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連載:IT因縁話「ビデオ信号が決めたCDのスペック(5)~革命となった1ビットDAC~」

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by [2014年3月24日]

1982年に最初の製品が発売されて以来、今もなお世界中で広く使用されているコンパクトディスク(CD)。

このCDではサンプリング周波数44.1kHz、量子化ビット数16ビットの音声データが2トラック(ステレオ)で収録され、容量にして最大で700メガバイト程度の収録を可能としています。

これらの仕様は1982年の最初のCDプレーヤーであるソニーのCDP-101が発売された時から現在まで全く変わっていません。

今回はそうしたCDの仕様決定に至るまでの背景と、規格制定と周辺技術開発で中心的役割を果たしたソニーとフィリップスの動きを見ていきたいと思います。

▼連載目次:「ビデオ信号が決めたCDのスペック」▼
1.PCMという記録方式
2.テレビ放送に由来するサンプリング周波数
3.デジタルインターフェイスもビデオに縛られた
4.ソニーが死守した量子化ビット数 14ビットでも16ビットに負けなかったフィリップスのDAC
5.革命となった1ビットDAC(今回の記事)
▲目次▲

革命となった1ビットDAC

1ビットDACの内部で用いられる粗密波の概念図
音波をこのように1ビットのスイッチのオン/オフ(一般には44.1KHzの数百倍、メガヘルツ単位の周波数に内部変換して行う)による粗密波として、縦波ではなく横波として表現することでDACの簡素化が実現した。

この、マルチビットDACの抱える様々な問題点に一つの解決を与えたのは、フィリップスの開発したTDA1547、デジタルフィルターのSAA7350等と組み合わせて通称「DAC7」と呼ばれるDACでした。

このDACはオーバーサンプリングによるノイズシェーピング(ノイズ除去)やマルチビットDACのばらつきの問題についての考え方を更に一歩進めて、DAC内部の出力部分は1chにつき1つのスイッチ回路のみとし、このスイッチを超高速でオンオフさせることで音信号の波形を粗密波の形で作り出すというシンプルな構造として「アナログレコードに近い暖かみのある音」で高評価を得ました。

この方式は色々難しい話もあるのですがDACの要となるスイッチの超高速動作さえクリアしてしまえば低コスト・低消費電力で良好な音質を実現できることからヤマハのI-PDM方式1ビットDACやソニーの「PULSE」、それに松下の「MASH」など変調方式には差があった(※フィリップスとヤマハのものは先にも説明したように粗密波としてパルス密度変調を行うPDM方式、ソニーと松下のものはパルス幅で変調を行うPWM方式でした)ものの同様に1ビット分のスイッチを搭載した1ビットDACが各社で相次いで開発され、以後急速に普及しました。

Cirrus Logic 4382-K
パソコン用サウンドカードやDVDプレーヤーなどに搭載されている8ch出力対応1ビットDAC。24ビット192KHzのステレオ音声出力にも対応するがパッケージサイズはわずか6mm×6mmと非常に小さい。

そのため、現在のスマートフォンやタブレット、ポータブルオーディオ機器、あるいはパソコンのサウンドチップ(CODECチップ含む)のほとんどは、多少の相違はあるものの基本的にこの1ビットDACの系譜に連なるDAC回路を搭載しています。

言い換えれば、音楽再生機器としてのCDプレーヤーは、この1ビットDACの開発された1980年代末の段階で、デジタル回路部分については一つの完成を見たということになります。もちろん、その後も各社により興味深い技術開発がいくつも行われていますが、CDの音楽再生の根幹に関わる基礎的な技術については、この時期に出そろったのです。

それ故、1990年代以降はDVDオーディオなどのPCM方式のままでの「ハイレゾ化」、あるいはSACDをはじめとするDSD方式(※記録段階でも1ビットDAC内部と同様、音を量子化ビット数1として超高サンプリング周波数で記録する方式)の開発など、「CDの後」をにらんだ開発やソニーのATRAC、あるいはMP3など音声圧縮技術の開発などに軸足が移されてゆくことになりました。

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