44,100 Hz

デジタルオーディオでは、44,100 Hz ( 44.1 kHzとも表記) が一般的なサンプリング周波数です。アナログオーディオは、1 秒間に 44,100 回サンプリングして録音されることが多く、再生時にこれらのサンプルを使用してオーディオ信号を 再構築します。

の44.1  kHzのオーディオ サンプリング レートは、1979 年にソニーが使用して以来、コンパクト ディスク(CD) 形式によって広く使用されています。

44.1 kHzのサンプリングレートは、1970年代後半にビデオカセットにデジタルオーディオを記録するPCMアダプタで始まりました。^{[注 1]}特に1979年に発表されたソニーPCM-1600は、このシリーズの後続モデルに引き継がれました。これはその後、 1980年にレッドブック規格で定義されたコンパクトディスクデジタルオーディオ（CD-DA）の基礎となりました。^{[1] ：セクション2.6}このレートは、1990年代のDVDなどの規格や、2000年代のHDMIなどの規格でもオプションとして使用され続けています。このサンプリング周波数は、もともとコンパクトディスクから リッピングされた素材から作成されたMP3やその他の民生用オーディオファイル形式で一般的に使用されています。

サンプルレートの選択は、主に 20～20,000 Hz (20 kHz) の可聴周波数範囲を再現する必要性に基づいていました。ナイキスト-シャノンのサンプリング定理では、録音する信号の最大周波数の 2 倍以上のサンプリングレートが必要であるとされており、結果として 40 kHz を超えるレートが必要になります。正確な 44.1 kHz のサンプリングレートは、CD 仕様が開発されていた当時、レコーディングスタジオから CD メーカーにデータを転送する最も手頃な方法であった PCM アダプタから継承されました。^{[1] : sec. 2.6}

このレートは、メーカー、特にソニーとフィリップスの間で議論された後に選択され、ソニーによって実装されて事実上の標準となりました。実際のレートの選択は議論の的となり、フィリップスが提案した 44.1 / 1.001 ≈ 44.056 kHz (NTSC カラー フィールド レートの 60 / 1.001 = 59.94 Hz に相当) または約 44 kHz などの他の選択肢もありました。最終的には、ソニーがサンプル レート (44.1 kHz) とビット深度 (14 ビット/サンプルではなく 16 ビット/サンプル) の両方で勝利しました。レートが選択された技術的な理由は、以下に説明するように、人間の聴覚の特性と初期のデジタル オーディオ録音システムに関連しています。^{[1] : sec. 8.5}

ナイキスト・シャノンのサンプリング定理によれば、サンプリング周波数は、再現したい最大周波数の 2 倍より大きくなければなりません。およそ 20 Hz から 20,000 Hz の人間の可聴範囲を捉えるには、サンプリング レートは 40 kHz より大きくする必要がありました。

しかし、サンプリング時にエイリアシングを避けるためには、まず信号をサンプリング周波数の半分以内に帯域制限する必要があり、これはローパスフィルタリングで実現できます。理想的なローパスフィルタ（sincフィルタ）は、20kHz未満の周波数を（減衰させずに）完全に通過させ、20kHzを超える周波数を完全にカットできますが、この理想的なフィルタは非因果的であるため理論的にも実際的にも実装不可能であり、実際には周波数が部分的に減衰される遷移帯域が必要になります。この遷移帯域が広いほど、アンチエイリアシングフィルタの作成が容易になり、コストも削減されます。44.1kHzのサンプリング周波数では、2.05kHzの遷移帯域が可能です。

初期のデジタルオーディオは、既存のアナログビデオカセットテープに記録されていました。これは、VCR が、意味のある長さのデジタルオーディオを保存できる十分な容量を持つ唯一のトランスポートだったためです。 ^{[注 2]}ビデオ機器の最小限の変更で再利用できるように、これらはビデオと同じ速度で動作し、同じ回路を多く使用しました。44.1 kHz は、PALとNTSC の両方のビデオと互換性があり、オーディオチャネルごとにビデオラインあたり 3 サンプルを超えるエンコードを必要としない、使用可能な最高レートであると考えられていました。

サンプルレートは次のように構成されます。^{[注 3]}

NTSC では、合計 525 ラインのうち、フレームあたり 490 のアクティブ ラインがあります。PAL では、合計 625 ラインのうち、フレームあたり 588 のアクティブ ラインがあります。

44,100 は最初の 4 つの素数 ( ) の平方の積であるため、多くの有用な整数因数を持ちます。 ${\displaystyle 2^{2}\cdot 3^{2}\cdot 5^{2}\cdot 7^{2}}$

44.1 kHz のさまざまな半分と 2 倍のレートが使用されます。11.025 kHz と 22.05 kHz の低いレートはWAVファイルに見られ、低帯域幅のアプリケーションに適しています。一方、88.2 kHz と 176.4 kHz の高いレートはマスタリングとDVD-Audioで使用されます。高いレートは、追加の解像度を提供する (したがって、編集によって導入される歪みの影響を受けにくい) という通常の理由と、はるかに大きな遷移帯域 (20 kHz で人間が聞き取れる周波数とサンプリング レートの半分の間) が可能になるため、ローパス フィルタリングが容易になるという理由の両方で役立ちます。88.2 kHz と 176.4 kHz のレートは、主に最終的なターゲットが CD である場合に使用されます。

初期のデジタルオーディオでは、他のいくつかのサンプリングレートも使用されていました。1970 年代にSoundstreamが 37 kHz のプロトタイプに続いて使用した 50 kHz のサンプリングレート。1980 年代初頭には、15 kHz の帯域幅を持つFM ステレオ放送には十分だったため、特に英国と日本で 32 kHz のサンプリングレートが放送で使用されました。一部のデジタルオーディオは、525/59.94 (44,056 Hz サンプリング) と 625/50 (44.1 kHz サンプリング) に対応する 2 つの互換性のないEIAJ形式で国内向けに提供されていました。

デジタルオーディオテープ（DAT）フォーマットは、1987年に48kHzのサンプリングでリリースされました。このサンプルレートは、プロフェッショナルオーディオの標準レートになりました。^[2]最近まで^{[いつ? ]}、44,100Hzと48,000Hz間のサンプルレート変換は、これらのレート間の比率が高いために複雑でした。44,100と48,000の最小公分母は147:160ですが、現代の^{[あいまいな]}テクノロジーでは、この変換は迅速かつ効率的に実行されます。^[3]初期の民生用DATマシンは44.1kHzをサポートしていなかったため、この違いにより、48kHzのDAT機器を使用して44.1kHzのCDを直接デジタルコピーすることは困難でした。^[4]

CDの人気により、44.1 kHzの機器が多数存在し、44.1 kHz（またはその倍数）で録音されたオーディオも多数存在します。ただし、最近の規格では、44.1 kHzに加えて、または44.1 kHzの代わりに48 kHzを使用するものもあります。^[2]ビデオでは現在48 kHzが標準ですが、CD向けのオーディオでは44.1 kHz（およびその倍数）が依然として使用されています。

HDMI TV 規格 (2003) では、44.1 kHz と 48 kHz (およびその倍数) の両方が許可されています。これにより、CD、VCD、SVCDコンテンツを再生する DVD プレーヤーとの互換性が確保されます。DVD -VideoおよびBlu-ray Disc規格では、48 kHz の倍数のみが使用されます。

ほとんどの PCサウンド カードには、44.1 kHz または 48 kHz でネイティブに動作できるデジタル - アナログ コンバーターが搭載されています。一部の古いプロセッサには 44.1 kHz 出力しか搭載されておらず、一部の安価な新しいプロセッサには 48 kHz 出力しか搭載されていないため、他のサンプル レートを出力するには PC でデジタル サンプル レート変換を実行する必要があります。同様に、カードには録音用にサポートされるサンプル レートに制限があります。

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