デジタル・オーディオの基準レベルが -20dBFSと -18dBFSの2種類あるわけ

デジタル・オーディオ信号では、標本化ビット数(16bitとか24bit)の範囲で信号レベル(音の大きさ)を扱います。たとえば 16bitの場合、最少レベルは 0 が 16個、最大レベルは 1 が 16個です。デジタル信号ではすべてのビットが 1 になった状態をフル・ビットといって、それ以上の信号レベルは扱えません。もしそれ以上のレベルが入ってきたら? 2進数なので 1111 1111 1111 1111 の次は桁上がりして 1 0000 0000 0000 0000 ですが、17bit目がないので、0000 0000 0000 0000 になります。つまり最大音量からミュートになってしまいます。これは人間の耳にはプチッとかブチッというノイズに聞こえ、連続すればひどい歪に聞こえます。

デジタル・オーディオ信号の場合、アナログのテープ・レコーダーのように「徐々に歪む」ということがなく、フル・ビットを超えたらいきなりノイズになるので、絶対に超えてはいけないレベルです。そのためレベルの監視には、音量を視覚的に把握しやすいけれど反応が遅いVUメーターだけではなく、反応が早い PPM(ピーク・プログラム・メーター)を併用します。VUメーターとはどんなメーターなのかについては過去記事をご覧ください。

ここまでですでに引っかかっている人のために、ちょっと 2進数のお勉強をしましょう。たとえば 4bitの場合、最少レベルは
0000 (10進数で0)
0001 (1)
0010 (2)
0011 (3)
0100 (4)
0101 (5)
0110 (6)
0111 (7)
1000 (8)
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1111 (15) ←フル・ビット

16bitだと
1111 1111 1111 1111 (65535) ←フル・ビット

つまり 4bitだと信号レベルを16段階 (0-15)に、16bitだと 65,536段階に分解できるということです。24bitだと何段階ですか?

デジタル・オーディオではフル・ビットという問題があるので、レベル監視は重要です。アナログ録音では VUメーターの 0VUを +4dBmにするのが一般的ですが、デジタル録音では 0VUを指している時点でフル・ビットまでどれだけの余裕(ヘッド・マージン)があるかが重要です。

さらに ヘッド・マージンを何dBとるか、つまりVUメーターの 0VUをフル・ビットから何dB下がったところにするかというのは、放送局と音楽スタジオでは考え方が違います。放送局では世界中の局と番組交換を行うので、当初から統一された基準レベルが必要だったのに対し、音楽スタジオでは収録の段階ではいくつを基準にしようが「歪まなきゃいいんじゃね?」とも言えます。特にダイナミック・レンジを広く取りたい場合はフル・ビット近くまで信号レベルを上げて録音することも珍しくありません。

世界中で基準レベルがバラバラではデジタル機器を製造するメーカーも困ってしまいます。いちおうAESでは -20dBFSを推奨しているので、基本的にはこのレベルで設定している機器が多く、実際の運用は個々の判断でおこないます。

放送局では EBU(欧州放送連盟)が 0VU = -18dBFSと規定して、これを守るように各放送局に勧告しています。日本では NHK が -18dBFS を採用しているのはこうした理由と思われます。ちなみにこの -18dBFSという値はフル・ビットから 3bit下がったレベル* です。

*1bitに付き 6dBなので、3bit x 6dB = 18dB です。何で1bit = 6dBなのかって? さっきの 4bitのシフトをもう一度見てください。0010 (2) を左に 1bitシフトすると0100 (4)。もう 1bitシフトすると 1000 (8)。つまり 1bitあたりの重みが 6dB (=2倍)ということです。

ちなみに同じ理由で、標本化ビット数によって理論上のダイナミック・レンジも決まります。つまり16bitの場合は 16bit x 6dB = 96dB、24bitの場合は 144dBです。

宣伝をするのを忘れていました。TRITECH VMシリーズ VUメーター・ユニットには、Sensitivityスイッチが付いています。これは0VUとする基準レベルを2dBステップで切り替えができる機能です。これにより、普段はヘッド・マージンを20dBに設定していて、次のスケジュールがヘッド・マージン18dBの仕事だったとしても、いちいち基準信号を入れてメーター・トリムを回さなくても、スイッチひとつで切り替わり、戻すのも簡単です。スタジオ・アシスタントの皆さんにはとても便利だと思います。