デジタルオーディオの世界におけるディザリングのすべて

日々進化するデジタル音楽制作の世界では、最高の音質を実現することが重要です。その中でも特に見落とされがちなのが、ディザリングの役割です。この記事では、ディザリングのトピックを深く掘り下げ、ディザリングとは何か、なぜ重要なのか、どのように適用するのか、そしてどのような場合に避けるべきなのかについて説明します。
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ディザリングは、多くのプロデューサーにとって大きな疑問を投げかけるテーマであり、私も数年前まではそうでした。CDに焼かなければ、必ずしもビット深度を下げなければならない状況にはならないので、ディザリングに対処する必要はない。

デジタルオーディオの世界での問題点:丸め込みエラー

デジタルオーディオ処理において、軽視されがちな問題があります:丸め誤差です。理論的には、デジタルオーディオ処理は絶対的に正確でロスレスなのですが、実際には障害があります。この障害は、限定的で非連続的な値を扱うデジタル技術の限界から発生します。

アナログ信号からデジタル信号への変換、またはその逆は、音楽制作の中心的な要素である。アナログの連続信号を有限の離散的な値に変換することが必要であり、これを量子化と呼ぶ。このテーマについては、サンプルレートとビット深度の記事で詳しく解説している。

丸め込みエラーは、オーディオ信号の正確な情報が、より低いビット深度に縮小されるときに発生します。これは、音質を劣化させる望ましくない副作用である定位ノイズにつながります。

このようなエラーは、例えば24ビットから16ビットへというように、人為的にビット深度を下げたときに特に耳につくようになります。

マスタリングの話題で盛り上がります:

解決策:ディザリング・オーディオ

良いニュースは、この問題を解決する方法があることです:ディザリングです。ディザリングとは、信号に対して意図的にノイズを加えることで、量子化誤差を最小化する技術です。音楽制作においてノイズは避けたいものなので、これは一見逆説的に聞こえるかもしれません。しかし、この制御されたノイズは非常に静かでほとんど聞こえず、量子化によって生じる不要なアーティファクトや歪みを隠すのに役立ちます。

このノイズを加えることで、信号にランダムな揺らぎが生まれ、ビット深度を下げたときに発生しやすい激しいトランジションや急激な変化を滑らかにすることができます。その結果、原音に近い、より滑らかで自然な音の再生が可能になり、私たちの耳にもより自然に聞こえるようになります。

24ビット信号、ディザリングなしで8ビットに縮小した信号、ディザリングで8ビットに縮小した信号の差です。
24ビット信号、ディザリングなしで8ビットに縮小した信号、ディザリングありで8ビットに縮小した信号の差;ソースはこちら: ウィキメディア・コモンズ

異なるビットレート

デジタルオーディオの世界では、さまざまなビット深度があり、最も一般的に使用されるのは16、24、32ビットです。それぞれのビット深度は、異なるダイナミックレンジとノイズの挙動を提供します。ビット深度が高いほど、ダイナミックレンジは大きくなり、量子化ノイズは小さくなります。

オーディオ信号のビット深度を下げると、信号を表現するために使用できる離散値の数が減るため、量子化エラーが発生します。

デジタルオーディオ信号の各ビットは、音量の「レベル」を表します。24ビットのビット深度では、1,600万以上の音量レベルが可能である。ビット深度が16ビットになると、65,536レベルしか不可能になります。つまり、24ビットの信号が持つ本来の情報の一部が失われてしまうのです。

この情報の損失は、ディザリングによってカバーされなければならない定量化エラーにつながります。

マスタリングにおけるディザリングの応用

この技術は、オーディオ信号のビット深度が減少するとき、例えば、24ビットのオーディオファイルがCD制作のために16ビットに減少するとき、マスタリング段階で使用されるべきです。オーディオポストプロダクションの最終段階であり、プロジェクトのエクスポート前またはエクスポート中に実行されます。

iZotope Ozoneのディザリング設定
iZotope Ozoneにおけるディザリング設定、最高のマスタリングツールの1つです。

優れたディザリングアルゴリズムは、人間の聴覚の知覚閾値以下になるように、追加されたノイズを形成し配置することができます。このようにして、ノイズは元の信号を妨害することなく、また最良の場合には全く知覚されることなく強化することができます。

ディザリングアルゴリズム

ディザリングアルゴリズムには様々なものがあり、それぞれノイズの発生や分配の方法が異なります。ここでは、代表的な3つを紹介します:

  1. 長方形ディザディザリングの最もシンプルな形式です。シンプルで均一なノイズを付加します。このアルゴリズムは、量子化誤差を最小化する効果が最も低いですが、あまり重要でない用途で使用されることがあります。
  2. 三角ディザ: ランダムで均等に分布するノイズを付加するアルゴリズムです。矩形ディザリングよりも複雑ですが、通常はより良い結果を得ることができます。三角ディザリングは、多くのオーディオアプリケーションで標準的に使用されています。
  3. ノイズシェイプドディザディザリングの中でも最も高度なものです。ノイズを付加すると同時に、そのノイズを人間の耳の感度が低い周波数帯域にシフトさせようとするものである。その結果、より控えめなディザリングが可能になります。ノイズシェーピングには様々な種類があり、それぞれ異なるノイズシェーピングアルゴリズムを使用しています。

ディザリングを使う:こうすればいいんだ

ディザリングは、オーディオ信号をエクスポートする際に、すべてのDAWsで適用することができます。例えばAbleton Liveでは、「ディザーオプション」オプションが利用可能です。

ただし、エクスポート時にプロジェクトよりも低いビット深度が選択されている場合に限ります。ここでは、異なるアルゴリズムから選択できます。

最もよく知られているのはiZotope Maximizerで、リミッターはOzone Suiteの一部であり、多くのオプションを提供しています。

ディザイアブルトン1

ディザリングはどのような場合に使用しない方がよいのでしょうか?

ディザリングは常に必要というわけではなく、状況によっては逆効果になることもあります。

  1. 例えば、すでに目的のビット深度で作業が行われており、ビット深度の低減が必要ない場合。
  2. 他のマスタリングエンジニアなど、他の人が編集する必要がある場合は、ディザリングを使用すべきではありません。これは、その曲の最後の作業者(通常はマスタリングエンジニア)が行うべきものです。

いずれにせよ、ディザリングの多重適用は避けるべきである。リマスタリングやファイル変換などで複数回適用すると、ノイズが蓄積され、音質が極端に劣化することがあります。したがって、取り扱いには十分注意してください!

ディザリング・オーディオ FAQ

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