ヘッドルーム：それは何ですか？そして、なぜそれが重要なのか。

より Eloy Caudet
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18. 1月 2023

ヘッドルームは、マスタリングエンジニアだけでなく、アンプを購入したり、自宅で歌を録音しようとする人にとっても非常に重要です。ここでは、ミュージシャンやプロデューサーとして必要なヘッドルームのすべてを知ることができます。

そもそもヘッドルームとは何か？

ミキシングの後、制作が終わる前の最後の工程がマスタリングで、ダイナミクスプロセッサやイコライザ、時にはエフェクトを使ってトラックの均一性を出します。マスタリングは、CDを1枚まるごとリリースする場合に特に重要で、各トラックのサウンドに一貫性を持たせることができます。

これらのエフェクトは通常、ミックスのダイナミックレンジに影響を及ぼし、知覚されるラウドネスを増加させます。そのため、これらの効果を合理的に働かせるためには、「ヘッドルーム」が必要です。この「余裕」はヘッドルームと呼ばれ、曲の最大のピーク（エクスカージョン）からクリッピングリミットまでの距離のことです。

マッチングを行う。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

アナログオーディオ界のヘッドルーム

技術的には、ヘッドルーム（デシベルで測定）は、システムが処理できる歪みのない最大信号と、システムが設計されている平均レベルとの間の比率です。

例えば、公称平均レベル-10dBの録音システムがあるとします。歪みのない+7dBの信号をシステムに送り込むことができれば、17dBのヘッドルームを確保することができます。

ここでキーワードとなるのが「歪まない」です。ヘッドルームを使い切ると、歪みが発生します。しかし、これは良いことでもあるのです。オレンジのアンプでヘッドルームを使い果たした場合、素晴らしい、好ましい歪みが得られるからです。しかし、スタジオモニターやミキサーには、あまり向いていません。

平均信号レベル+4dBを想定したアナログミキサーでは、VUインジケータは+4dBで0VUを示すように校正されています。しかし、+4dBに設計されたプロ用ミキサーは、+24dBの出力レベルを提供することができます。

つまり、0VUでは20dB（24 - 4 = 20）のマージンがあり、歌手の声が大きすぎるなど、予期せぬレベルの上昇や強いトランジェントを正しく再生することができます。

その他、ヘッドルームの計算に重要な役割を果たす用語をご紹介します。

信号対雑音比：オーディオシステムの性能を雑音、信号の質、忠実度などの観点から表す指標です。オーディオ信号の音量とシステムのノイズフロアを比較して算出します（システムとは、ミキシングコンソール、DAW、ギターアンプ...などのことです）。
ノイズフロア（バックグラウンドノイズ）。 機器やシステムのノイズフロアは、無信号時に機器自体が発生するノイズです。デシベルで測定されます。すべての電子機器は、たとえ電線であっても、ある程度のノイズを発生させますノイズフロアを最小化することで、ダイナミックレンジが拡大し、S/N比が低下します。これにより、よりクリーンで歪みのないレコーディングや音楽制作が可能になります。

デジタルオーディオ界のヘッドルーム

さて、いよいよ厄介なことになりました

まず、デジタルシステムにおける0dBFS（FSはFull Scaleの略）とは、システムが扱うことのできる絶対的な最大レベルを意味する。0 VU以上の "見えない "ヘッドルームを持つアナログシステムとは対照的に、0 dBFSは達成可能な最大値である。

そのため、多くの音楽制作者は、録音システム（DAW）を0dBFSより-18dBにキャリブレーションすることで、デジタルシステムには本来ないヘッドルームを作り出しているのです。

しかし：0ではなく-18で録音すると、約3ビットの解像度が失われます（各ビットは約6dBに相当します）。しかし、ビット深度を24ビットにして録音すると、21ビットしかありません。これは、ほとんどのハードウェアの実際の解像度よりもまだ高いです（24ビットコンバータは、コンバータ自体の不正確さ、ノイズ、基板レイアウトなどのために真の24ビット解像度を持っていないのです）。また、ピーク、レゾナンス、急激なレベル上昇を補正するためのヘッドルームもより多く確保することができます。

しかし、デジタル・システムでヘッドルームが重要になるのは、それだけではありません。ヘッドルームとはダイナミックレンジのことで、一度信号がコンピュータに入ると、現在のDAWは事実上無限のダイナミックレンジを持つオーディオエンジンを搭載しています。

オーディオエンジンのヘッドルームを超えることは、ほぼ不可能です。そのため、個々のミキシングチャンネルが歪みを起こすことなく、「レッドゾーン」に入ることができます。

しかし、オーディオ信号はある時点でDAWから抜け出し、D/Aコンバーター（デジタル・アナログ・コンバーター）やハードウェアを介して、アナログの世界に戻らなければならないのです。そして、これらはダイナミックレンジが限られています。

マスターフェーダーを0にして、チャンネルフェーダーで最適なバランスを見つけるのが効果的で、チャンネルフェーダーを「ホット」にしてマスターフェーダーを下げて補正するよりも効果的であることが証明されました。

DAWのオーディオエンジンの高い解像度のおかげで、マスターフェーダーを0にしておけば、フェーダー上の各チャンネルのレベルが-18であっても不都合はないのです。

ヘッドルーム、PAシステム、ミキサー

サウンドシステムやアナログミキサーでは、ノイズを最小限に抑えるため、利用可能な最大のヘッドルームを使用する必要があります。最高のゲインを得るには、入力（プリアンプ）のレベルをできるだけ高くする必要があります。

マイクロホンの場合は、「SWITCH」画面で適切な増幅率を選択します。マイクロホンプリアンプ電子楽器などのラインレベル機器では、楽器の出力が歪みなく最大レベルになるように調整し、それに応じてミキサーのゲインを調整してください。

アンプやスピーカーのヘッドルームは？

さて、もっと面白くなります。まず、ギターアンプのゲインノブは、パワーをコントロールするものではありません。アンプは常にフルゲインで動作させることができます（スタジオのモニタースピーカーもおそらく同じように動作しています）。入力コントロールは、アンプに到達するレベルを調整します。

この場合、ヘッドルームが常にフルになり、トランジェントもしっかり出てくるので良い。しかし、これは同時に、入力レベルを上げすぎてヘッドルームが十分でなくならないように注意しなければならないことを意味します。

ラウドスピーカーにはパワーアンプほどのヘッドルームはありませんが、過大な信号を送り込むと、スピーカーが歪んだり、破裂したりすることがあります。最近のパワード・スピーカーには、スピーカー・ドライバーとそれを駆動するアンプの両方が搭載されているため、オーディオ・レベルを制限してスピーカーを保護するためのプロテクション（リミッター）があります。

パッシブスピーカーと独立したパワーアンプは、この種のセットアップで問題を起こしやすくなります。スピーカーとパワーアンプはお互いに「会話」しません。パワーアンプにクリップを起こすような歪みがあると、信号の平均レベルが上がり、高域のパワーが強くなるため、トゥイーターが故障しやすくなります。

ヘッドルームを確保するにはどうしたらいいですか？

DAWに十分なヘッドルームを残しておかないと、ミックスをどこに持っていきたいのか、本当に考えなければなりません。あなたは、早い段階で、そして頻繁にことわざの（そして文字通りの）天井にぶつかることになります。アナログの世界では、レベルメーターの上端にヘッドルームがありましたが、デジタルの世界ではそうではありません。

解決策は？ヘッドルームを可能な限り解放することで、ミックスはより生き生きとした余裕のあるものになります。ここでは、ミックスに貴重なヘッドルームを取り戻すための最も簡単な方法を紹介します。

トラックの音量を下げる

これは、ヘッドルームの問題を解決する最もシンプルな方法です。しかし、このアドバイスに従う人は少ないようです。DAWでトラックのレベルを下げるだけで、ミックスバスに送る信号が少なくなり、すぐにヘッドルームと透明度が上がります。最初からこれを考えておけば、もう驚くことはないはずです。

ミキシング前にすべてのトラックの音を小さくするだけで、ミキシングが早く終わり、より良い音になることを保証します。最近のオーディオインターフェースのほとんどが提供している24ビット深度では、非常に低いノイズフロアを実現しています。レベルメーターを上昇させるような大音量のトラックは必要ないのです。レベルを下げて、スピーカーの音を大きくすれば、楽曲はより良い音で聴くことができます。

マスタートラックの計測プラグインを見てみよう

通常、DAWでオーバーロードが発生するポイントは0dBFSのところです。そのため、全体のミックスを-6dBFS程度にするのがベストです。ですから、ミキシングを始めると、まずドラムが-9dBFSになるはずです（ドラムでミキシングを始めると仮定して）。bass, piano, guitar, voice などは後から入るので、全体のミックスは-6dBLFSくらいになると思われます。

ハイパスフィルターをよく使う

これは、非常にシンプルでありながら効果的なソリューションです。キックドラムとベースを除くほとんどの楽器の超低域（100 Hz以下）をカットすることで、ヘッドルームとボリュームを大幅に解放し、ミックスバスに息吹を吹き込むことができます。ミックスのほとんどのトラックでは、100 Hz以下の帯域は音的に何のメリットもないため、いずれにせよボリュームの無駄となります。

ヘッドルームを確保するために24ビットで作業する

かつて、デジタル録音システムがなかった時代には、できるだけ大きな音でクリアに録音し、最高のS/N比を得ることが非常に重要でした。カセットでも、90年代は16ビットをベースにしていたので、重要でした。しかし、24ビットではその必要はありません。24ビットシステムのノイズフロアは非常に低く、ピークと0dBFSの間に多くのスペースを空けてもノイズの問題は生じません。後から圧縮しても、不要なノイズが出ない。