CDの再生音はその都度違うのか？

質問

別々のCDプレーヤーからデジタル出力して、同じDACを使って再生したら、再生音は同じなのか違うのか？という疑問を持ちました。しかし、耳で聴いても、違うと思えば違う、同じと思えば同じという程度でした。そこで、DACからのアナログ信号を録音して、そのファイルの違い（の有無）を調べれば、何か分るかと思って録音してみました（オーディオインターフェースを使用し、ASIOやWASAPIで録音）。

ところが、別のCDプレーヤーを使うまでもなく、同じプレーヤーでCDの同じ箇所を再生して録音してみると、その都度最大レベルが異なるのです。例えば1回目は-2.335dB、2回目は-2.316dB、3回目は-2.306dBといった具合です。これは外部のDACを使わず、プレーヤー内蔵のDACを使った場合、つまりプレーヤーのアナログ出力から録音した場合も同様です。

これとは別に、DACを通さず、オーディオインターフェースのデジタル入力から録音してみると、何度録音しても、プレーヤーを変えても、最大レベルは完全に一致していました。つまり、DACに送られてくるデジタルデータ自体はまったく同じみたいなのですが、アナログ変換されるとその都度微妙に違う信号が出てくるようです。

これは一体どういう原因でそうなるのでしょうか？DACの動作というのは、そこまで正確なものではないと言うことでしょうか？それとも何か他に原因があるのでしょうか？

回答No.4

iBook 2001（@iBook-2001） · ベストアンサー

はじめまして♪

単なる「誤差」では？と思いますが。。。。

アナログ出力し、IF側でAD変換時の問題ではないでしょうかねぇ。
最大出力の瞬間と言っても、アナログ信号の完全なピークのタイミングで、AD側のサンプリングタイミングがマッチしていたのかどうか、と言うだけなのでは？と思います。

AD変換時には、サンプリング周波数と言う部分が有って、サンプリングの前後に瞬間ピークがあれば、最大ピークをサンプリング出来ない事に成ります。
まぁ、後にDA変換でアナログ波形に戻す際、このようなケースでは頭打ちになる波形が再現出来ない仕組みですから、「ほぼ元の波形が再現出来る」というのが大前提に「デジタルオーディオ」が成立していますしね。

私は、そもそもアナログ人間で、コンピューターでの録音なんて、せいぜい１３年前位から、という浅い経験ですから、コンピューター等を活用した測定等は、とても簡単に細かく調べられるけれど、その信憑性、信頼度に関しては、昔からのアナログ測定と、最近のデジタル環境で、それぞれドコに弱点が在って、どのように観測結果を評価すべきなのか、常に考えていたりします。

それぞれ「測定誤差」が出やすい範囲が違う物ですし、実際の測定値、数字の差異が、どんな意味を持つのか、という考えで、あくまで私個人の感覚論ですが、「単なる誤差じゃないの？」と理解しちゃいますが。。。

あまり科学的じゃないのは承知していますが、こういう意見もアル。というダケですけれど、いかがでしょうか。。。(>o<)

お礼

確かにそういうこともあるかも知れませんね。
とすると、サンプリング周波数を高めるほど誤差は小さくなるはずですね。
一度試してみます。
いろいろな角度から考えることを教えていただいてありがたいです。

補足

お礼を書いてから一つ思いついたのですが、アナログ出力し、IF側でAD変換時、IFのクロックはinternalで動作させていたのですが、それをexternal動作にして、そのCDプレーヤーのクロックで動作させたらどうなるでしょうか？というか、一度やってみます。

回答No.7

chie65536（@chie65535）

＞ジッターや外来ノイズの影響というのはどの程度のものなのでしょうか？

外来ノイズは「無音部分を再生したら、かすかにブーンと音がする」くらいの程度のものです。

ノイズは「アナログ系の回路すべてに飛び込む」ので、CDプレーヤーとパソコンを繋いでいるケーブルからも飛び込みますし、DACのアナログ出力信号端子から先の回路にも飛び込みます。また、パソコンのアナログ録音回路にも飛び込みます。

さらに、ノイズの発生源は「CDプレーヤーの電源ユニット」や「パソコンの電源ユニット」や「電源コンセントそのもの」ですから「普通のコンセントから電源を取っている段階で、すべての実験が無駄」です。

だって、アナログ系の計測結果は「家の冷蔵庫のコンプレッサーのモーターが廻るだけで、結果が変わってしまう」のですから。

オーディオマニアの人の中には、電源からのノイズを減らすため、１台100万円以上する「クリーン電源装置」を買って使っているもいますし、専用のオーディオルームに高品質でノイズの少ない専用電源コンセントを配線している人も居ます。

質問者さんがやりたいような実験には
http://www.ray-tech.co.jp/feature/electromagnetic.html
のような、電磁波クリーンルームが必要です（もちろん、非常に安定したクリーンな電源も）

まあ、こういう施設を利用しても「大きなノイズの発生源」であるパソコンを持ち込んだ瞬間に「すべてが無意味」になりますが。

なので「CDプレーヤーでアナログに変換された段階でノイズが乗っている」ので、アナログ信号は「再生するたびに、ランダムにノイズが乗った不定な信号」になります。

お礼

何だかもうきりのない話になってきましたね。ここで言う「外来ノイズ」とは、No.2の回答に対する質問で、アナログ系のノイズのことではありません。しかし、常識的に考えてアナログ系のノイズの影響の方が大きそうですから、デジタル系のノイズの影響は「測定不可」と言うことなのかもしれません。まあ、いろいろな指摘を頭に入れてやってみます。

回答No.6

kichi8000

CDプレーヤーは音声データが劣化しても、出力段では時間的に間に合わないときには読み直すことはできません。エラー補正をするだけです。

通常のCD音声データですが、ファイルとして記録したものではないものです。
エラー補正というものがあってデジタルデータなのだけど、読み取り時のエラーを違和感がないように補正することがあります。
補正が多いと元の音声と違った音になることがあります。
PCに取り込むときにも補正されることもあります。
CD音声は正確に再現されないものと思って差し支えないです。

そこにつながっているDACも同じ動作だといえます。
デジタルデータがどこかで劣化してからDACに入るということのようです。
伝送経路で劣化させないことが重要ということになると思うんですね。

MP3プレーヤーは復元されるデータは１００％同じデジタルデータだけど、音声に復元するアルゴリズムによって違いは出ますが、同一のプレーヤーでは変化はないはずです。
しかし、そこからDACまでの経路でデジタルデータが劣化しても読み直しはしないのではないでしょうか。

結論として、読み取り時のエラーはほこりや傷で、伝送時にはデジタルデータがノイズなどで劣化しているものと考えられます。
CDプレーヤーのアナログ出力で違和感がないのはそのせいです。

お礼

確かにそういうこともあるかも知れませんね。
ただ、もし補正が頻繁に起っているとしたら、その都度、またプレーヤーによって、出力されるデジタルデータ自体が変化することになります。

ところが、デジタルtoデジタルで録音した場合は、何度録音しても、プレーヤーを変えても、録音のピーク値は常に一定なのです。たまたまその部分では補正が起っていないからだとも言えますが、やはり出力データそのものは変化していないと考える方が無理がない気がします。

貴重なご指摘ですので、今後そのような点にも気を配って、いろいろテストしてみたいと思います。

回答No.5

roflsunriz

アナログ変換のときに誤差が生じるのは常識です。
デジタルからアナログに変換する際に避けることの出来ない問題です。

お礼

分りました。そういうものだと言うことを前提にして、さらに方法を考えてみます。

回答No.3

Higurashi777

>ジッターや外来ノイズが限りなく小さければ、DACから出力されるアナログ信号は限りなく正確なのか

DACを含むシステム系に供給される電源にノイズが載っていない、システム全体の温度条件が厳密に一定である、外来ノイズを防ぐために測定はシールドボックス（一例：http://www.micronix-jp.com/product/product_2.html）内で行う、等、外的要因を極力排除することができればDACから出力されるアナログ信号は「限りなく正確」になります。
ただ、その正確性を追い求めることにどれだけ意義があるか、ですね・・・。

今回質問者様が測定された系でいうと、「DACの出力をオーディオI/Fで取り込んでデジタル信号に変換」ということをされていますよね。
もちろんDACの動作がばらつくのもありますが、アナログ信号をオーディオI/Fで取り込む際のAD変換系にも前述のようなノイズが飛び込む要因は多々あります。また、DACとオーディオI/Fを繋いでいるケーブルの品質によっては、そこからノイズが飛び込んでくる現象も否定できません。

まあ平たくいうと「（たとえ実験室レベルであっても）アナログ測定に厳密な再現性を求めるのはどだい無理(笑)」なので、「平均でだいたいこれぐらい特性がでてればOK」ぐらいの感じである程度の誤差は妥協して生暖かく見守るしかないですね・・・。

以上、ご参考まで。

お礼

ありがとうございます。
素人環境で、どこまでやれるか試してみます。

回答No.2

John_Papa

こんにちは。

凄い精度のレベルメーターですね。そして、凄い耳も。

「ジッター」という用語を調べてみてください。
一般にデジタル搬送波の時間軸ゆらぎの事で、これで片付けられる事が殆どです。
現在のDACの殆どはΔΣ変調で1bitのパルス幅またはパルス密度に変換されてから、平滑（ローパス）されてアナログ音声信号になります。DCを取り出すかACを取り出すかの違いはありますがやってることはスイッチング電源と同じなのです。
些細な搬送波の歪み（量子化雑音や外来雑音など）やタイミングズレ（ジッターなど）は、デジタルからデジタル録音では影響ありませんが、デジタルからアナログに変換する場合は搬送波形をそのまま利用する為、もろに影響を受ける事になります。（DSDは搬送波のタイミングが一定なので直前で搬送波形の付け替えが可能になる）
デジタル搬送波もアナログ伝送なのです。
DAC周辺の電源やクロックの安定化で品質は向上しますが、完璧には至りません。

お礼

ジッターの影響という基本的な点を教えていただきありがとうございました。

補足

John_Papaさん、いつもありがとうございます。

耳は全然すごくなくて、もちろん聴いても全然違いは分りません。メーターというのは、Audacityで録音してから「増幅」を選ぶと0dBまで何dB増幅という表示が出ますので、そこから逆算しているだけです。（Wavelabでも再生するとメーターにピーク値が表示されますが、小数点2位までです。）

さて、2つの回答をいただきましたが、まさにその2つの間で悩んでいたのです。つまり、ジッターや外来ノイズが限りなく小さければ、DACから出力されるアナログ信号は限りなく正確なのか（この程度では検知出来ないほど）、それともDACの動作そのものにもともとこの程度の誤差はあるのか。あるいはその両方なのか。だとしたら、原因としてはどちらが大きいのか。

どちらの回答も納得出来るので、困っています。

なお、余談ですが、「デジタルからアナログに変換する場合は搬送波形をそのまま利用する為、もろに影響を受ける」のであれば、素人考えですが、搬送された信号を一旦バッファメモリーにデータとして蓄え、DAC専用のクロックを使って順次読み出すようにすれば、トランスポートや搬送のジッターやノイズの影響はシャットアウト出来るのではないかと思うのですが、（実際、ポータブルCDなんかでは音飛び防止のために、一旦メモリーに蓄えたデータを読むしくみがありますが）、実用化には問題があるのでしょうかね？

回答No.1

Higurashi777

ある意味当然の動作になります。
DACの動作、特にアナログ部の動作は同じソースの信号が来たからといって毎回必ず誤差なしで同じ動作になる、ということはありえません。
動作温度による特性変化や電源電圧の振れによる特性変化、更にはDAC外部に外から飛び込んでくる外来ノイズ（電源ラインから来るものや信号線経由でくるもの）の影響を多分に受けますので、同じソースを再生したからといって誤差なしで同じ音が再生される、ということはありません。
今回の例でいうとおよそ1%程度の誤差ですよね。これであれば十分許容範囲内の誤差になります。
LSI屋さんが実際にDACの特性を測定する場合は、安定化電源を使用して電源の振れを抑える、サーモストリームという「LSIの温度を常に一定に保つ」装置を使用して動作温度が振れないように保つ、等の処理をして測定を行いますが、それでも測定誤差は出ます。
なので、数回（多い場合は５から10回程度）測定を行い、最大値と最小値を除外した値の平均値を正式な測定値として使用する、というケースが基本となります。
なので、そういう意味では「DACの動作はそこまで正確なものではない」という質問者様のお考えが正しい、ということになります。

以上、ご参考まで。

お礼

最初に一番基本的な視点を教えていただき、ありがとうございました。

補足

とても納得できる回答で、DACの動作についてはよく分りましたが、もう一つの回答にある、ジッターや外来ノイズの影響というのはどの程度のものなのでしょうか？