アナログとデジタル：オーディオ技術における違い、利点、欠点

でアナログオーディオ音圧は、離散化されることなく、連続的な電気信号として伝達される。デジタルオーディオ対照的に、この信号は一定の時間間隔（サンプリングレート）でサンプリングされ、数値のシーケンスとして保存されます。どちらの手法も、プロフェッショナルな用途において成功を収めています。ミックスとマスタリングそれぞれの長所と短所――この記事では、技術的な違いを客観的かつ測定可能な事実に基づいて解説します。

すべてのケースに当てはまるわけではないが、時々アナログサウンド im ミックスまたはマスタリングしばらくオーディオプラグインよりもはるかに優れている.

面白いのは、アナログミキシングとマスタリングがオーディオプラグインよりもはるかに優れていることを示す科学的な表や事実が実際に存在することです。つまり、これは魔法でも単なる直感でもなく、事実が雄弁に物語っているのです。

しかし、それはあなたがナンバーワンヒットアナログ的にしか制作できない。デジタルで純粋にインザボックスで制作できる素晴らしい曲はたくさんある（箱の中）が生じた。しかし、本当に深く豊かな音生成する場合、アナログが依然として最善の方法です。

深く掘り下げる前に、もう一つ注意しておきたいことがあります。よくあることですが、悪魔は細部に潜んでいます。そして、これは信号処理数学の最も暗い隅に隠れていることが多すぎます。そのため、ここでは専門用語をあまり使わず、非常に分かりやすく説明することに努めます。

サンプラーレート – 精度と時間分解能

すべてのオーディオシステム（DAW）には限界があります。しかし、アナログ回路は必ずしも22kHzや48kHzに制限されるわけではありません（ 44,1kHzまたは96kHzでのデジタル処理の仕組みサンプリングレートfunktioniert ）、たとえ入力から出力までの帯域幅の合計が20kHzしかないとしても、同じ回路の個々の分岐はメガヘルツ以上の帯域幅を持つ.

でも、なぜそれが必要なのでしょうか？人間は20kHzまでしか聞こえませんし、それも幼い頃か父親が犬の場合だけです。🙂

冗談はさておき、処理中、特にタイミング定数で動的処理関与している（例：オーディオコンプレッサー1176…）、制御信号の合成の副産物、あるいは制御信号自体が発生する可能性があり、人間の耳が知覚できるよりもはるかに広い帯域幅を持つ可能性があります。

基本的なデジタル処理アルゴリズムと比較すると、アナログ回路は「サンプル間ピーク「人間の可聴範囲を超える周波数成分から制御信号を生成する」ナイキスト周波数限界デジタルシステム 大幅に超過.

より広い帯域幅を持つオーディオ回路は、慎重に設計されていない場合、人間の可聴範囲をはるかに超える周波数での振動の影響を受けやすくなります。この現象は、削減ヘッドルーム 曲には奇妙な歪みや混変調が見られ、どれも特に心地よい音ではありません。しかし、「内蔵」の適切な回路設計によって、トゥルーピーク処理AD-へのウォーキング中コンバータ（アナログからデジタルへの変換は）数dBのヘッドルームを節約できる。

非線形性 – 不平等の方が良いのか?

音楽におけるアナログ機器は、異なる数学的曲線を何らかの方法で組み合わせる必要がない。飽和, ねじれそしてその他の非線形性 - デジタル音声処理にとって最も難しいもの最も激しい落下正しく行うために。代わりに、アナログ機器全く同じ効果はるかに優れた精度これにより、ミキシングやマスタリングにおいて、完璧な結果、あるいは不完全な結果を得ることができます。オーバーサンプリングDAW やプラグインをアップデートしても動作し続けます。

オーディオ編集におけるオーバーサンプリング

オーバーサンプリング*は、より高いサンプリングレート信号帯域幅を表現するために実際に必要な量よりも多くの処理が行われる。オーバーサンプリングいくつかの用途では利点があるかもしれない.

*デジタル/ITB で実行される場合のこのプロセスの正しい用語は、アップサンプリング、処理、ダウンサンプリングですが、帯域幅の増加の効果は、信号がデジタルに変換されたときに元々オーバーサンプリングされていた場合と同じであるため、ほとんどのプラグイン製造元は説明としてオーバーサンプリングという用語を使用しています。

この処理では、元の音声に存在しなかった周波数成分が生成されないように、プラグインに非常に優れたフィルターが必要となります。これにより、音の歪みを防ぐことができます。ミックスまたは修士号を取得するため。

多くの優れた音質のデジタルダイナミクスプロセッサー（VSTプラグイン）には、より正確で、自然なゲインリダクションレスポンス配信する。

しかし、オーバーサンプリングでも、適切に設計されたアナログ回路の精度これは特に時間依存の処理において重要です。そのため、ダイナミックプロセッサー（コンプレッサー、リミッター、ゲートなど）では、その差はより顕著になります。ダイナミックプロセッサーでは、アタックとリリースのタイミングカーブコンプレッション、リミッティング、エクスパンション、ゲートといったサウンド特性に決定的な影響を与えます。プラグインが競争力を持つには、オーディオ回路とタイミング回路の両方を少なくともオーバーサンプリングする必要があります。

アナログデバイスとプラグインの帯域幅

アナログデバイスとプラグインの帯域幅については本文の前半ですでに触れましたが、ここでさらに詳しく説明したいと思います。

オーディオ信号が非線形実行すると、追加の周波数コンテンツですから、ピークが切り取られると、切り取られた部分より上のものはすべてどこかに行き着くことになります。なぜなら、それが空中に消え去ってしまう可能性は非常に低いからです...

アナログデバイスでは、これらの高周波は回路内で消えてしまうか、A/D コンバータに到達してそこで消えてしまいます。

オーディオプラグインでは、状況が複雑になることがあります。サンプリング定理に忠実であるためには、デジタルアルゴリズムでこのエネルギーの再分配を補正する必要があります。はるかに限定的な判決利用可能な周波数。

これはオーディオ信号にどのような影響を与えますか?

したがって、2 kHz のサンプリングレートで「S」音の 3 kHz 成分で飽和が発生したときに、曲の中で心地よい第 14 倍音と第 48 倍音を聴くには、より抜本的な手段に頼る必要があります。28 kHz と 42 kHz の周波数は、物理的な動作の仕方によりナイキスト周波数の限界を超えるため、48 kHz のサンプリングレートでは単に「存在」しません。

注意しないと、これらの高調波は20kHzと6kHzに誤って現れます。これが起こると非常に厄介で、この現象は「高調波」と呼ばれます。エイリアシングここで奇妙な音が聞こえます金属またはプラスチックの品質このプラグインの問題に対する良い解決策を見つけることは必ずしも簡単ではなく、常にフィルタ設計とCPU使用率のトレードオフ.

プラグイン用アナログモデリング

忠実なアナログレプリカを作りたいなら、気を引き締めてください。簡単ではないでしょう。

技術的な迷路をわかりやすく説明し、専門用語を使わずに基本的な概要を説明します。

アナログ回路をモデル化するということは、回路が様々な条件に対してどのように動作するかを調べる必要があることを意味します。入力信号レベルと周波数コンテンツ与えられた入力に対して、反対側で何が出力されるかが分かるように動作させる必要があります。テスト信号でエミュレーションを試し、全ての音に対して全く同じ動作をさせるだけでは不十分です。異なる音でも動作させる必要があり、それは困難になります。プラグインをコーディングする際のバランス.

これを注意深く正しく行うには、この回路の電気部品を知る必要があります（抵抗器、コンデンサ、トランジスタ、真空管、インダクタなど）があり、モデルの精度が高ければ高いほど、これらの要素をより正確に記述する必要があります。確かに、抵抗器は多くの電子が押し流されるのを嫌う単なる導線ですが、あらゆる種類のオーディオ信号で同じように動作するのでしょうか？その抵抗が、かさばるインダクタや過熱した真空管の近くで発生した場合はどうなるのでしょうか？

より高い精度を実現するために、各要素のより正確で包括的な説明を作成するたびに、VSTまたはAUプラグイン内での外挿はより複雑になります。複雑になりすぎると、操作がほぼ不可能になったり、リアルタイムで計算するのが困難になったりすることがあります。

言うまでもなく、開発期間の延長したがって、この予測を正しく機能させるには資金が必要です。したがって多くのプラグインには簡易版があるそして、リアルタイムで動作するにもかかわらず、遠くから見ても、実際の回路に似ているだけ重要な詳細が欠けているからです。

オーディオアルゴリズムに何かが欠けているように感じます。トラックに中途半端なクオリティを求めるならそれで構いませんが、ほとんどの人はもっと何かを求めているのではないでしょうか。

オーディオ編集のさらなる深み

それでは、サイドチェーン回路ダイナミックプロセッサなどオーディオコンプレッサーまたは制限する-プラグイン。プラグインは、オーディオ信号から制御電圧を生成するために、ダイオード（およびその他の多くの要素）を使用します。ダイオードとは「一方向弁「電流用で、このバルブが開閉するたびに非常に速く動き、その結果、短絡が発生します。高周波ノイズこれは、デジタル録音時にサンプルが欠落していたり、不良だったりすると発生する「クリック音」に似ています。これはアナログ回路では問題なし当然のことながら帯域幅は限られており、このノイズを単純にフィルタリングしますが、デジタルプラグインではそのような点を注意深く確認する必要があります。そうしないと、価値に見合わない作業になってしまいます。

そして、非線形性3 つ目のコンポーネントごとに、これはトランジスタ、真空管、トランス、その他の多くの要素ごとに異なります。

Fazitアナログ機器は数式を気にせず、ただ自分の役割を果たします。スムーズな遷移、複雑な曲線、あるいは奇妙なカットオフなど、遅延は一切ありません。まさに無敵です。

デジタル処理における非線形性は、通常、多項式伝達関数（与えられた入力サンプルに対して出力サンプルがどのレベルになるべきかを示す曲線）によって処理されます。異なるレベルや異なる極性に対して異なる彩度を実現するために、異なる伝達関数を加算する必要がある場合があります。非対称彩度これらの方程式とその曲線は通常、単一のトランジスタ、真空管、変圧器、または電気回路全体が実行できることの近似値ですが、それらは近似値にすぎません。

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アナログオーディオハードウェアの複雑さ

こうした近似値の精度が求められるほど、方程式は長くなり、大きくなり、結果として数学がより複雑になり、計算時間が長くなり、エラー率が高くなります。多くの場合、優れたオーディオプラグインの開発は、精度、CPU使用率、そしてDSPエンジニアの健全性の間でトレードオフの関係にあります。これらは、欠けている「最後の数パーセント」なのです。

では、さらに深く掘り下げてみましょう。温かみのある音と深みのあるサウンドが人気の回路を、実際に電気モデルで構築してみましょう。

ご心配なく。この動画を理解するために電気工学を3学期も勉強する必要はありませんし、すべてを理解している必要もありません。これは、プラグインにおける真のアナログモデリングの複雑さを説明することを目的としています。これにより、素晴らしいサウンドのプラグインをさらに深く理解し、なぜ多くの弱点が残っているのかを理解していただけるでしょう。

電気回路の電流と電圧を計算するのに使われるキルヒホッフの方程式から始め、作業に取り掛かります。何日もかけてシミュレーションを実行し、数ページにわたる20cmの方程式を練習した後、ついに7次の伝達関数を得ました（かなり小さなオーディオ回路ではライト7コンデンサできます）。完了?!

残念ながら、それはすぐには起こりません。すべてのコンデンサは微小なインダクタでもあり、一定の漏れ電流（並列抵抗）と一定の直列抵抗（ESR）を持ちます。これにより、回路内のリアクタンス部品の数は実質的に2倍になり、伝達関数の次数も2倍になります。

おっと、いろいろとスルーレートの異なるオペアンプ持っているレベル依存のハイカット動作でも、オペアンプはなくて、トランジスタか真空管だけですよね？寄生容量、非線形伝達関数、N層とP層間のブリーダー抵抗など。正しいモデルを積分しようとすると、計算が爆発しそうになります。一生懸命頑張っているのに、一体何が起こったんですか？

誘導コイル

この美しいNeve 33609に、入力、中間段、そして出力トランスが備わっているなんて、もしかして見たことがあるでしょうか？なんと、三次巻線まで備えているものもあるなんて！すごい！

諦めないで！

考える前に、伝達比と何か飽和適用するには…巻線間には寄生容量があり、巻線のインダクタンス、各巻線の直列抵抗、そしておそらく10未満の他の電気的寄生容量と共振ループを形成します。サイドキック障害完璧なトランスフォーマーモデルを作成しようとするときに考慮する必要がある点です。

議論は古く、実践は実用的である。現代のマスタリングでアナログとデジタルがどのように組み合わされているかは、マスタリングガイド.

コアの飽和特性とヒステリシス特性は、合金、製造工程、形状、設計工程、および、コア内の意図しない空隙完全にはフィットしていないもの。

一部の変圧器やインダクタは、物理的にノイズを発生し始めます。磁力聞こえるように十分離してください。これはまた別の非線形エネルギー損失完璧なテンプレートを作るには、これらを考慮する必要があります。ちなみに、上記の文章はインダクタについて言及しており、多くの用途で使用されています。ヴィンテージEQ設計（例：Pultec EQP-1A）は、ある程度は磁気テープ用、多くの点でテープヘッド用です。

残念な結末

上記の点をあらゆる角度から検討したところで、ディスクリートでトランスバランスのとれたビンテージのクラス A テープマシンを適切にモデリングしてみませんか。

自分の足を撃ち抜くほうがましだと言っているように聞こえますか?

まあ、おそらくそれが唯一の正しい答えでしょう。

その理由を説明します...

ご覧のように、デジタルオーディオツール音をまっすぐに出すときに最も問題となるのは完璧に聞こえない幸運なことに、私たちはこの不完全さを愛する。なぜなら、それが録音をより素晴らしいものにしてくれると感じているからだ。豊かで、滑らかで、メロディアスな音質が向上し、多くの点で主観的に優れています。

私たちは、お気に入りの曲で使われているアナログ機器の独特の音の印象を、心の中に刻み込んでいます。それは、エンジニアやプロデューサーが選んだ曲やサウンドを愛しているからです。それらは、私たちが共有する美学の一部となっています。トラックを作るとき、これらのサウンドは、目指すべき基準であり、さらに超えたいと願うものなのです。

これを踏まえると、ハイブリッドセットアップを使用する多くのオーディオエンジニアが次のようなワークフローに移行したのは偶然ではありません。手術と矯正にはデジタル、カラーにはアナログ「両方の長所を活かし、それぞれが最も効果的に機能するタスクに異なるテクノロジーを活用します。

アナログとデジタル：一目でわかる直接比較

基準	アナログ	デジタル（ITB）
サウンドキャラクター	連続信号、自然な飽和、非線形性による温かみ	離散信号であり、適切なゲインステージングを行うことで、ニュートラルで透明感のあるサウンドが得られる。
ダイナミクスとヘッドルーム	ソフトクリッピング、オーバードライブサウンドは音楽的	0 dBFSでのハードクリッピングが可能で、正確なヘッドルームプランニングが可能
唸り	熱雑音と帯域雑音が存在する（特性）	量子化ノイズ（24ビット時、-144 dBFS未満、実質的に聞こえない）
ワークフロー	ハードウェア、パッチベイ、呼び出し機構は複雑であり、各デバイスはそれぞれ固有の特徴を持っています。	完全リコール可能、バージョン管理、リモートワーク可能
コスト	高品質なハードウェアは、購入費用も維持費用も高額です。	拡張性があり、少額の予算でも導入可能