サンプリングレートとビットレート Home ドキュメントTOP
since 2004.3.17
ここではコンピュータ上で音を扱うためには必須の音質と容量の関係をちょっと
まとめてみたいと思います
ただしσ( ¨ )の知識も完璧ではないので嘘があるかもしれないことをご了承ください(汗
サンプリングレートとは
サンプリングレートとは音(空気の振動)を1秒間に何回記録(1秒の分割数)するかという数値(振動の周波数)で 記録したデータ1つ1つに音の情報を持っているということになります
つまりサンプリングレート44.1kHzの場合には1秒を44100分割してそれぞれ44100回の音データ(振動の周波数)を
デジタル情報として記録しているということです
この数値が細かければ細かいほど音の情報が多くなりなめらかな音が記録されるわけです
ビットレートとは
一方ビットレートとは録音した音を1秒間再生することの出来るデータ量を示します
つまり音データをいれておく容器の大きさをあらわしていると考えることが出来るかと思います
ビットレートが高いすなわち容器が大きければ同じ1秒間再生するためのデータが沢山記録できると言うことです
データが多いほど高音質ということになります
一般にコンピュータで扱う音ファイルにはWAVEやMP3そしてWMAなどが知られています
これらのファイル形式は大きく2つに分けられます

データの大きさとしては同じ1秒間の音を記録している場合は当然

非圧縮 >> 圧縮

となるわけです

音質とファイルサイズの関係
では具体的にWAVEファイルについて調べてみたいと思います
コンピュータ上でファイルのプロパティ-概要を開いてみてください
すると…(一部抜粋)

オーディオ
オーディオ形式 PCM
平均データ率 176400 kb/秒
サンプル率(サンプリングレート) 44100Hz
オーディオのサンプルサイズ 16ビット
チャネル 2(ステレオ)

のように書かれていると思います

上記のファイルはCDの音質と同じ品質のものです
ぽけっとれこーだー等に表示される形式で書いてみると

44.1kHz 16ビット ステレオ
となります
このような属性で音が記録されているわけですね

※上記の16ビット(サンプルサイズ)というのは音の強弱の精度を表わしています
Windows上のWAVEファイルでは8ビットや16ビットのWAVEファイルとして扱われています

     8ビット =   2^8  = 254(段階)       2^8は2の8乗を意味します
    16ビット =  2^16  = 65526(段階)

またDVDなどは24ビットで記録されているそうですので

    24ビット =  2^24  = 16777216(段階)

で音の強弱を再生しているということになります
一方mp3について調べてみたいと思います
一般的に観賞するに適したmp3ファイルは

128kbps 44.1kHz ステレオ
といわれています
WAVEとはなんか表記の仕方が似てはいますが違いますね

2番目の44.1kHzと3番目のステレオはWAVEと同じですが1番目が最初に出てきたビットレートです
ビットレートというの先にいいましたがデータサイズをあらわしています

なんでこのようなそれぞれのファイルの属性を説明したかというとWAVEとMP3を比較してみようということです
先にも書きましたがWAVEは非圧縮ファイルでありmp3は圧縮ファイルなので音質を比較しても意味がありません
ここではサイズに注目してみたいと思います

上記に書いたように属性が違うわけですから単純比較は出来ませんね
ではWAVEの方のビットレートを算出してみたいと思います
ビットレートとは1秒あたりのデータ量と説明しましたのでWAVEファイルの1秒あたりのデータ量を計算します

                  44100(Hz) × 16(bit) × 2(チャンネル ステレオは2) = 1411.2 kbps
となります

つまりWAVEファイルはMP3の約10倍の情報を持っているということになります
ファイルサイズが大きな訳ですよね…
しかしその分高音質であることも確かです

では次に圧縮とはなんなのかを考えてみたいと思います
圧縮というのはあるデータを小さなサイズに変換することを言います
これは可逆的(元に戻せる)でなければいけません…つまりあるルール(アルゴリズム)にのっとって
変換が行なわれるわけです

簡単な例をあげてみましょう

データ        111112222333333      15文字
圧縮データ    152436               6文字
上記は同じ数字が並んでいる場合にはその数字と個数を列挙して圧縮した例です
圧縮データの文字列は元データが1が5つ並んだあとに2が4つあって次に3が6つあるという意味です
この圧縮を行うと15文字だったデータが6文字と約3分の1に圧縮されたことになりますね
このルールに従えば元データに復元(解凍とか展開と呼ばれる)することが可能なわけです
mp3やwmaはこれとは別のルールではありますが同じようにサイズを減らしているわけです
ただしこういった方法だけでなくmp3やwmaは人間には聴きとりにくい部分のデータを
削除しているわけです
この圧縮技術と聴こえない部分の削除でファイルサイズが10分の1になっているわけです

ですのでmp3→waveへの変換が可能なソフト(LIFE等)もありますがまったくオリジナル(mp3に変換する前)
のwaveファイルとは別ものになっていることになります
こういう変換方法を不可逆変換といいます

また上記の不可逆変換はmp3やwmaへの変換以外にも生じています
たとえばwave編集ソフト等を利用してサンプリイングレートを下げたりサンプルサイズを16ビットから8ビットに変更したり
ステレオの音をモノラルに変更したりした場合には保存してしまうと元にはもどせません
擬似的にファイルの属性変更としては可能ですがファイルを詳細に比較してみると別ものであることが解ると思います
MP3とWMAの比較
共に圧縮形式の異なる音楽フィアルフォーマットですがそれぞれ互換性はありません
一般にいわれている標準ビットレートを比較してみると

ビットレート比較
MP3 128kbps
WMA 80kbps

音質が同じくらいということは削除している聴こえない部分も同じくらいということだ思います
つまり同じくらいの音質であればwmaの方が圧縮率に優れていることが解ります
インターネットを通じた音楽配信ということだけを考えるとwmaに軍配があがるかもしれません
しかし圧縮率に優れているということは圧縮時間も展開時間もよりPCパワーが必要になることは否めません
エンコードするときは1度ですからいいかもしれませんが再生時に大きな負担となるのはちょっと
気になってしまいますね

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かえぱぱ
Last modified: Wed Mar 17 13:36:45 JST 2004