デジタル信号をデジタルのまま増幅して・・・・・・？

質問

音楽のデジタル信号をデジタルのまま増幅してそれをなんらかの発音機器に接続して音楽を再生することは一番単純な理論では矛盾しないと思うのですが、現実的にどの部分が不可能なのでしょうか。複数あるとおもいます。また、それらは解決しそうですか。それとも、もう少し進んだ理論では不可能なのでしょうか
電子回路の知識は五球スーパーや並四から一歩もでておりませんのでシロート向けにお願いします。暇死にしそうなときにでも回答下されば幸いです。

回答No.9

John_Papa

こんにちは。

※デジタル録音データ知識の前提条件
デジタル録音の記録方法が、最大（上限）音量を基準（0dB）にして、ビット深度により最小音量が決定されています。
デジタル録音の標準的規格であるＣＤの場合はビット深度が16bitなので、音量の最も小さいステップは、0dBに対して-96dBになります。最大音量を65536（2の16乗）段階に分解する訳です。（1bit＝6dB＝2倍だから）
ビット数を増やすということは、音量を上げる事ではなく、繊細さを上げる事に他なりません。
アナログと違って、デジタルでは上限が基準に成っている事にご着目くださいね。

さて、
『現実的にどの部分が不可能なのでしょうか。』
デジタル録音されたデータにおいて、音量を上限まで引き上げる事は非常に簡単な事です。「正規化」と呼ばれ、アマチュアでもデジタル録音する人なら知らない者は居ないと思われます。
ほとんどのデジタル楽曲データは「正規化」された状態で流通しています。
つまり、デジタル的にこれ以上音量を上げる余地が無いのです。
これ以上音量を大きくする事は、当然元の音とは違って聞こえますが、出っ張りを叩き潰して全体を引き上げるしかなくなっています。「コンプ（コンプレッサー）」と呼ばれる加工技術です。コンプの例としては、現在は自粛されてますが、特に20世紀末のテレビコマーシャルで大活躍しました。『ＣＭになるとうるさい』と言われました。

スピーカーから出る最大音量は、デジタルではなくアナログ要因に左右されます。
アンプの最大出力ワット数、これはアンプの電源回路で作られる終段電圧に依存しますが、デジタルアンプでもアナログアンプでも同様です。
だだデジタルアンプとアナログアンプに大きな違いがありまして、アナログアンプは動作中に終段電圧を切り替えても出力は変化せず、滑らかに音が繋がりますが、デジタルアンプの場合は、終段電圧を切り替えた途端に電圧に対応した音量に変わります。（動作範囲で理論的にはね）
アナログアンプでは、動作中に負荷予測で電源電圧を切り替える省エネアンプ（YAMAHA B-6 1980年製など）が現実に有りますが、デジタルアンプでは電源OFF時に切り替える程度しか記憶にありません。
マニアの製作記事にボリューム代わりにとトライしたものがありますので、興味があればご参考に。
http://nabe.blog.abk.nu/0509

※今回の結論
デジタルオーディオは、音源データもアンプも常にフルボリュームで設定され動作していて、増幅の余地は無い。デジタルで適音量にするには音源データから、聞こえないであろう低レベル情報を削って音量を下げる方法になります。
ご納得いただけますでしょうか？

お礼

もうしわけありません。
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回答No.8

nijjin

基本的に、通常スピーカーからデジタル信号を出しても人間にはデジタル信号を音に変換できません
ですから最終的にアナログになる必要はあります。
ただ、スピーカーまでなら今はデジタルアンプがデジタルのまま増幅できるようになっています。
デジタルアンプにデジタル（光・同軸・USBなど）で入力すればアナログを一切介さず増幅できます。
アナログで入力する場合はデジタルに変換されてから増幅されます。

理論などはコチラを見た方が早いでしょう。
アナログアンプを復習しましょう
http://kanaimaru.com/da9000es/d120.htm
デジタルアンプと呼べる条件
http://kanaimaru.com/da9000es/d130.htm
デジタルアンプの増幅原理
http://kanaimaru.com/da9000es/d140.htm
デジタルアンプの基本メリット
http://kanaimaru.com/da9000es/d150.htm

回答No.7

tetsumyi

普通デジタル音源は最大音量時に最大デジタルレベルとなるようにノーマライズされていますのでこれは増幅しようがない。
無理やり増幅しようとすると最大値が壊れてものすごいノイズとなるだけです。
デジタル信号はファックスのようにピーピロピロと言う音（実際はもっとはるかに高周波）と同様ですからこれは音楽にならない。
それで再生機器はデジタルをアナログに変換して音とします。
それで今のデジタル機器では小さい信号を増幅する必要は無く、音量を絞る場合デジタルから計算してアナログ変換時にアナログ出力を小さくしているだけで歪みやノイズが入る余地はありません。
デジタルに増幅なんてことは意味がない。

お礼

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回答No.6

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

まず、通常の音声電力を音声に変えてくれるスピーカーやイヤホンやヘッドホンを対象とした場合、「デジタル信号」をそのまま増幅するのでは無く、デジタル信号の音声信号をデジタルの高周波で増幅し、利用する。というデジタル式のアンプが広く実用化されています。D級アンプとか、デジタルアンプなどとも呼ばれ、小さなICチップで効率も良く発熱も少ない。という事で大衆機器には多用され、今ではハイパワーな業務用のPAアンプ等にも活用されています。

この他に、CDが登場して間もない頃には、スピーカーのヴォイスコイルを１６のターン数に分けて、各ビット度との専用コイルで「スピーカー自体が直接デジタル信号を受け入れて、音に変換出来ないか」という研究も在ったと記憶しています。
残念ながら、基本的に大電流を扱えない電圧信号だけのデジタル信号は、スピーカーのヴォイスコイルに駆動電力を供給する事が難しく、理論研究と一部の実検で終ってしまった。という状況のようです。

『五球スーパーや並四』という事は、私よりも格段に高い「管球ラヂオ知識」が在ると確信しています。
低周波の音声信号に限った部分という範囲だけでは、ほんの少しですが、、、、と言う感じですねぇ。

ラジオ電波に乗っている音声信号を、チャント音声信号に分離させず、電波を増幅しただけでは「音が得られない」のと同じように、デジタル信号（これも高周波の電波と同じ様な物で、さらにイロイロと、、）その物を増幅しても、音声信号に成らないので、デジタル信号のオン／オフ、０Vと１Vの違いを０Vと１００Vに拡大（増幅）しても、「そのまま」ではムリが在ると思います。

最近の大衆機器には、デジタル系で接続するスピーカー等も多いのですが、sれは量産して安価に成ったICチップを上手に組み合わせてスピーカー側にデジタル信号を受けられるデジタル通信機能と受け取ったデジタル信号を音声信号を元のアナログ音声信号に戻す機能と、その音声信号を安価で高効率に利用できるデジタルアプなどを「スピーカーボックス内」に装備していたり、デジタル無線通信で、それらの回路や駆動電源（バッテリー）まで超小型化したイヤホンも在る。という時代です。

科学的な発想は多様性がありますが、実際の製品として具現化できる「実用性」なども考えますと、ソレなりの方向性に行き着くのだろうと思います。
（それでも、「今」の実用性が困難。という技術でも将来的には「困難」だった部分の解決ができれば、新しい方式として普及できる可能性もありますから、目先の損得で考える範囲と、「いつかは実用化できるかも」と言う基礎研究分野は、捨てずに頑張ってほしいと思って居ます。

お礼

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回答No.5

tpg0

こんにちは。

私も、小学生の頃から並三ラジオや5球スーパーなどのラジオを作ってたラジオ少年で工業高校卒業後は都内の電子専門学校に通うような電子回路好きな男になりましたが、当時の私は無線に夢中でしたから無線通信士か無線技術士になりたいと思ってたくらいで電算機(コンピューター)には興味がなかったですけれど、結果的にゲーム機製造メーカーに就職してロジック回路を扱うようになりデジタル信号も扱うようになりました。

当事、マイコンと言われたのは「自分(マイ)のコンピューターあるいはマイクロコンピューター回路」と解釈してましたが、初めて買った市販品のコンピューターがシャープのMZ80という8ビットのコンピューターでプログラムの記憶媒体はカセット磁気テープした。

当然、コンピューターの音楽プログラムもデジタル信号ですが一般的なラジカセで再生させるとピーとかザーというノイズ音にしか聞こえないですから、デジタル信号をアナログ的に増幅してもノイズ音にしか聞こえないはずです。

お礼

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回答No.4

unokwave

今ではデジタルのまま増幅して再生可能になっていますよ。
D/Aは使わず、スピーカーのボイスコイルをビット毎に用意するような形で、スピーカーがD/Aの代わりになります。

スピーカーはアナログ反応しかできません。
ボイスコイルは、フレミングの左手の法則に基づいて電力をローレンツ力と呼ばれる運動に変えます。
この法則では、電力量に比例して運動力に変わりますから、複数のボイスコイルがあれば運動力を加減算で扱えます。
2値の8bit(8桁)あれば256階調ですが、電気はプラスとゼロとマイナスの3値がとれますから、3値の8桁だと6561階調になり、2値の16bitの65536に近い値が3値だと10bit(59049)で現せます。
つまりボイスコイルを10本巻ければ2値の16bit相当がそのまま扱えるわけです。

課題はアナログ反応しか示せないスピーカーの個体差(ボイスコイル毎差)による、各ボイスコイル毎のばらつきを吸収する仕組みが必要な点ですが、それも含めて解消され、市販されています。

回答No.3

seble

音のデジタル信号という事は、強弱、音の大きさもデジタル化されています。
信号自体を増幅しても、遠距離へ送れるとかいう事になるだけであって、音の強弱自体に変化はありません。
スピーカーへ入力する電気信号の大きさで音の大きさが決まる事になりますのが、その部分はアナログです。
どの時点かは色々でしょうが、デジタル信号をアナログ信号へ戻す際に、デジタル信号に含まれている音の強弱のデータが、アナログの、実際の強弱へ変換される事になります。この部分で大きくするなら、それはアナログ信号を大きく（強く）するという事であって、デジタル信号の部分ではできない、やっても変化ないという事です。

回答No.2

t_ohta

デジタル信号を増幅しても 0 と 1 に違いは生じません。
長距離伝送で減衰した電気信号を回復すると言う意味では増幅させる事はありますが、音量調整という意味での増幅にはなりません。

Bluetooth接続のイヤホン・ヘッドホンなどは、スマホや音楽プレーヤーから耳元までデジタル信号を送り、スピーカーを駆動する直前でDA変換を行い、ボリュームで指定された強さにアナログ信号を増幅してスピーカーを駆動させています。

お礼

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回答No.1

mimazoku_2

デジタル信号は増幅しても人間には理解出来ないノイズに聞こえます。
なので、Ｄ／Ａ変換、つまりデジタル信号をアナログ信号に変換してからでないと増幅し発音させても人間が理解出来る状態にはなりません。

デジタル信号での増幅は音量に当たるデータを大きい数値に書き換える事でしか出来ません。

お礼

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