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ビットクラッシャーは、デジタル オーディオデータの解像度または帯域幅を削減することで歪みを生成するオーディオ エフェクトです。削減量に応じて、結果として生じる量子化ノイズによって、より「暖かい」サウンド印象、または耳障りなサウンド印象が生成されます。
方法
一般的なビットクラッシャーは、サンプル レートの削減と解像度の削減という 2 つの方法を使用してオーディオの忠実度を低下させます。
サンプルレートの削減
デジタルオーディオは、オーディオ波形の変化する振幅をエンコードする高速な数値サンプルの連続で構成されています。かなり長い広帯域波形を正確に表現するには、デジタルオーディオでは、高いサンプルレートで多数のサンプルが必要です。レートが高いほど、波形の精度が高まります。レートが低い場合は、ソースのアナログ信号をローパスフィルターでフィルタリングして、信号の最大周波数成分を制限する必要があります。そうしないと、信号の高周波成分がエイリアシングされます。具体的には、サンプリング周波数 (サンプルレートとも呼ばれます) は、信号の最大周波数成分の 2 倍以上である必要があります。サンプリング周波数の半分であるこの最大信号周波数は、ナイキスト限界と呼ばれます。
サンプル レートがデジタル表現された波形の「滑らかさ」に影響を与えるという誤解がよくありますが、これは正しくありません。サンプリング理論では、サンプル レートでサポートされる最大信号周波数 (つまりナイキスト限界) まで、デジタル (離散) 信号は、個々のサンプルの有限精度から生じる量子化ノイズの歪みを除いて、アナログ (連続波) ソースを正確に表すことが保証されています。ローパス離散信号を理想的なローパス フィルタ (完全な垂直カットオフ プロファイルを持つ) にバイパスするだけで、元の信号を正確に再構築できます。ただし、理想的なフィルタを作成するのは不可能なので、通過帯域と阻止帯域の間で緩やかな遷移を持つ実際のフィルタを使用する必要があります。その結果、特定のサンプル レートでナイキスト限界までのすべての周波数を正確に記録することは不可能になります。解決策は、サンプリングと連続波再構築の両方に使用されるフィルタの遷移帯域に対応する量だけサンプル レートを増やすことです。このため、たとえばコンパクト ディスクでは、このサンプル レートのナイキスト限界が 22.05 kHz であるにもかかわらず、20 kHz を超えることはめったにないオーディオを録音するために 44.1 kHz のサンプリング レートが使用されています。もう 1 つの考慮事項は、完璧な再構成のためには、サンプルを無限小の持続時間の理想的なインパルスとしてレンダリングする必要があることですが、実際のハードウェアはすべて、サンプルに対して矩形パルスを生成します。一部の低品質のデジタル アナログ変換デバイスでは、ステップ波変換が使用され、基本的にサンプルがサンプリング周期に等しい持続時間を持つ矩形パルスとして出力されます。この場合も、サンプル レートを上げると、結果として生じる歪みを減らして補正できます。それでも、その目的が何であれ、サンプリング周波数にマージンを追加しても再構成された波形が滑らかになるわけではなく、遷移帯域の周波数が低い周波数にエイリアシングされるのを防ぐだけであり、エイリアシングによって信号が非線形に歪むのを防ぐだけであることは強調しすぎることはありません。
今日のDAW は通常、44.1 kHz 以上のサンプル レートを使用します。初期のデジタル機器では、保存されたオーディオのメモリを節約するために、はるかに低いサンプル レートが使用されていました。たとえば、1979 年の Speak & Spellでは、8 kHz のサンプル レートが使用されていました。
サンプル レートの削減 (ダウンサンプリングとも呼ばれます) は、サンプル レートを意図的に削減してオーディオの品質を低下させます。サンプル レートが削減されると、高周波数がエイリアシングされるか、デジタル信号が最初にローパス フィルター処理されている場合は、高周波数が失われます。原始的なステップ ウェーブ DAC が使用されている場合、または DAC フィルターのカットオフ周波数がサンプル レートに合わせて調整できず、サポートされる最大サンプル レートのナイキスト周波数の半分に固定されている場合は、波形の音がより「粗く」なります。極端な削減では、波形は深刻なエイリアシングと、おそらく調整が不十分なデジタルからアナログへの変換による非線形歪みの結果として金属的な音になります。(これらの効果はすべて、信号がダウンサンプリングされる前にローパス フィルター処理され、再生用の DAC パラメーターが削減されたサンプル レートに適切である場合に回避できます。その場合、波形は、電話、受信状態がクリアな AM ラジオ、またはテープ速度が遅い磁気テープ レコーダーのように、帯域が制限された音になります。)
解像度の削減
デジタル オーディオのサンプルは、デジタル メモリに格納される整数または浮動小数点数として記録されます。これらの数値は、一連のオン/オフ メモリ ビットを使用してエンコードされます。ビット数が大きいほど、サンプルは、サンプリングされたオーディオ波形の瞬間的な音量レベルをより正確にエンコードします。今日の DAW では、連続したレイヤー処理とミキシングに適しているため、通常 32 ビットの浮動小数点数を使用しますが、最終的なマスター出力は通常、16 ビットまたは 24 ビットの整数サンプルで構成されます。初期のデジタル オーディオ機器とビデオ ゲームでは、8 ビット以下の整数サンプルが使用されていました。Roland のクラシックな TR-909 ドラム マシンでは、6 ビットの整数サンプルが使用されていました。各サンプルで使用されるビット数は、デジタル信号の信号対雑音比とダイナミック レンジに直接影響します。具体的には、ローパス フィルタを通したホワイト ノイズに似た 量子化ノイズと呼ばれる一種のノイズの振幅を決定することによって影響します。
解像度を下げると、オーディオ サンプルに使用されるビット数が意図的に削減されます。ビット深度が下がると、波形のノイズが多くなり、微妙な音量の変化が失われ、低域のダイナミック レンジが減少します。ビットを極端に減らすと、波形が低域から高域へ、そしてまた低域へ、中間値なしで急激にジャンプするため、波形はクリック音やブザー音 (方形波) に減少し、多くの低いピークが振幅ゼロに平坦化されます。
主なコントロール
Bitcrusher エフェクトには通常、少なくとも 2 つのコントロールがあります。1 つはサンプル レートを下げ、もう 1 つは解像度を下げます。
解像度を下げるためのノブまたはスライダー (別名「ビット深度」、「深度」、または「ビット」) は、通常、32 ビットから 1 ビットまで調整します。
David Robinson と Nick Currie による LossyWAV ソフトウェアは、PCM 波形の各セグメントを可聴歪みなしで表現するための最小ビット深度を計算します。これはオーディオ圧縮のビットレートを削減するためのプリプロセッサとして意図されていますが、品質設定を低くするとビットクラッシュ歪みが発生します。[1]
サンプル レートの削減 (別名「ダウンサンプリング」または「平均化」) のコントロールは、新しいサンプル レートの Hz で表示される場合もあれば、削減係数として表示される場合もあります。サンプル レートの削減は、新しいサンプルを作成するために平均化する連続サンプルの数として表示される場合もあります。値が 20 の場合、サンプル レートは元のレートの 1/20 に削減されます。
例
- アンダーグラウンドヒップホップアーティストのイソップ・ロックは、この効果を自身の曲の中で巧みに利用しています。
- アメリカのニューメタルバンド、リンキン・パークは、特にドラムでビットクラッシャーを使用することで知られています。
- Daft Punk のアルバムDiscoveryからの「Short Circuit」の終わり、2:12 から始まります。
- ビリー・アイリッシュの2021年の曲「Happier Than Ever」の終わり
- 2000 年の Daft Punk のシングル「One More Time」では、メロディーにビットクラッシュ効果が使用されています。
- ビットクラッシャーによって歪んだサウンドの例としては、ドイツのバンドThe NotwistのアルバムShrink に収録されている曲「Chemicals」のイントロがあります。
- たとえば、Roland TR-909ドラム マシンで使用されるサンプルの解像度は 6 ビットで、同様のサウンドになります。
- ハードスタイルの音楽ジャンルでは、ビットクラッシングは多くのトラックで欠かせないエフェクトになっています。
- エレクトロニック音楽ジャンルのダブステップ/ドラムステップのよりハードなバージョンでは、ビットクラッシャーの「ヤーヤー」や「ヨイヨイ」エフェクトがこのジャンルの近年でより人気が高まっており、アーティストの中にはこのエフェクトをジャンルの特徴である「ベースウォブル」よりも多く使用している人もいます。
- Madlibの別人格Quasimotoの曲のサンプルによく使われています。[LAX to JFK、Astronaut、Rappcats Pt. 3、Blitz など]
参考文献
- ^ lossyWAV 2018-12-08にアクセス。