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小信号再生時の量子化ノイズの影響を解明 [スピーカーアウト]

図1の通り、通常の16bit音源では、可聴帯域内に多くの量子化ノイズが発生していることが分かる。この量子化ノイズ音は24bit音源では発生しない音である。

さらに、様々な周波数で傾向を調査した。図2の様に、16bit音源再生時は再生する信号の大きさと周波数によって量子化ノイズの発生の仕方が違うことを確認。シミュレーション結果と聴感試験の比較検討により、再生信号によって発生する量子化ノイズが音質へ与える影響の度合いが違うことが分かったため、再生周波数/レベルを可変しながら、量子化ノイズの発生量と傾向を調査した。その結果、規則性がある様々な量子化ノイズがあることが判明した。最終的には人間の聴感特性を考慮しながら、どの様なケースの量子化ノイズが聴感上、音質への影響度合いが大きいかの仮説を立て、それが実際の聴感試験と一致していることも確認し、その傾向を解明した。

図1CD音源再生:100Hz/-80dB(正弦波)

CD音源再生:100Hz/-80dB(正弦波)

図2量子化ノイズ発生傾向

量子化ノイズ発生傾向

16bit音源 vs.24bit音源の音質差:物理指標

どの様なケースの量子化ノイズが音質への影響度合いが大きいのか。つまりどんな楽曲が音質の違いが分かりやすいかを物理指標に基づいて16bitと24bitの音質差のカラーマップ化に成功した。

  • ※16bit/24bitのビット深度の差に着目した物理指標

1kHzまでの可聴帯域にある、-70dB以下の微小信号が16bit音源と24bit音源の聴こえ方の違いに大きな影響を与えていることが分かる。16bit音源と24bit音源の音質の差は、20kHz以上の再生能力だけではなく、-70dB以下の微小信号をいかに表現できているかであり、微小信号の再生にはS/N比が極めて大切になるため、ノイズフロアが低い良質な再生能力が必要となる。

CD vs.ハイレゾ音質差:物理指標
CD vs.ハイレゾ音質差:物理指標

量子化ノイズ再現シミュレーション

プリアウト出力は、中高域のノイズフロアが実測値で「-144dB」と極めて低い値を示しており、量子化ノイズ音はノイズフロアに埋もれることなく再現できている。したがって、16bit音源と24bit音源の差が十分に表現できている。

シミュレーションより算出した、96kHz/16bit微小信号再生時の量子化ノイズ
  • ▲シミュレーションにより算出した、96kHz/16bit微小信号再生時の
    量子化ノイズ
17サイバーナビで測定した、96kHz/16bit微小信号再生時の量子化ノイズ
  • ▲サイバーナビ2019年モデルで測定した、96kHz/16bit微小信号再生時の
    量子化ノイズ

ノイズフロア比較

サイバーナビ2019年モデルでは、電子ボリュームのプリアウト側出力にバッファー回路を搭載し、内蔵アンプとのアイソレーションを向上させることで、著しくプリアウトの性能が向上。グラフ上では下限の「-140dB」を下回り、絶対値としては96kHz/24bit再生で「-144dB」と非常にノイズフロアが低く抑えられ、サイバーナビ2018年モデルとの比較では「-8dB」と飛躍的な向上を実現しています。また同時にアイソレーションが向上したことでスピーカー出力も2018年モデル比で「-4dB」と大幅にノイズフロアが向上しており「-119dB」という非常に低い値を示している。その結果96kHz/16bitではノイズフロアが量子化ノイズ以下に抑えられ、96kHz/24bitネイティブ時とのダイナミックレンジの差を十分に表現することが可能となっています。

ノイズフロア比較

音の入り口から出口まで高音質を追求

カロッツェリアでは、メインユニットの性能だけが向上しても意味がないと考え、パワーアンプ・スピーカーをあわせたトータルで高音質を実現するため、各プロジェクトチームが連携して製品開発に臨んでいる。カロッツェリアのカスタムフィットスピーカーを代表する「TS-V173S」の特性も従来モデルの「TS-V172A」と比較して、周波数特性の高域が綺麗に伸びていることと、2次・3次高調波歪成分もあばれが無く、低域から中高域に渡って特性が向上している様子が分かります。

TS-V173S
TS-V172A
周波数特性/2次高調波歪特性/3次高調波歪特性