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音響サラウンド・システム

オーディオ趣味やゲーム好きな方はご存知かと思いますが、 音楽を聴くときやゲームをするときにはサラウンド・システム(Surround System)と呼ばれるものを使うことがあります。
再生音楽鑑賞では、ステレオと呼ばれる前方左右にそれぞれ1基のスピーカーを置いたものが使われるのが一般的です。
ステレオの場合、音源は前方左右のスピーカーの間にあるように感じます。
ステレオを2chと呼び、これに重低音再生専用スピーカーを置いたものが、2.1chと呼ばれています。
0.1chは重低音専用スピーカーを表していますが、再生する情報量が他のスピーカーの10分の1ということらしいです。
左右のスピーカーの再生周波数領域が若い人の可聴最高周波数である20kHzなら、その10分の1は2000Hzになります。
電話が3000Hzまで伝送できますが、上限2000Hzなると声ではこもった感じになり聴きづらくなります。

蛇足になりますが、2.1chというシステムは、スピーカーが小型化されてから現れたと思います。
重低音は方向感が判りづらいので2.1chでは重低音用スピーカーが1基ですが、方向感が判りづらいと言っても判るときがありますから、 重低音用も左右に設けるのが本当です。
一般家庭用ステレオのスピーカーが大きな木箱だった頃には、その木箱の上半分に、高音用、中音用のスピーカー付き、 下半分に重低音用に直径30cm位のスピーカーが付いていました。
高音、中音、重低音用スピーカーそれぞれには、大きなコイルとコンデンサーで構成されたフィルターで周波数帯域を分けて入力します。
帯域を分けて入力しないと再生音が歪みますが、フィルターで帯域を分ければ再生音の位相がずれます。 昔のオーディオマニアは悩んでいたようです。
(更に蛇足:プラスチック円盤にらせん状の溝を刻んで録音していたアナログのレコードでは、 両隣の溝に触れないようにするために振幅が制限されていましたから大きな重低音は録音できませんでしたが)

本題のサラウンドに入ります。
サラウンドと言うように、聴く人の周りにスピーカーを並べて各々から別の音を再生します。
原理的には演奏などを聴く人の周囲にマイクを設置して録音し、それを再生すればよい訳です。
音源近くにマイクを設置しないと違和感が出るように思いますが、そこまで考えたら面倒です。 (音源近くで拾った音がそのまま聞き手の耳に飛び込む訳では無い)

音源記録がDVD、デジタルテレビでは、音声用の記録帯域が狭いので、5.1chサラウンドです。
(前方、前方左右、後方左右に一基づつのスピーカーで5、重低音用スピーカーで0.1です)
音源がBD(ブルーレイ)では、5.1chに聴く人の左右に一基づつを足して、7.1chになっています。

ヘッドホーンで、サラウンドの5.1chや7.1chを楽しめるものが売られています。
これは、ヘッドホーンの中に幾つものスピーカーが入っているのではありません。

この仕組みを知るには、先ず、人が音源の方向を判別する方法を考えてみます。
音で信号を伝えるには、音の大きさを変える、音の位相を変える、音の周波数を変えるの3方法があります。
この中で音源の方向を知るのに使えるのは、音の大きさと位相です。

人の聴覚特性として、大きな音は近くで発生したと感じ、小さな音は遠くで発生したと感じます。
位相が変わっていない音は音源から耳に直接飛び込んできたと感じ、位相が180度ずれている音はどこかで反射してから耳に飛び込んだと感じます。

この聴覚特性を利用して、前方左右のスピーカーから出す音に位相をずらした音を適当に混ぜれば、音が反射しているように聴こえて広がり感が得られます。
後方にスピーカーを置くことが難しいテレビに多い方式のサラウンドで、前にあるスピーカーだけで足りるので前方サラウンドと呼びます。
擬似サラウンドですが、好みです。

前方サラウンドには、前のスピーカーから出す音を部屋の壁に当てて反射音を得るものもあります。 この場合は、音が反射する壁が無いと使えません。

人の聴覚特性を知ると、頭と耳たぶが方向を知るのに重要な役割を果たしていることが判ります。
たとえば、音源が左側にある場合は、頭が障害物になって右耳に入る音は左耳より小さくなりますから、 音源は音が大きく聴こえる左側になります。
また、同じ音源が前方と後方に同距離であった場合は、耳たぶが障害物になる後方の音源は聞きづらくなります。
これによって、音源が前方か後方かが判ります。
ただ、あまり周波数が高く無い音源の場合は、正面と真後ろでは耳たぶが大した障害物にならず、音の位相も同じなので判別がし難くなります。
それを補うのが視覚です。
目からの情報は他の感覚器からの情報に大きな影響を与えます。
目からの情報がまったく得られない、たとえば、夜の草原で虫の音を聴いた場合には、視覚情報は無く、音の反射も無いので、正面と真後ろの判別が難しくなります。

ヘッドホーンを使ったサラウンドの場合は、音源には5.1か7.1の音が個別スピーカー毎に録音されているので、 それぞれの音がスピーカーで再生されて耳に飛び込むと想定して、音の大きさと位相を変えて左右2ch分に混ぜています。
試してみたい方は、パソコンに
「RazerSurround」というフリーソフトをインストールして、Youtubeで5.1chのビデオを聴いてみてください。
無料使用では音質などは変えられませんが、おもしろいソフトです。
(スマホ用サラウンドアプリもあります。)

ヘッドホーンを使ったものも擬似サラウンドだと言う方も居ますが、 左右の耳の中に小さなマイクを入れて録音し、 それをステレオ・イヤホーンで聴くとリアルに聴こえるようなので(バイノーラル録音) このバイノーラル録音を逆に辿って上手く音声加工できれば、かなり精巧なサラウンドだと思います。

しかし、長時間聴くにはステレオ2chの方が疲れなくてよいと思います。
テレビ画像の3Dが流行らなかったように、人間は日常的に多くの情報を取り入れている訳ではありません。
それどころか、考え事をしているときに聞き逃すように必要としない情報は遮断しています。


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