1ビットデジタルアンプの1ビットの意味

質問

1ビットデジタルアンプの1ビットの意味について教えて下さい。
言葉としての1ビットの意味は勿論承知しております。1ビットアンプの意味
が判らないのです。それから、１ビットアンプの特徴（長所、短所など）も教えて下さい。
他商品との比較上知りたいのです。

回答No.1

yosifuji20 · ベストアンサー

通常のマルチビットは、音声信号を一定間隔（サンプリング周波数）で区切ってその瞬間ごとの音の大きさを14ビットデータで記録するものです。

これに対して1ビットではもっと高いサンプリング周波数で区切り、その瞬間の信号の大きさが直前よりも大きいか小さいかだけを1ビットで記録します。こうすると出てくるデータは元の音声の高低に比例して1ビットデータの疎密波になります。
つまり前後の信号の大きさがある一定以内の差ではビットは出ないのですが、それ以上ではビットが記録されます。急激に変化する部分では時間当たりのビットが密になり、変化のないところでは疎になります。この信号の密度の変化がちょうど音声信号の変化と同じになります。
原理はFM放送に似ていますね。

アナログに戻すには適当なフィルターを用いれば、可聴周波数以上の成分は除かれて、この密度に比例した電圧だけが残って音として聞こえることになります。従って複雑なDAC（デジタルアナログコンアーター）が不要ということです。
十分に高いサンプル周波数さえ与えればその後の変換は簡単な理屈なので良い精度が簡単に得られるというメリットがあります。

CDのサンプリング周波数は44.1kHzですが、1ビットアンプではこれが10MHzを超えたものを使います。

CDの初期にはこのアイデアがなかったのと、この高周波を制度好く扱う素子等がなかったのでできなかったのでしょうね。
従ってローコストで精度の良い増幅回路を作るのには非常に適したものだと思います。

お礼

ご回答を戴き、ありがとうございました。単純には「1ビットで何が出来るのか」と言う点からの疑問でしたが、原理が良く判りました。「---もっと高いサンプリング周波数で区切り---」とのことですが、
そうしますと極めて急激に信号が大きくなる場合は、1-1-1-1-と続く訳ですね。ゆっくりと大きくなる信号の場合には、1-1-0-1-0などという風に、大きくなる程度に合わせて、１と０が適度に混ざり合ってくると理解して良いのでしょうか？

回答No.3

10F20

まず、CDのDAC。
16ビットですので、16個の電子スイッチと抵抗からできているのはご存知だと思います。
最も大きいスイッチがDAC全体の2分の1の電流を流すMSB(the Most Significant Bit)、次が2SB、MSBの更に1/2の電流、次が3SB、2SBの更に1/2と続き、最後がLSB(the Least Significant Bit)で終わります。
信号が01001…とくれば、2SBと5SBが電流を流すわけです。
CDは1/44.100秒ごとに信号を符号化し、左右のチャンネルで1秒間の符号は1,411,200個。それに30%ぐらいのデータ信号が加えられ、秒間に約200万ビットの信号を処理します。
スイッチや抵抗の精度や同調性など、この部分だけでもデジタルなのに音が変わる要素が沢山あるのがわかりますね。それに、(＋)と(－)を区別する為のオフセットバイナリーとか。

そして1ビットとは、この16ビットの中のLSB 一つだけを使ったものというのもご存知と思います。
MSBに対して1/65,536の非常に微弱な電流です。(16ビットデータでは、1秒間の動作回数28億9000万回…できるかっつ～の)
1ビットで01001…と信号がくれば、2SBで16,384本、5SBで2,048本のパルスを出力するわけです。
方式としては、PDM(Pulse Density Modulation ・フィリップス型)パルス密度変調。SACDなどは、このグループ。シャープの高いアンプも、こっちだったと思う。
そしてデジタルアンプによく使われるのが、PWM(Pulse Width Modulation・MASH型)パルス幅変調です。
こちらは出力されたパルスを一度メモリーに入れ、パルスの本数に応じて幅の広いものや狭いもの、つまり電圧に置き換えるというものです。(パルスの高さはPDMと同じ)

つまり簡単に言えば、デジタルアンプはこのDACを出力トランジスターの変わりにして強力な電源と組み合わせたものと言えます。
元々DACの最終出力はかなり大きく、一つでトランジスター何個分ものパワーがあるそうです。
CDプレーヤーで使う場合、ノイズシェービング(ビット圧縮)の後ローパスフィルターを使って12VぐらいからEIAJ推奨値の2Vぐらいまで下げますが、アンプではその逆というわけです。
ただ、DACからは電流で出てくるので100万円ぐらいの高級なアンプは別にして、安いデジタルアンプでは怖くてスピーカーを繋げなかったそうです。
以前のものでは、かなり直流が漏れたりして…。

でも、現在の物は大丈夫だと思いますので安心してお買い求め下さい。(…たぶんネ)

お礼

どうもありがとうございました。お陰さまでかなり判ってまいりました。

回答No.2

yosifuji20

＞ゆっくりと大きくなる信号の場合には、1-1-0-1-0などという風に、大きくなる程度に合わせて、１と０が適度に混ざり合ってくると理解して良いのでしょうか？

そうですね。実際の音声信号はそのある時間当たりのビット数の密度に応じた電圧に変換されて出てきます。一秒間にその疎密の変化が2万回繰り替されれば20kHzの信号になるということです。（単に疎密が2万回繰り返されるのではなくて、だんだん疎から密になりまた疎に戻るという変化が2万回ということです）

44.1kHzごとの間隔のその疎密の平均値を電圧に変換すれば、CDの再生信号と同じものが出てくると考えたらよいでしょう。実際はもっと細かに変換しますが。

お礼

どうもありがとうございました。お陰さまでかなり判ってまいりました。