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2012年12月03日 (月) | Edit |
今回はちょっと根本的なトコロを考えてみたいと思います。

オーディオ装置(音楽再生装置)にとって理想的な電気→音響変換方式とは?

電気-音響変換装置の代表がスピーカですが、最近はイヤフォン/ヘッドフォンが主流になりつつありますね。

スピーカにおいては、現在のところ一部の特殊なタイプを除いて殆どがダイナミック型であり、特に低音再生においては現実的にダイナミック型しか無いと言って良いと思います。ダイナミック型は振動板の往復運動(ピストニックモーション)によって空気を振動させて音を出すわけですが、これは多くの楽器が音を出す原理とは異なるため、理想的な方式とは言えないとする説もあります。今回はこのへんも含めて掘り下げて考えてみます。

まず、音はマイクロフォンによって電気信号に変換されます。これは大前提です。マイクロフォンで録音しない限りスピーカから音を出す事は一切でせきません。マイクロフォンは、ダイナミック型であれコンデンサ型であれ、一般的なスピーカに比べて非常に小さな振動板が音圧の変動を受けて往復運動(ピストニックモーション)する事によって音を電気信号に変換します。

マイクロフォンは、発音体(楽器等)の発音メカニズム(弦の振動であれ、胴表面の振動であれ、管の気柱振動であれナンデアレ)の如何に一切関係なく、空気中を伝播して到達した圧力波(音圧変動)によるダイアフラムのピストニックモーションを電気信号に変換します。ここで重要なのは、マイクロフォン信号は楽器そのものの機械的音響的振動形態を何ら直接的に反映しない(どんな仕組みで出た音であれ全て単なる空気の圧力変動として扱うだけ)という事と、空間内の1点とも言って良い微小領域での音圧変動だけを反映するという事です。

とりあえず単純化するために、1本のマイクロフォンで録音する最もシンプルなモノラル録音方式で考えてみます。
とある空間(ホール)のとある楽器からある所定の距離を置いて(例えば客席のドコカに)設置された無指向性マクロフォンで収録した音を、サイズも音響特性も全く異なる全く別の空間内(オウチのお部屋)に置いた1本のスピーカで再生し、リスナはスピーカから数m離れてスピーカからの音を聞きます。

マイクロフォンで捉えたホールのとある位置での音圧の変動波形(音)をソノママ リスナの両耳(モノラルなので)の近傍で再現できれば理想的です。マイクロフォンは無指向性ですから、ホールの残響音も全て捉えています。しかし、実際には、スピーカから離れた位置で聴くリスナの耳近傍にはお部屋の音響効果が相当付加された音が届きます。理想に近付けるには、部屋を無響室にするか、できるだけスピーカに近付くしかありません。また、マイクロフォンは振動板の極近傍の音圧変動だけを捉えるのに対し、スピーカは巨大な空間を励起せねばならず、また低音まで再生できるスピーカの振動板はマイクロフォンに比べて巨大であり、大概は複数のサイズの異なる振動板に帯域分割されるため正確に逆変換できません(マイクロフォンが捉えた音圧変動を周波数、時間、空間領域で理想的に再現できない)。

ここで重要なのは、スピーカを点音源と見立てて全方向に音を放射させたり、一部の楽器と同じような非ピストニックモーションで音を発する事では全くありません。

スピーカがやらねばならない第一のお仕事は、楽器からとある空間内の空気を媒体として届いたとあるマイクロフォン位置の音圧変動をできるだけ正確にリスナの耳近傍で再現(逆変換)する事にあります。それが正確に出来るのであれば、振動板がどのような形態で空気を駆動しようが、どっち向きに音を放射しようが関係ありません。繰り返しますが、弦楽器、管楽器、打楽器、電子楽器、人声等、千差万別のメカニズムで発せられた様々な音は空気中を伝播してマイクロフォンの微小振動板に到達し、その発音原理の如何に一切関係なく一様に振動板の往復振動によって電気信号に変換されます。スピーカのお仕事は、そのような電気信号を逆変換してリスナの耳近傍まで届ける(または耳近傍で逆変換する)という事です。

人間はマイクロフォンのダイアフラムと似たような構造の鼓膜の振動により音を検出します。鼓膜も発音体がどのような形態で振動していようが関係なく空気を通して伝わった圧力変動にのみ反応します。

しつこいですが、根本的に重要なのは、スピーカ自体の発音メカニズムを特定楽器の発音メカニズムに近付ける事ではなく、マイクロフォンで電気信号に変換された音圧変化を逆に変換してリスナの「耳」に正確に届ける事です。

スピーカ単独で楽器に近いとされる発音機構を目指しても、それは徒労に終わるでしょう。マイクロフォンが電気に変換できなかった音の現象は、どうやってもスピーカからは出てきませんし、ナンカ出たとするならばそれは「再生」ではなくタマタマ出たノイズ(または付帯音の一種)に過ぎません。例えば、超音波領域の音が本当に音楽再生にとって重要であるならば(超音波領域の音が音楽表現において真に意味を持つのであれば)、スピーカの再生帯域だけを拡げても意味はなく、マイクロフォンの帯域を拡大すると共にADCのサンプリングレートを高くしなければならないのと同じ事です。

もし、現在のスピーカからリスナーの耳に届く音が理想的ではなく、かつ理想に近付ける必要があると判断するならば、マイクロフォンで拾った音を理想的にリスナの耳近傍で再現するための努力が真っ先に払われるべきなのは当然です(LEANAUDIOでは専らこれに取り組んだ)。それが十分に達成されてもまだ足りないというのであれば、マイクロフォン(音響→電気変換部)あるいは途中の信号変換/伝達/増幅部を改良する必要があるでしょう。スピーカはマイクロフォンが拾えない現象あるいはマイクロフォンが拾っても駆動信号として伝わらない現象を決して正しく再生できません。ナイモンハナイというやつです。

再三申しているように、イヤフォン/ヘッドフォン再生はスピーカ方式に比べて圧倒的に高音質であり、バイノーラル録音方式は現時点において最も理想的で実用的な音および音場記録/再生方式であると言えます。ダミーヘッドの耳近傍の音を録音し、マイクロフォンと同等サイズの振動板(イヤフォン、ヘッドフォン)を使って、部屋の音響特性に一切左右されずに微小なパワーで、リスナの耳近傍(または内部)の非常に微小な空間だけで圧力変動を再現すれば済み、理想的な逆変換に近付ける事ができるためです(乱暴な事を言えば、録音に使ったダイナミック型マイクロフォンを耳穴に突っ込んで信号を逆に流すのに近い)。このため、各種の学術研究分野では一般的にバイノーラル方式が使われます(ステレオスピーカ方式は「再生」機構としては原理的にデタラメなので使えない)。

バイノーラル方式の立体的な音場再現性に耳目が集まり気味ですが、音楽鑑賞においては、音圧波形(音)そのものの再現性の方が僕には重要であるようにも思えます。ですから、ダミーヘッドによる厳密なバイノーラル録音は必ずしも必要ではないでしょう。マルチチャンネルからのミクスダウンでも良いから、ヘッドフォン/イヤフォンで自然に聞こえる処理をしてくれれば十分ではないかと思います。

この方式の問題点は、現在一般的に出回っている音楽ソースがヘッドフォン再生専用に制作されていない事と、装置を直接身に付けなければならない(長時間は鬱陶しい)という点にあります。前者に関しては、スピーカ再生用に作られたソースからヘッドフォン用に信号変換する良質なプロセッサが開発されれば、かなり改善されるでしょう。あるいは逆にヘッドフォン用にオリジナルソースを制作し、2チャンネルスピーカ用に信号変換する事も考えられます。マルチスピーカ(サラウンド方式)は音楽鑑賞用として普及するとはとても思えません(部屋に6本も8本もスピーカを置きたいと思う酔狂な人は少なかろう)。後者に関しては、耳近傍の空間だけを何らかの方法で安全かつ非接触に励起する画期的方法でも発明されない限り、当面はスピーカ方式に頼らざるを得ません。

スピーカ方式に関しては、ニアフィールド方式+密閉型スピーカ+デジタル信号処理の組み合わせにより、かなり理想に近付けられる事を当ブログで再三紹介しました。ただ、音場のサイゲンに関しては、現在のステレオ方式では、どうやっても所詮は駄菓子のオマケレベルに過ぎません。これも、DSPを駆使すれば、理論的にもっとマシなサイゲンが可能になるかもしれませんが、個人的にはそれが重要であるとは全く思えません。それよりも、ステレオ再生を必要と感じない多くのユーザ(部屋のアチコチで自由に聞きたいユーザ)がコスト効率の高いモノラル構成を選択できるようにする方が重要でしょう。ステレオってナニ?という人々にも無条件に2組のアンプとスピーカを強要して代価を支払わせているのが現状です。これは理不尽でしょう。今後ますますヘッドフォン再生が主流になるようであれば、ヘッドフォン用に理想的なオリジナルソースを制作し、スピーカではプロセッサを介して再生するといった方式が現実的かもしれません(ステレオスピーカ用に厳密な音場再現を求めてもソモソモ詮ない事なのである程度テキトーでよい)。僕は基本的にヘッドフォンはバイノーラルまたは擬似バイノーラル、スピーカはモノラルがベストだと思います。

最後に
スピーカは断じて楽器ではありません。それ自体が独自の音を発する物では無いという事です。システム最上流の入力変換装置であるマイクロフォンの逆変換を行うシステム最下流の出力装置(あるいはマシン-マン インターフェイス)です。この点を根本的に認識し尊重しないと進化の袋小路に突っ込むか無限グルグル魔境の虜になるのは必至でしょう。僕の経験では、変換装置として正しく機能すればする程、音は自然に(美しい音は美しく、汚い音は汚く)聞こえ、音楽がより聴きやすく、従ってより快適に音楽を楽しめるようになります。つまり、表現者が作品に込めたジョーカンたらナンタラもより楽に感じとれるようになるという事です。変換/伝達の過程にソーチ設計者なり鑑賞者の身勝手なジョーカンたらナンタラが過剰にブチ込まれれば、表現者本来のジョーカンたらナンタラは聞こえ難くなります。当然ですが。。。

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ジャンル:趣味・実用
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