「ハイレゾノイズ」にご用心?

15/10/04初稿

 正確には「ハイサンプリング領域(20kHz以上)のノイズ」ですけれど。


 「PCM→DSD256変換再生目的のDSDネイティブ再生環境」はほぼ整いました。
 当たり前ですがPCM音源だけでなく「DSD音源のネイティブ再生」も出来ますので、市販のDSD64音源も、ネイティブ・PCM変換・DSD128/256変換などいろいろ試してみました。
 それらをスペクトル見ながら聴いていたら、なんだか“常識”とか“定番設定”みたいなものへの疑問が沸いてきちゃいました。


■DSDファイルのネイティブ再生

 DSD方式では、ΔΣ変調のノイズシェイピングによって高域にノイズが発生(移動?)します。
 以下、このノイズを「Sノイズ」と略記します(「シェイピングによって高域に発生(移動?)したノイズ」なんていちいち記せない(苦笑))。
 実は前々からちょっと疑問だったんですけれど、これ、やっぱり気になるんですよね…

・「DSD64」って本当に高音質フォーマットなの?
 Sノイズ、DSD64では20kHzくらいからモリモリ盛り上がります。
 ネイティブ設定すれば≪foobar2000≫もUDA-1もUD-503もそれを忠実に再生します。だってネイティブですから。
 実際のスペクトルは≪foobar2000≫でPCM→DSD変換したDSDデータのUDA-1出力のアナログキャプチャの通りです。

 そして、ハイレゾ対応の昨今の機器は20kHz以上の高域も再生しています。だってハイレゾ対応ですから。
 例えば、以下は倍音豊かで高域の意味が判りやすいハズのヴァイオリン曲の市販DSD64音源スペクトルです。

市販DSD64:ネイティブのみ
(アナログキャプチャ)

 UDA-1のアナログLINE-OUTです。ちゃんとハイレゾ領域に音があります。
 そして、この出力を受けたアンプやスピーカやヘッドホンも、仕様にある高周波数までキチンと再生しているハズです(仕様だということは極端にゲイン落ちたりするハズないので)。

 ですので、20kHz以上にも有意な信号があり、それは再生され、リスナーはそれを聴いていると言えます。
 そして、それは同時にDSD64のネイティブ再生時、リスナーは20kHz以上の盛大なノイズと共に音楽を聴いていると言うことでもあります(*)。

 それって本当に問題ないのでしょうか?
 だって、もし「PCMにおけるハイサンプリングは有効であって20kHz以上の高域も音質に好影響を与える」のであれば、その帯域にこれだけノイズがあるっていうのは逆に悪影響がある気がするんですけど…
 ノイズとして聞こえているとは思いませんが、これだけあると何らかのエネルギー感を感じてしまうのかもと。実際、波形で見ても、DSD64のノコギリ波はかなりノイジーでしたし。
 何も根拠はありませんので思い込みかもしれませんけれど。

*:ただし、PC-Audioの場合です。DACユニットではDACチップ出力に対する最終アナログポストフィルタのカットオフ周波数は可変できないハズ(その前のPCMデジタルフィルタならいくらでも可変できますがDSDにはかけられない)なので、ハイレゾ対応機においてDSD64の時だけ低い周波数でカットする、といったことはできないでしょう。
 SACDプレーヤなど専用機ではもしかしたら低い周波数でアナログLPFかけてる可能性もあります(それじゃハイレゾじゃないじゃんという話はさておき)。16/03/06追記:実際、メーカもジレンマを抱えていたようで、例えばmarantz製SA-17S1(SACDとCDのみ対応)などには、“背面”にフィルタ切り替えSWを設けています。
http://www.marantz.jp/DocumentMaster/jp/Old_Product_Manual/SACD_CD_Player/SA-17S1.pdf

・Sノイズをカットするには
 もしかしたら、DSD64を聴く時は何らかの方法でSノイズをカットした方がよいのかも知れません。
 それはLPF(当然デジタル)かけるということですが、DSDフォーマットのままでは出来ません。
 つまり、Sノイズを嫌うのであればDSD→PCM変換するしかないということです。

 明示的にLPFしなくとも、例えば44.1kHzに変換してしまえば必然的に22.05kHz以上のノイズは無くなります(というかデータとして存在できない)。
 が、流石に44.1kHzにするくらいだったら「何のためのDSDなんだよ」ってカンジですよね。
 実際、上記のDSD64音源のスペクトルを見ても、30kHzくらいまではSノイズに負けない倍音成分があると言えるでしょう。でも、逆に30kHz以上はSノイズの勢力に負けてるとも言えます(もちろんこの音源についてですが)。
 ですのでDSD64にとっては30kHzくらいまでは有効帯域だとすると、44.1kHzよりは高性能フォーマットとは言えましょう。が、(周波数成分的には)大した差じゃないとも言えるかも(苦笑)。
 少なくとも“DSD”というブランドイメージには負けてる?

 ちなみにDSD64をDSD128やDSD256に変換することでSノイズをカットすることはできません(念のため試して確認しました)。PCMのアップサンプリングとは決定的にリクツが異なるためです。
 PCMのアップサンプリングで消すノイズはデータ化されたものではなくサンプリング定理に基づいたDA変換時に発生する「イメージ」ですが、DSDのSノイズはデータとして「実体」ですから消えないということですね。

*:イメージングノイズは離散しているサンプル間を「零次ホールド(次のサンプルまで前のサンプル値を出力)」で繋ぐときに発生するものなので、データ化されてると言うこともできるかも知れませんが…

 ということで、もし、ノイズシェイピングによって高域に圧縮されたノイズを嫌うのであれば、DSD64はネイティブで聴くべきではないということになります。

・具体的処理方法
 具体的にはどうすればよいでしょう?
 せっかく入ってる22.05kHz超の高域を活かすためにはせめて88.1kHz以上に変換したいところです(*)。fb2kならプラグインなどでカットオフ30kHz程度のLPFかければよいでしょう。

*:DACユニットのアナログLPFのカットオフは80kHz~100kHzくらいのようです。ですので、88.2kHzへ変換すればSノイズはナイキストの44.1kHzまでしか無くなりますが、176.4kHzだとSノイズは88.2kHzまで再現されることになり、DSD64ネイティブの時とあまり変わらなくなります。

 LPFプラグインを探さなきゃ~と思ったところで、膝を打つことが。

 ≪foobar2000≫のDSD→PCM変換には30kHzでLPFかけるモードがすでに用意されているではありませんか。

fb2k sacd設定084
 foo_input_sacd-0.8.4


 なんでDSD→PCM変換にLPFかけるモードがあるんだろうと不思議だったのですが、ああ、そういう意図だったんだと初めて納得。≪foobar2000≫ってやっぱり凄いなと思いました。
 ありがたくこの機能を使わせていただくことにします。感謝と敬意を込めて。


 上記のヴァイオリン曲で実際やってみるとこうなります。赤い方が通常再生です。

市販DSD64:ネイティブと30kHzLPF
(アナログキャプチャ) UD-503再生

 ちょうど倍音とSノイズのレベルがクロスするあたりからカットされているように見えます。
 倍音の出方はもちろん楽曲によって千差万別でしょうけれど、いい塩梅なLPF処理ではないかと。

 実際の音はどんなカンジになるかというと、「30kHzのLPFかけて88.2kHzに変換し、通常のPCMと同じくPCM→DSD256変換再生」した方が、“DSDデータネイティブ”再生するよりクリアに聴こえます。特にピアノがクッキリするように感じます。
 が、もちろん主観ですので一般論にはなり得ません。楽曲や環境によっても変わるでしょう。そもそも、変化したとしても原因はSノイズ除去したためなのか処理プロセスを変えたためなのかも定かではありませんしね(笑)。
 どうせ解らないので「リクツを思いついたのでやってみて楽しむ」のひとつということで。

 なお、このプロセスとしてなら、176.4kHzへの変換でもいいかも知れません。変換ターゲットのサンプルレートに依らずどうせ30kHzでLPFかかるので。
 が、ハイレゾ領域の倍音を救うには88.2kHzで充分だと思いますので、それ以降のアップサンプリングはDSD変換前処理としてのリサンプラに任せた方がいいという考え方もアリかも。

・DSDって高音質フォーマットじゃないの?
 念のためですが、「DSDはダメ」と言ってるのではありません。「DSD64だとこういうことになってる」というオハナシです。

 DSD128やDSD256だとSノイズがどうなっているかは、上述の通りUDA-1で確認した再生スペクトルを見れば判ります。
 DSD128だとそれなりに緩和されてはいるもののまだ96kHz以下には結構残っています。DSD256だとほぼクリアだと言えるでしょう。
 今のところ素人が96kHz以上を確認する術はありませんが、上述の通りおそらく最終アナログLPFでカットされる領域だと思いますので無視しています。

 「PCM変換するなんて本末転倒だからイヤだけど、大量のSノイズを聞くのもイヤ。でもDSDコンテンツ聴きたい」
 という場合は、周波数を上げるしかありません。つまりDSD128(5.6MHz)またはDSD256(11.2MHz)のコンテンツを聴くしかないということです。
 もちろんDSD64からの変換ではダメです。PCMからの変換でもありがたみは少ないです(ユーザ側でできちゃいますし)。
 ですので、現時点では現実的ではありません。

 DSDコンテンツ、結構メンドクサイすね(苦笑)。

 Sノイズがどこまで許容範囲かは主観に依ります。「Sノイズはあってもよいのだ、DSDは64でも他の何かがいいのだ」という考え方もアリでしょう。
 ERI的にはDSD256推しです(そのためにPC新調&DACユニット買い換えたくらいですから(苦笑))。
 ただし、上記の通りDSD256のコンテンツを楽しむ機会は“まれ”でしょうから、現実的には「コンテンツフォーマットとしてではなくDACチップでDA変換するデータフォーマットとして」の話となります。


 以上、「DSD64コンテンツはDSDネイティブ再生しない方がよいのではないか」という“非常識(笑)な”オハナシでした。


■知らずに「ハイレゾノイズ」を聞いていないか

 そんなことを考えていたら、「20kHz以上の領域のノイズっていろいろ発生しているんじゃないか?」って気になり始めました。
 それも意図せずに発生させて、「いい音だ~」って聴いていることはないでしょうか?
 結構ありそうな…

 以下、再生・キャプチャ環境は最近の記事と同じです。ただ、DACユニットはUD-503にて(せっかく入手したので、“ネイティブNOS-DAC”として活用)。

・PCM→DSD64変換
 当然のことですが、PCMをDSDに変換するとSノイズを内包したデータになります。
 DSD256くらいになるとSノイズの帯域は100kHz以上になるようですので事実上問題になりませんが、DSD64への変換だと、それなりのノイズを“敢えて付加している”ことになります。当然DSD化するメリットもあるワケですが。
 もちろん、リアルタイム変換でもノンリアルタイム変換でも基本的事情は同じです。
 ≪AudioGate 2.3.2≫で1644をDSD64に変換したファイルの再生スペクトルを一例として示します。

AS:DSD64(AG変換)
(アナログキャプチャ)

 念のためですが、1644をサンプリング定理に則って再生した場合は22.05kHz以上に大きなノイズはありません。

・NOS-DAC
 意図したNOS状態以外にも、UD-501やUD-503などのようにオーバーサンプリングデジタルフィルタがデフォルトでOFFになっている場合や、「余計なデジタル処理(*)は要らない!」って意図的にOFFしてる場合も、イメージングノイズまみれになります。

*:サンプリング定理上余計じゃないんですけどね(苦笑)。

AS:NOS-DAC
(アナログキャプチャ)

 ナイキストまでの周波数特性がぱたぱたと折り返してることが判ると思います。1644音源です。

・≪foobar2000≫のDSD変換
 fb2kのDSD変換ブロック(ASIOProxy)にはLPF機能がありません。ので、アップサンプリングせずにPCM→DSD変換すると、たとえDSD256でも元ナイキスト以上の帯域はイメージングノイズまみれになります。
 “なんちゃってNOS-DAC”状態になっちゃうと言うことです。

・とあるプレーヤソフト
 これはノイズという意味ではありませんが、1644音源をx4設定で再生したスペクトルです。

AS:フリープレーヤx4
(アナログキャプチャ)

 元ナイキスト以上の高域成分がたくさんありますので、いわゆる「アップサンプリング」ではありません。
 何らかのアルゴリズムで「補間生成」したものでしょうから、高域成分の有意性はその性能次第ということです。


 「高域ノイズがあった方がエネルギー感があってよい」「空気感が好き」「スペクトルを聴くワケじゃない」といった嗜好・考え方も、もちろんアリでしょう。
 ただ、「高域ノイズがある状態」という事実は知っておいた方がよいと思います(もちろん、それが“空気感”の理由かどうかは解りませんけれど)。


 個人的には(現時点では)、「たとえデジタルフィルタを使ってでもイメージングノイズやSノイズなどは除去した方がよい」と思っています。


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