつ、半減周波数です。

人間は鼓膜以外でも自然音を聞いています。
特に、危険が迫っている時、矩形波も聞こえていて
おおよそ、40000Hz 辺りまでは、聞こえてではなく、
捉えています。

昔のアナログレコードは、傷がつきやすいのでは
ありますけれども、なだらかな減衰と言う点で、
50000Hz 以上の周波数も記録されてはいます。
性能の良いアンプであれば、それも拾っています。
これが、アナログアンプの良さです。

サンプリングレートが22.05KHz
と言うのは、ディジタルアンプの性能が悪いのと
人間の可聴周波数の分布による、妥協の産物。
midi 信号　において、鍵盤楽器を、
シーケンス制御すれば、当該鍵盤の持っている
周波数帯域をすべて、出してくれます。

CD などでの　cーー　と言う雑音と
FM放送 特有の　変調雑音は、よく感じてみますと
周波数の違いは分かるようになります。
こちらのビットレートは12000Hz FM-AM
SSB変調周波数は、確か、14000Hz でしたか。

補足

みなさん大変親切に解説してくださってありがとうございました。
大変参考になりました。

＞つまり1秒間に約1411Kのビット数で音を記憶するわけです。
＞これがCDのビットレートです。
もともとのビットレートはものすごく大きいのですね。
このＣＤの音質のデータはＰＣＭ・ＷＡＶＥというものでしょうか？

＞圧縮は色々な方法で行われ、CDの1411Kbpsより小さくして
＞音質をなるべく落とさないようにします。
ＭＰ３で圧縮する際の設定で、同じ48KHzのサンプリングでも、320Kbpsや224Kbpsなどいくつか選択できます。
これは、量子ビットでbpsに違いがでているのでしょうか？

また、音声エンコード方式？にはＭＰ３、ＷＭＡ、ＡＡＣ等いくつか種類がありますが
サンプリングレートと量子ビットが同じ組み合わせなら、各エンコード毎にビットレートが違っても同じくらいの音質なのでしょうか？

例：ＭＰ３→48KHz 16bit 320Kbps
ＷＭＡ→48KHz 16bit 480Kbps
※数値はでたらめです。
上記二つは、ビットレートに違いがありますが、同じ48KHz 16bitなので音質は同じなのでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.3

Tasuke22

まず、サンプリング周波数とビットレートは異なるもの
です。別々に考える種類のものです。

22KHzの音で人間の聞こえる音を全てカバーしているか、
というのは「ノー」です。
しかし、90%以上の人に関しては「イエス」です。
つまり、聞こえる音の高さは個人差があると言うことです。
また、年とともに高い音が聞こえ難くなります。

授業中に無駄話をする場合は、先生に聞こえない音の高さ
で喋るとばれません。

サンプリング周波数というのは、音の高さの限界を表します。
1秒間に20,000回波がある音の高さを20KHzと言います。
20,000回の波を記憶するには、頂点と底点を記録する必要
がありますから、40KHzのサンプリングが必要です。
従ってサンプリング周波数の半分の数値が実際に出る音の
高さです。

ステレオは右と左をそれぞれ持つので、20KHz+20KHz であれ
ば、音の高さとしては、10KHz+10KHzの高さしか持てません。

CDは44.1Khzなので22.05Khzまでの音が記憶できます。
16ビットというのは、音の強弱を表し、値はdb（デシベル）
です。1ビットで6デシベル表現していると考えていいです。
16ビットで96デシベルまでの音の強さを表せます。
これをビット換算すると

16ビット*2（ステレオ）*44100(Hz)=約 1411Kbps

つまり1秒間に約1411Kのビット数で音を記憶するわけです。
これがCDのビットレートです。

圧縮は色々な方法で行われ、CDの1411Kbpsより小さくして
音質をなるべく落とさないようにします。
なお、CDの音データの記憶の仕方は、情報処理的に効率
が悪いです。まったく同じ音で少ないビットレートで
記録する方法が、WMAやAppleのロスレスです。

これは曲によって圧縮率が異なります。450Kbps～1100Kbps
くらいまでであり、平均800Kbpsくらいではないかと思え
ます。

固定的な圧縮のビットレートは携帯電話では現在320Kbpsが
最大ですが、これの理由は携帯電話のCPU能力がそれ以上
大きいとデコード（WAVEデータに戻す）作業が追いつかない
ことが1番でしょう。後は積めるメモリサイズと曲数の
関係もあるでしょう。Videoもおおむねこれくらいのビット
レートになっていますね。

ごちゃごちゃした知識が少しでも整理できたらいいのですが。

回答No.2

mikechan07

いまいち質問内容が分かりにくいですが

＞22.05KHzも44.1KHzも同じ音に聞こえるのではないのでしょうか？

これは違う音に聞こえるはずです。22.05KHzだと約半分の11kHzまでの音しかサンプリングできません。
20kHzまで聞くには倍の40kHz以上でサンプリングする必要があります。

この理由ですが、エイリアシングノイズ（折り返し雑音）という現象がある関係です。
かなり専門的な話になるので、検索してみて下さい。詳しく説明しているサイトがあります。

参考まで
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%83%B3%E3%83%97%E3%83%AA%E3%83%B3%E3%82%B0%E5%91%A8%E6%B3%A2%E6%95%B0

回答No.1

shippo

サンプリングレートは1秒間に何回測定するか決めるものですので、聞こえる音(周波数)とは異なります。

例えば32KHzサンプリングだと、1秒間に32000回にコマ切りしてそれをデータにします。44.1KHzだと1秒間に44100回細切れにしています。
このため、サンプリング周波数をあげると、それだけ細かく音を抽出することができ、アナログの音を忠実にデジタル化できることになります。

ちなみに、人間の耳の可聴範囲は(人それぞれですが)、およそ20Hz～20KHzといわれていますが、それ以外の低周波や高周波でも耳では聞こえなくても体で感じることができる音もありますよ。