PhaseとImpulseのハイレゾ効果を確かめる

16/03/05初稿

 前稿で、遂にデジタルフィルタのパラメータが演算結果に及ぼす影響について調べました。

 とりあえずサンプリングレート1fs(44.1kHz)ソースについて見ましたが、これって、同じ波形でもサンプルレートが違うと影響度は異なるのではないでしょうか。もし、ハイサンプリングだと“影響”が緩和されるなら、それはハイレゾの効能と言えるでしょう。
 もちろんフォーマットとして、ですけれど(実際に聴いて差があるかは別)。

 ということで、調べてみました。
 以前、「ない高域をサンプリングして“ないことをデータとして確定”させることでイメージングノイズ発生帯域をその上の高域にシフトし、OSDF影響を下げることがハイレゾの効果(のひとつ)」と考察したことがありますが、本稿はPhaseとImpulseの側面での効果確認になるかと思います。

 本稿では、その主旨からハイレゾはハイサンプリングのことを指します。


■Phase Response

 前稿で扱った「14.7kHzと7.35kHzのサイン波を合成した波形」の変形につき、サンプルレートを変えたソースで調べてみます。
 44.1kHzに加え、同じ方法で88.2kHzと176.4kHzのデータを作成。それぞれx2x2x2とx2x2とx2してすべて352.8kHz(8fs)化した時の変形を比較します。
 同じ8fsにするにしても、フィルタで再生成したものではなく最初から2倍分4倍分の“リアルサンプル”があるデータの変形度合いの比較、ということですね。
 8fs(8倍)で揃えたのはDACのOSDFがΔΣブロックに入れる前に「8fs」にする(*)処理のシミュレーションとするためです。

*:AK4490などはそのように動いていると理解しています。

 以下、 ≪Resampler-V≫のMinimal設定の結果を示します。Linearは変形しないので省略。

14700+7350 0per ハイレゾ比較 サイン波重ね

 「44.1kHz x2x2x2(上図)」と比較すると、「88.1kHz x2x2(中図)」ですでに変形はかなり抑制されています。「176.4kHz x2(下図)」の“リコンストラクション再現率”は、ほとんどLinearと遜色ないのでは。

 もちろんこの例のみでのイメージですが、特殊事例ではないと思います。


■Impulse Response(の代替特性)

 こちらも、前稿の「1周期の4kHz -0dB」波形につき、サンプルレートが異なるデータを作って比較します。
 これは一般的な「Impulse Response」ではありません。その理由などの詳細は前稿を参照ください。

 前稿で見た48kHzをx2x2x2した場合(上図)に加え、96kHzをx2x2(中図)、192kHzをx2(下図)してぞれぞれ8fs化した場合につき、MinimalとLinearを示します。

・Minimal

4000HzResponseハイレゾ比較 0per


・Linear

4000HzResponseハイレゾ比較

 すべて8fsで揃えていますので、同じ時間スケールでの比較です。サンプリング周波数が高くなるとエコー成分はどんどん減っていく様子が解ります。
 ちなみに≪Wavosaur x64 1.1.0.0≫の表示限界以下で見えないワケではありません(別途拡大表示して確認しました)。


 なお、余談かつおそらくですが、これは基音と倍音でハイレゾの効果を見た時と同じ現象を別の見方しているのではないか、という気がしています。


■デジタルフィルタにみるハイレゾの効果

 以上より、デジタルフィルタにおける「Phase Response」「Impulse Response」の絶対的影響は、ソースのサンプルレートが高くなるほど小さくなると言っていいのではと思います。
 まあ、当たり前ではありますが、実際に波形で比較してみるとその“程度感”などが解ってヨイですね。

 つまり、「Minimal系特性にすると波形変形が発生する」「Linear系特性にするとプリエコーが発生する」と言う(言われる)デジタルフィルタのデメリットは、ハイレゾ(ハイサンプリング)になればなるほど軽減されるということです。
 もちろん同じ周波数帯について見た場合です。人間の可聴域や音楽の周波数はハイレゾだと移動するってワケではありませんから、例えば「ハイレゾの場合は2倍・4倍の領域(ナイキストに対して同じ比率の領域)で比較しなければ意味がない」といったことはないでしょう。

 さて、上記はPCソフトのフィルタ演算結果ですが、DACチップのOSDFも基本的に同じ特性を示すハズです。

 具体的な例を挙げると、AK4490のOSDF結果は8倍固定ですので、最初から8fs=352.8kHzや384kHzソースの場合はOSDFかかりません。LinearもMinimalも関係なくデジタルフィルタのデメリットは発生しないワケです。それは極端な例としても、4fsソースの場合はOSDFは2倍ですので影響はかなり抑制されるでしょう。

 ですので、「(OSDF式の)DAC動作」という観点では、ハイサンプリングだとデジタルフィルタのデメリットを抑制できるメリットありと言えるのではないでしょうか。

 言い方を変えると、「フィルタ特性による音の差が少なくなる」「“デジタル臭さ”が減る」といった表現もできるでしょうか。
 もちろん、これはDACの仕組みにも依存するので絶対的一般論とは言えませんし、実験はサイン波(せいぜい成分としてふたつ)でのものですから、当然ながら実際の楽曲においてどれくらい有意差があるかは別問題ですけれど。

 なお、当然かつ重要な点ですが、ソースがネイティブハイサンプリングじゃないと当該メリットはありません。「AD変換が1fs、またはAD変換が2fsや4fsでも製作過程で一度でも1fs化したデータ」をアップサンプリングしたハイレゾでは、その時点で1fsを2倍4倍するためのデジタルLPFかかっているのですから。


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Author:らかせ
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