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USB-DACの出力を下げて使用する
例として以下のUSB-DACを挙げます ・PC100USB-HR2(物理的なボリュームが付いている。分圧で電圧を下げる) ・Sound Blaster Play! 3 SB-PLAY3(ボリュームは付いていない。OSで演算的に音量を下げる。(学術的な知識は持っていないです)) プリメインアンプにギャングエラーがあるので、USB-DACの出力電圧を小さくして、ギャングエラーを回避しようという意図です。 質問なのですが、 出力電圧を下げるために、抵抗の分圧で下げるのと、演算的に下げるのとでは、どちらが理論的に音情報の損失が小さいのでしょうか? よろしくお願いします。
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こんにちは。 『抵抗の分圧で下げるのと、演算的に下げるのとでは、どちらが・・・』 これは、元データの音量を考えてみると判りやすいでしょう。 大音量と小音量では異なります。 16bitは65,535段の階段ですので、最大音量付近では1段違ったって0.0015%程度の違い(歪み)でしかありません。 では、その中に最大音量5bitの音量部分が有ったとしましょう。5bitは31段しかありませんので、5bitの音に対しての1段は3.2%の違い(歪み)という事になります。 3%歪みは人が気付けるとかで、かつてアンプの最大出力(3%歪み)としてた頃があります。 抵抗器の許容誤差は、最も高精度のもので0.05%以下ですので、16bitMAXに近い範囲ではデジタル演算の方が高精度だが、11bit以下の弱音量だとアナログ抵抗器の方が誤差が小さい。という事になるでしょう。 と、まあCD並みの16bitで話してきたのですが、楽曲を作る場合は24bit以上で行われる事が普通だと思います。 下位に8bit追加されるので、ビット深度16bit→24bitだと、65,535段→16,777,215段 31段だった5bitは、13bitの8,191段という事になります。 8,191段だと、1段の誤差は0.012%ということになります。 理論的には上記のようになります。 私がPAで使ってるデジタルミキサーは、ビット深度は24bitで各フェーダー(音量ボリューム)やエフェクトなどのコントーラーは全て演算です。 回答してて改めて、24bitあれば必要最小限、ビット深度24bitで理にかなってると思いましたね。
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- John_Papa
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Re:No.8 お礼ありがとうございます。 補足質問の回答は「そのとおり」です。 実際には32bit以上でOS内部処理されていますが、それを16bit、24bit、32bitのフォーマットに切り揃えて出力しますので、24bitに設定すれば24bitデータで表現された音量でSound Blaster Play! 3 SB-PLAY3に出力されます。
お礼
何度もご回答いただきありがとうございました
- John_Papa
- ベストアンサー率61% (1186/1936)
No.2 ,No.6です。 お礼ありがとうございます。 No.2 >>その中に最大音量5bitの音量部分が有ったとしましょう。 > >CDのデジタルデーターは音信号と音量データが別々に含まれているという理解でしょうか それは勘違いです。 音・音楽というのは常に変動していますので、16bitフル使用の時もあれば、下位5bitのみ使用の時もある。 16bitデータに置いて最下位の1bitの影響は気が付かない程のものだが、データが5bitしかない時の同じ1bitのでも大きく影響する。という事が言いたいのです。 PCとDAC間で音量調整データは送られますが、方向は双方です。PC操作でボリュームを上げ下げすれば対応可能なDACでは実際にボリュームが上がり下がりしますが、非対応のDACでは無反応です。また、ボリュームデータ対応のDAC側でダイヤル式とか↑↓ボタン式データエントリーなどで音量操作するとPC側の画面でも上下変化を表示します。 Bluetoothレシーバーなど、当然のようにスマホのボリュームで操作できますね。同じ事です。 DAC内の音量調整機構にラダー抵抗の切り替え方式の物もありますが、演算式の物もあります。また音量調整データ非対応になりますがアナログVR式のものもあります。これはDACの構成パーツに因って異なります。 No.6 >例えば、音楽再生プレーヤーで該当DACをwasapiで選ぶ場合は、OSのカーネルミキサーをバイパスするはずなので、再生プレーヤーにて24bit化しないとダメだという理解であってますでしょうか? その通りです。wasapiやASIOは再生プレーヤーアプリにて「DAC機種毎に」24bit化しないとダメです。 周囲に遠慮して音量控えめで聴いていらっしゃる方には、Defaultの16bitから24bitに変更した時の余韻の広がる爽快感(←クラシック等がお薦め)を是非味わっていただきたいです。 サンプリング周波数の方は弄る必要はありません。変更して良くなると感じる方はサンプリングの変更もどうぞ。 私は、24bit設定は理論的にセオリーだと思っていましたが、意外とご存知ない方が多かったようで、驚いています。 ようつべで探してみましたが 24bit化 で簡単に音が良くなるという動画は今のところ見つけられません。 24bit化できない16bit専用DACじゃどうしようもありませんが。
お礼
Sound Blaster Play! 3 SB-PLAY3 を入手してまずは実験してみます、ありがとうございました。
補足
もしまだご覧になっていたら教えていただけないでしょうか Sound Blaster Play! 3 SB-PLAY3をパソコンに接続し、コンパネの設定から24bitに設定しました。 これで、Yutubeとかradikoを聞くとき、音量調整は24bitで処理されているのでしょうか
- denpadenpan
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理論的な話なら簡単なことだよ~ 抵抗ATTは、信号(S)と雑音(N)が同じ比率で減衰するから、SN比は変わらない。 デジタルATTは、Sは減衰するけどNは変わらないから、減衰だけSN比は劣化する。 まあ、最終的にDACの残留雑音はパワーアンプで増幅されてスピーカから音になる。 それがパワーアンプ自体の残留雑音と比べて大きいか?ってのが問題。 もしそれが大きくなったとしても、スピーカーの能率が低くて残留雑音が部屋の騒音以下なら知覚できない。 実際はアンプの残留雑音の方が大きいから、デジタルATTで-20dBくらい下げてもスピーカーから出る残留雑音はほとんど変わらないだろうけど~ ところで 面白いのがあった https://magellanic.blog.ss-blog.jp/2020-05-03 WASAPI排他モードの音量調整て、PCじゃなくて USB DAC 側のデジタルATT使ってるんだね。 PCで音量調整できるからビットパーフェクトじゃないと思ってたよ~ で、DAC側のデジタルATTの方が高音質なのかな? あと、フルスケール矩形波をオシロで確認したけど、確かにフルボリュームだとオーバーシュートがクリップする。 うちのはボリューム86まで下げると正常になる。 フルスケール矩形波てのが異常なんだけど、これって音質に影響するのかな~? そんな音楽は無いと思うけど(笑)
お礼
>WASAPI排他モードの音量調整て、PCじゃなくて USB DAC 側のデジタルATT使ってるんだね。 そうだったんですね 謎が解けました 持ってるPCスピーカーが、音楽再生プレーヤでwasapiを選んでもOSで音量調整しても音量が変わることが不思議だったんです ありがとうございました
補足
ちょっと待てよ思ったんですが、16bitの音源を24bit化してOSや再生プレーヤで音量を減衰させればいいと理解していたのですが、USBDAC側の音量調整が何bitで行われているかが問題ですかね ちょっと混乱してきました ありがとうございました
- John_Papa
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No.2 です。 追加を回答します。最後までお付き合いください。それとも最後から読みますか? 産業用を除き、現在用いられているオーディオDACのほとんどはΔΣ方式を用いた1bitDACを基本構造としています。 現在数千円程度で買える24bit/192KHz以下のハイレゾDAC(DSD対応ではありません)は全てこの方式ではないでしょうか。 これらは、入力側(デジタル)のPCMフォーマットが対応可能なものは、オーバーサンプリングとか称して内部で全て同じフォーマットに変換しています。これで出力のアナログ変換(実際はローパスフィルター)は、入力フォーマットに拘わらず1個(チャンネル当たり1セット)で簡潔に済みます。 コスパ的には、24bit/192KHz程度が最も良いそうで、Sound Blaster PLAY! 3やPC内蔵DAC等はこれに該当するでしょう。 DAC側で音量を調節するのなら、劣化をあまり気にする必要はないでしょう。 PC100USB-HR2には、物理的なアナログボリュームコントロールがDACに付いていますので、PCからは100%音量で送り出せばよいので簡単な話です。 ここで、気を付けなくてはならないのはOS(特にWindows)のサウンドコントローラが、USB-DACをどのように認識しているか、です。 基本的には、16bitデータを再生しDACが16bit対応とWindowsが認識すれば、そのサウンドデバイスに16bitで出力する。という事です。 24bit化した後に音量を調節すれば劣化を気にしなくていいのは今まで述べましたが、音量を調整した後再16bit化してサウンドデバイスに送られたのでは、弱小レベルが劣化したデータをDACが受け取る事になってしまいます。せっかくの24bit対応のダックが無駄になるのです。 では、どうするか。解決策はOSに24bitでデータを送らせる設定です。 こんなことはOSに自動でやって欲しいんですがね。 サウンドデバイスのプロパティを開き、手動で該当するデバイス(例えばSound Blaster PLAY! 3)を 「2チャンネル 24ビット」 以上の設定に変更しておきます。 サウンドデバイスのプロパティは、画面下のタスクバーのスピーカーアイコンを右クリックして「サウンド(S)」を選択します。(困ったことに一般的設定の歯車アイコンからはこの窓にたどり着けません。)「サウンド」が開いたら「再生」タブをクリックして、使用したいデバイスを選択すれば、「Sound Blaster PLAY! 3」等 個別のサウンドデバイスのプロパティが開きますので、「詳細」で現状の確認と設定ができます。 Windowsからは、OSがデジタル演算で音量調整した24bitデータがUSB-DACに送られることになりますが、これならDAC側で24bit音量演算するのとデータ上変わらないですね。 なお、この設定にすると、PCから送り出す音量を100%に限定しなくても良いので、PCの使い勝手が良くなります。 なお、この設定はOSのサウンド設定以外の方法(ASIO等)では、アプリごとに設定・確認する必要があります。 面倒ですが、より良い音で聴く為に必要なセオリーです。
お礼
windowsのコンパネのサウンドの設定から該当DACに送るデータを24bit以上にすればいいわけですね。 ブラウザなどでYoutube閲覧などはそれで良さそうですが、 例えば、音楽再生プレーヤーで該当DACをwasapiで選ぶ場合は、OSのカーネルミキサーをバイパスするはずなので、再生プレーヤーにて24bit化しないとダメだという理解であってますでしょうか? ありがとうございました
- HAL2(@HALTWO)
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A No.1 HALTWO です。 A No.1 の回答でトンデモナイ、誤りがありました(^^;)。 >一方 24bit (6dB/bit × 24bit=144dB) から Digital 演算で 36bit 下げても 24dB−6dB=18bit ありますので、実用上全く問題無い筈です。 は…… 一方 24bit (6dB/bit × 24bit=144dB) から Digital 演算で 36dB 下げても 24bit−6bit=18bit ありますので、実用上全く問題無い筈です。 の間違いです。 bit と dB を打ち間違えるなんて(笑)……。 再生が目的であれば 24bit の Data は Analog Volume Controller のほぼ最大減衰量である 48dB 絞っても 48dB÷6dB/bit=8bit を演算で減じるだけですので 24bitー8bit=16bit の Dynamic Range を保持しています。 だから近年は 32bit Digital Volume Controller IC Chip なんてのが持て囃されているのですね。 Accuphase 社や Luxman のような高額 Amplifier Maker は他社製 IC Chip を信用せずに自社製の Digital Volume Controller Circuit (電子制御 Attenuator) を「売り」にしていますが……。 Digital Attenuation の欠点は A No.4 iBook-2001 さんが仰るように、Analog 変換する際の DAC (Digital Analog Converter) に於ける残留 Noise が Digital Attenuation に耐えられるほど充分に低いものでなければ Noise が乗ってしまうことにあります。 DAC 出力直後に置かれる I/V (Intensity/Voltage) 変換、LPF (Low Pass Filter)、Amplifier の回路に於ける残留 Noise がどれぐらいかによりけりとなるので DAC 機は慎重に吟味する事になりますね。 DAC から Amplifier まで Single Chip に集積している IC (Integrated Circuit) Chip では 16bit Mode よりも 24bit Mode の方が残留 Noise が大きかったりもしますので(笑)、要注意です。……安価な IC Recorder にそういう製品がありましたね。 私は DAC 内蔵 Headphone Amp' も、その Line Out に繋いでいる真空管 Amp' も Volume Controller を「2 時」以下にした事がない程の大 Volume 位置で聴いているのですが(笑)、真空管 Amp' は最大出力が 1W ちょっとしかなく、Speaker も 86dB SPL/m ぐらいの能率しかないので Speaker から出ている音圧は 80dB SPL/m もないでしょうね(笑)。 ……ただ Headphone 聴収時は 50mW/16Ω 以上出せる Ope'Amp' 出力を 106dB SPL/mW 63Ω の Headphone に繋いで Volume Full Open にしたまま Peak 値 0VU の音をブチ込む事があるので 120dB SPL 近い Peak 音を聴いている事になりますが(汗)……。 私も一時期、御質問者さんと似たような悩みを持った事があり、Output Transformer の出力 Coil 側十数カ所から Lead 線を出して Volume Controller にする事ができる Transformer を垂涎の的にしていたのですが (大昔 Luxman 社がそんな Amp' を作った事があります)、結局、Speaker 駆動 Amp' は出力 1W/8Ω 程度しかない真空管 Amp' とする事で妥協しました(^^;)。……真空管 Amp' なら素子数が少なく、素子も大きいので抵抗や Condenser を別の Maker 型番のものに取り替えて音色感を変えてみるのも楽だし……。 素敵な Audio Life を(^_^)/
お礼
24bitなら演算で減衰させても十分なダイナミックレンジ(CD相当)が得られるという理解ですね ありがとうございました
- iBook 2001(@iBook-2001)
- ベストアンサー率48% (4187/8704)
はじめまして。 先輩回答者様のJohn_Papa 様の御回答、とても参考になりました。 さてと、少し違う視点から考えてみた場合ですが、ドッチか?と言いますと、やはり一般的なボリュームや抵抗器を使った固定減衰の方が良いだろう。って考えます。 「違う視点」というのは、ノイズです。 抵抗器1本からでも残念ながら微小なノイズは発生してしまいます。しかし、DAC側のOPアンプやその他の周辺回路から発生している「残留ノイズ」に比べたら、抵抗器が発するノイズは非常に微々たるもの。 DAC前で音量変化させても、DAC出力の「残留ノイズ」は変わらないのですから、その後の抵抗器によるレベルダウンで、信号もレベルダウンしますが、同時に「残留ノイズ」もレベルダウンしてくれます。 非常に複雑化してしまうオーディオミキサーなどでは、ゲインアップ(増幅段)と、レベルダウン部分をいくつも組み合わせて、ミキサー内で発生してしまうノイズを、相対的に小さく抑え込んでいます。 やはり、こっちの(抵抗器による)手法の方が、無難だろうと考えますよぉ。
お礼
>DAC前で音量変化させても、DAC出力の「残留ノイズ」は変わらないのですから、その後の抵抗器によるレベルダウンで、信号もレベルダウンしますが、同時に「残留ノイズ」もレベルダウンしてくれます。 たしかにそのような気がします ありがとうございました
- 4810noja
- ベストアンサー率45% (268/591)
質問の、抵抗か演算かということであれば、抵抗でというのが答えになるでしょう。 演算では有効ビット数を減らしてしまうわけですからレベル方向の分解能を落としてしまいます。 結果として抵抗分圧のアッテネーターを選ぶことになりますが、できればDACのアナログ出力に付けられるものを選ぶのがベストだと思います。 こうすことによって、DACの残留ノイズも必然的に下げることができるからです。この効果は大きいと思いますよ。
お礼
CDをリッピングした16bit/44.1kHzのデーターを24bit化して扱うなら演算で減衰させたほうがよく、そうでないなら抵抗器で減衰させたほうがいいという理解でしょうか ありがとうございました
- HAL2(@HALTWO)
- ベストアンサー率53% (2339/4386)
再生するものが 16bit PCM (Pulse Code Modulation) Data であれば Digital 演算で絞るか Analog (抵抗器) で絞るか悩むところでしょうが、最も有利なのは 16bit PCM Data 予め PC (Personal Computer) で AUDACITY 等の Freeware を使って 24bit PCM Data に変換してから Digital 演算で出力 Level を絞る事でしょうね。 Digital で絞るという事は 16bit (6dB/bit × 16bit=96dB) の Dynamic Range を演算で押し下げて行くということであり、36dB (6bit) 下げると 10bit (6dB/bit × 10bit=60dB) の Dynamic Range となります。 一方 24bit (6dB/bit × 24bit=144dB) からDigital 演算で 36bit 下げても 24dB−6dB=18bit ありますので、実用上全く問題無い筈です。 Pre' Amplifier の Noise Dynamic Range (最大出力と残留 Noise の比) は真空管式で 90dB 弱、Transistor 式で 100dB 弱、IC (Integrated Circuit) 式で 100dB 以上ありますので、16bit PCM Data だと Digital 演算で Dynamic Range を足切りするのと Analog Line 出力を Attenuator で絞るのとでどちらが有利か微妙なところ (真空管なら Digital が、IC なら Analog が、各々ちょっとだけ有利?) ですが、Digital Data を 24bit 変換してしまえば Digital 演算の方が圧倒的に有利になります。 上記のように Amplifier の Dynamic Range は 90dB 弱〜100dB 強程度しかなく、Speaker 再生音は部屋の暗騒音が 40dB SPL 以上あって最大再生音圧は 100dB SPL もないのですから実効再生 Dynamic Range は 100dBー40dB=60dB も取れれば素晴らしい再生音響環境と呼べるものです。 そのため 24bit DA (Digital Audio) 信号というものは録音した Data に様々な加工を施して Mix Down する編集作業に於いて Quality を損なわぬように設けられている規格であって、再生だけであれば 16bit DA でも充分な余裕があります。 Pre' Amplifier 入力前に Level を充分に絞りきって Gang Error を起こしている Potentiometer を Open 気味で通過させるという事は「信号の編集作業」に他なりませんので 24bit 変換して作業を行い、24bit に対応している DAC (Digital Analog Converter) で Analog 化してしまうのが一番だと思いますよ。 素敵な Audio Life を(^_^)/
お礼
CD音源を一旦24bit化して演算で減衰させればベターという理解でしょうか ありがとうございました
お礼
>その中に最大音量5bitの音量部分が有ったとしましょう。 CDのデジタルデーターは音信号と音量データが別々に含まれているという理解でしょうか ありがとうございました