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クアドラフォニック（またはクアドロフォニック、クアドラソニック、または「ステレオ」との類推による新語クアディオ[ 1 ]とも呼ばれる）サウンドは、リスニング空間の四隅にスピーカーを配置した4つのオーディオチャンネルを使用します。このシステムは、互いに（完全にまたは部分的に）独立したサウンド信号の再生を可能にし、現在サラウンドサウンドと呼ばれているものに似ています。
4チャンネルのクアドラフォニックサラウンドサウンドは、まるでコンサートホールにいるかのような臨場感あふれる音響効果を家庭で再現できます。また、通常の2チャンネルステレオサウンドの方向性の制約を超え、リスナーの体験を向上させることも可能です。クアドラフォニックオーディオは、サラウンドサウンドにおける最初期の民生用製品でした。1970年代初頭に一般に普及して以来、数千ものクアドラフォニック録音が制作されてきました。
4チャンネルサラウンドサウンドは、様々な技術的な問題やフォーマットの互換性の問題から、当初は商業的に失敗に終わりました。4チャンネルオーディオフォーマットは、標準的な2チャンネルステレオよりも製造コストが高くなる場合があります。再生には追加のスピーカーとアンプチャンネルが必要となり、専用のデコード機器が必要になる場合もあります。
1990年代にホームシアター製品が登場したのは、当初は映画の音響を目的としたものでしたが、マルチチャンネル音楽再生への関心も再び高まりました。この頃には、新たなデジタルベースのフォーマットが開発されていました。1970年代の多くの4チャンネル録音は、スーパーオーディオCD、DTS、ドルビーデジタル、DVDオーディオ、ブルーレイといった現代のサラウンドサウンドシステムで再リリースされています。マルチチャンネルホームオーディオ再生は2000年以降に再び注目を集め、この頃から新たな4チャンネル録音も数多くリリースされています。
クアドラフォニックシステムは、右前、右後、左前、左後それぞれの音声信号を4つの独立したスピーカーで再生します。リアスピーカーの再生能力は、フロントスピーカーと同等か、ほぼ同等の品質であるべきです。理想的には、クアドラフォニックシステムでは4つの同一のスピーカーを使用します。
4チャンネルの音声録音に最初に使われた機器は、アナログのリール・トゥ・リール・テープレコーダーでした。これらは、1950年代にドイツのテレフンケン社とアメリカのアンペックス社によって、プロのスタジオのオーディオエンジニア向けに開発されました。このような機器は、1954年までにヨーロッパのいくつかの電子音楽スタジオに登場しました。[ 2 ]
家庭での再生用に4チャンネルサウンドを再現しようとする初期の試みは、1960年代後半にオーディオ研究所のエンジニアによって始まった。プロデューサーのトーマス・モウリー[ 3 ]は、当初イーストマン音楽学校で働いており、クラシック音楽の4チャンネル録音の先駆者の一人だった。彼は後に1970年代初頭にドイツ・グラモフォンや他のレーベルのために4チャンネル作品を制作したが、その多くはステレオ録音としてのみリリースされた。
1969年6月、ヴァンガード・レコードはリール・トゥ・リール・テープで少数の4チャンネル・サラウンド録音をアメリカの一般消費者市場に導入した。1970年代に一般向けに録音を販売する最も一般的な媒体は、LPレコードだった。8トラック・テープによる4チャンネル・サラウンド録音も1970年代に人気があり、特にカーオーディオ愛好家の間で人気を博した。
1970年代には、大手電子機器メーカーが4チャンネル録音のデコード専用のハードウェアシステムを一般向けに販売した。これらのデコーダーは、多くの場合、独立した電子部品として販売された。また、1970年代に販売された一部のオーディオレシーバーやアンプには、デコーダーが内蔵されていた。
1970年代の多くの4チャンネル録音では、マトリックス技術を用いて、2チャンネル媒体（通常はLP）に4チャンネルの音声情報をエンコードおよびデコードしていた。初期のマトリックス方式のデコード性能が低かったことが、改良されたマトリックスシステムが登場するとマトリックス方式が姿を消した主な理由である。後のマトリックスシステムは、ピーター・シャイバーの研究に基づいていた。彼の基本方式は、90°位相シフト回路を用いて、より高度な4-2-4マトリックスシステムの開発を可能にしたもので、その中でも主要な2つは、コロンビアのSQシステムとサンスイのQSシステムであった。
1970年代に最も人気があった4チャンネルLPフォーマットは、SQ（ステレオ4チャンネル）、QS（レギュラーマトリックス）、CD-4（互換ディスクリート4）/クアドラディスクの3つでした。
日本の統括団体とオーディオ機器メーカーは、クアドラフォニックサウンドの規格を定義しました。RM（Regular Matrix）はQSの同義語として使用され、QM（Quadraphonic Matrix [ 4 ]はStereo-4とDynaquadに使用されました）、QX（QuadXtra、DH Cooperの「Dual-Triphonic」に基づく）[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]はUD4に使用されました。[ 10 ]
シェイバー、マーティン・ウィルコックス、ジム・フォスゲートは、ゲインライディングとハース効果を用いてデコードアーティファクトをマスキングすることで非常に正確な音場を生成するTate II 101 SQデコーダーを開発した。正確な性能を実現するために、カスタム設計され、手作業で組み立てられ、校正された回路が使用され、部品は1%単位で選別されていた。サンスイのQSDシリーズデコーダーとQRXシリーズ受信機は非常に優れており、左右ステレオを馬蹄形トポロジーに合成することさえできた。しかし、これらはすべて登場が遅すぎ、高価すぎたり、一般に購入するのが難しすぎたりしたため、マトリックスクワッドを埋もれた状態から救うことはできなかった。
2000年代初頭までに、より高度な「ディスクリート」マルチチャネルシステムがマトリックス技術に取って代わり、より高いレベルの性能と完全なチャネル独立性を提供するようになった。今日では、ハードウェア復号の代わりにソフトウェアを使用できる。最新のソフトウェアアルゴリズムは、以前のハードウェア技術よりも高精度な復号性能を実現できる。
現在一般的に使用されているマルチチャンネルオーディオシステムはすべてデジタルシステムです。デジタルマルチチャンネルオーディオは、1990年代にドルビーデジタルやDTSといったサラウンドサウンド映画が登場して以来、家庭でも利用可能になりました。現在、サラウンドサウンド音楽を再生できる最も一般的なデジタルメディアは、スーパーオーディオCD、DVD、ブルーレイであり、いずれも高解像度のマルチチャンネルオーディオを再生できます。
4チャンネル音声のミキシングプロセスは、同じ録音のステレオバージョンとは異なります。ほとんどのスタジオ機器はステレオ専用に設計されているため、専用のマルチチャンネルミキシングコンソールと再生システムが必要になります。
クラシック音楽の場合、プロデューサーは通常、オーケストラの音をフロントチャンネルのみでステレオ再生し、コンサートホールの自然な残響やエコーをすべてのスピーカーで再生する効果を好みます。ポピュラー音楽のライブ録音でも、同様の方法でミキシングされているものがあります。クラシック音楽の録音では、主要な楽器やソロ楽器をリアチャンネルに配置することは稀ですが、まれに行われることもあります。
クラシック音楽の録音の中には、リスナーがオーケストラの中央に座っているかのような視点から制作されたものがいくつか存在する。その一例が、ピエール・ブーレーズ指揮によるベラ・バルトークの管弦楽協奏曲の1973年コロンビア・マスターワークス盤である。オリジナルの4チャンネル録音はマトリックスLPと8トラックテープでリリースされ、 2018年にはダットン・ヴォカリオンからスーパーオーディオCDフォーマットで再発売された。録音に付属する解説には、各楽器群がどの方向から聴こえるかが示されている。
ポップ、ロック、ジャズの音楽プロデューサーは、4つのチャンネル間の音楽的な分離度を比較的高く保つミキシングスタイルを採用する傾向があります。このタイプの録音では、フロントチャンネルと同等の重要性を持つ音楽サウンドをリアチャンネルに配置することがあります。これは、録音エンジニアがステレオ録音を導入した時と同様に、リスナーの方向感覚と空間感を広げる効果があります。4チャンネル録音の中には、リスナーの周りを音がぐるぐると回るものもあります。
ミキシングエンジニアは、複数のスタイルを融合させたハイブリッドな効果を目指すこともできる。4チャンネルサラウンド効果は時に人工的だと見なされることもあるが、リスナーをより深く音楽に没入させることで、音楽鑑賞の喜びは劇的に高まる可能性がある。
ビニール製レコードでの4チャンネル音声再生は困難を伴った。1970年代に技術が急速に進歩するにつれ、LPレコードから4チャンネル音声を再生するための様々な解決策が提案された。これらのシステムの中には、他のシステムよりもはるかに成功したものもあった。最もシンプルなシステムは、派生型（2-2-4）フォーマットであった。これに続いて、より高度なマトリックス型（4-2-4）フォーマットが登場し、最終的には最も先進的なディスクリート型（4-4-4）フォーマットが開発された。
派生（2-2-4）フォーマットは、ステレオレコードからステレオ差やその他の位相ずれ情報を抽出してサラウンドサウンド効果を合成する、シンプルで多くの場合パッシブな構成です。[ 11 ]リアチャンネルで強調される素材には、スタジオのリバーブ、コンサートホールのアンビエンス、観客の拍手などが含まれることがよくあります。派生システムは、元のステレオミックスの意図しない位相差に基づいて動作するため、リアスピーカーに個々の楽器を正確に配置することはできません。ただし、中央にパンニングされた（つまりモノフォニックな）情報はセンターフロントに残ります。[ 12 ]
マトリックス形式では、4チャンネルが2チャンネルに変換（エンコード）されます。その後、2チャンネル伝送媒体（通常はLPレコード）を通過し、4チャンネルにデコードされて4つのスピーカーから出力されます。4つの個別の音声信号をステレオ互換で伝送するには、出力で元の4つの音声信号を再現するための4つの連立一次方程式が必要です。
これらのシステムは、マトリックス復号技術を用いて、記録された2つのチャンネルから4つのチャンネルを復元した。マトリックスシステムは、高いレベルのチャンネル独立性を実現できるが、完全なチャンネル分離はできない。
マトリックス方式の4チャンネル録音は、従来のステレオレコードプレーヤーで2チャンネルで再生できます。これらのシステムには、ステレオとモノラルの互換性のレベルにばらつきがあります。互換性とは、以下のことを意味します。
この4:2:4処理は、情報損失なしには実現できませんでした。つまり、最終段階で生成される4つのチャンネルは、処理開始時のチャンネルと完全に同一ではありませんでした。意図したとおりの効果を得るためには、録音エンジニアはこれらの各フォーマットでの作業について特別な訓練を受ける必要がありました。マトリックス録音用の特別なミキシングルールは、マトリックスフォーマットに内在する技術的な制約を最小限に抑え、望ましくない副作用を隠蔽または排除します。
これらの最初のものは、Electro-Voice（EV-4/Stereo-4）とDynaco（Dynaquad（DY））によって開発された、比較的性能の低い基本的なシステムでした。いわゆるマトリックスフォーマットと呼ばれるもので、ステレオアルバムトラックにエンコードされた4つのサウンドチャンネルを使用し、それらを元の4つのサウンドチャンネルにデコードしました。しかし、デコード性能が低かったため、これらのシステムは後のマトリックスフォーマットの精度やチャンネル独立性には及ばなかったのです。
オリジナルのシステム（DYとEV-4）は、フロント左右の分離が弱く（約12dB ）、リア左右の分離も2dBと劣っていました 。デコーダーは、正確なデコードよりも効果を重視して設計されており、これは主に両システムの制約によるものでした。両システムは数学的に非常に密接に関連していたため、ユーザーはどちらか一方のシステムのデコーダーを1つだけ使用すれば、両システムのアルバムを再生することができました。
初期マトリックスシステムと後期マトリックスシステムの違いは非常に大きく、SQデコーダーまたはQSデコーダーのどちらを使用してもDY/EV-4を正確にデコードすることは不可能でした。その結果、音場がぼやけたり不明瞭になったりすることが多く、プロデューサーやレコーディングエンジニアが意図したものとは大きく異なる可能性がありました。[ 13 ] [ 14 ]
ピーター・シャイバーの90度位相シフト回路の利用に関する研究に基づいた改良システムが後に登場し、それがQSシステムとSQシステムである。
これらのうち最初のものはQSと呼ばれ、サンスイ電機によって開発されました。いわゆるマトリックス方式で、4つの音声チャンネルをステレオにエンコードし、それを元の4つの音声チャンネルにデコードするものでした。QSシステムは1971年3月に米国でデビューし、1973年には同社のVario-Matrixシステムによって改良されました。
2番目のSQは、コロンビア・レコードとソニーによって開発・販売され、1971年4月に米国市場に参入しました。SQフォーマットは、英国のEMIなどの企業でも使用され、 EMIはいくつかのSQアルバムをリリースしました。SQシステムの音の分離は、1975年にモトローラのチップMC1312、MC1314、MC1315を使用したSQフルロジックデコーディングの導入によって大幅に改善されました。 [ 15 ]
SQとQSはどちらも1970年代に大手レコード会社やハードウェアメーカーから多大な支援を受け、目覚ましい売上と市場浸透率を達成した。しかし、名称と技術が類似していたため、一般の人々は容易に混同してしまう可能性があった。
ディスクリート再生とは、4つのチャンネルすべてが互いに完全に独立している4チャンネルシステムを指します。その名の通り、ディスクリートフォーマットでは、元の4つのオーディオチャンネルが4チャンネル伝送媒体を通して4チャンネル再生システムに送られ、4つのスピーカーから出力されます。これは4-4-4システムと呼ばれます。
ディスクリート方式のレコードプレーヤーは、専用の復調器を用いて4つの完全に独立した音声チャンネルを復調します。これにより、チャンネル間の完全な分離が可能になりました。このような方式では、レコードの寿命が短くなるという問題がありましたが、この問題を克服するために、より耐久性の高いビニール素材がすぐに開発され、現在ではほとんどすべてのディスクリート方式のLPレコードに特殊なビニールが使用されています。ディスクリート方式の4チャンネルLPレコードを従来のステレオレコードプレーヤーで再生すると、音楽プログラム全体がステレオで再生されます。
4チャンネルLPレコードの3番目の主要フォーマットであるCD-4またはクアドラディスクは、日本のJVC株式会社とアメリカのRCAレコードによって考案された。
この4チャンネル方式は、1972年5月に米国で初めて発売されました。完全なディスクリートシステムであり、マトリックス技術を廃止し、ステレオFM放送のエンコーディングに似た方式を採用しています。ステレオレコードでは、このシステムは左右の2つのメインオーディオチャンネルを使用し、これがCD-4が従来のステレオ再生との互換性を維持できる理由です。CD-4は、メインチャンネルに加えて2つの差分オーディオ チャンネルも追加しています。差分信号は、可聴域を超える30kHzの超音波搬送周波数でエンコードされます。CD-4では、これらの高周波を読み取るために、柴田針を備えた専用のフォノカートリッジが必要です。合成された信号は、4チャンネルデコード用の専用復調器に送られます。復調器は超音波信号を可聴域に戻し、差分チャンネルを使用してリアオーディオ情報をメインチャンネルから分離します。CD-4システムは、処理全体を通して4つの独立した信号を維持するため、意図された4チャンネル音場を正確に再現できます。
UD-4/UMXは日本/コロンビア（デノン）によって開発された。これはディスクリート/マトリックス方式のハイブリッドシステムである。このフォーマットでエンコードできるアイテム数はわずか35～40個で、イギリス、ヨーロッパ、日本でのみ販売された。
短命に終わったこのシステムは、左右チャンネル間の位相差により、通常のステレオ再生との互換性に問題があった。[ 16 ] UD-4は、CD-4システムほど高い周波数を搬送波が処理する必要がなかったため、CD-4よりもセットアップが厳格ではなかった。[ 17 ]
テープをベースとしたクアドラフォニックシステムも導入されました。これは、4つの独立したチャンネルを再生できる新しい機器に基づいています。これらの録音はすべて、リール・トゥ・リールと8トラック・カートリッジ形式でリリースされた、独立した4-4-4録音です。これらの録音を再生するには、特別に設計された4チャンネル機器が必要でした。ステレオプレーヤーとは互換性がありません。
これらのシステムでは、利用可能な 4 つのトラックすべてが同じ方向に走るテープに記録されました。プリレコーディングされた 4 チャンネルのリール トゥ リール テープは、7 1/2インチ/秒 (IPS) で記録されました。これは、民生用リール トゥ リール マシンで使用される最速の速度です。これに対し、ステレオのプリレコーディングされたリール トゥ リール テープには、それぞれ逆方向に走る 2 つの異なるプログラムがあります。多くのステレオ テープは、フル スピードの半分である 3 3/4 IPS でのみ記録されました。速度が遅いと、音質が低下します。[ 18 ]
RCAレコードは1970年4月、 8トラックテープの4チャンネル版を発表し、Quad-8またはQuadraphonic 8トラックテープ（後にQ8と略される）と名付けた。これらは最終的に1970年10月、11月、12月に分割して（70テープ）発売された。
このフォーマットは、カートリッジの左上隅にある小さなセンシングノッチを除けば、ステレオ8トラックと外観上ほぼ同じだった。このノッチは、4チャンネル8トラックプレーヤーに対し、奇数トラックをプログラム1のオーディオチャンネルとして、偶数トラックをプログラム2のチャンネルとして組み合わせるように指示するものだった。このフォーマットはステレオプレーヤーやモノラルプレーヤーとの下位互換性はなく、4チャンネルプレーヤーはステレオ8トラックを再生できたものの、ステレオプレーヤーで4チャンネルテープを再生すると、一度に半分のチャンネルしか聞こえなかった。
4チャンネル8トラックフォーマットでの最後のリリースは1978年だったが、ほとんどのフォーマットは1976年末までに発売されなくなっていた。
ラジオ放送での実験もいくつか行われた（例えば、BBCによるクリフ・リチャードのコンサート[ 19 ] [ 20 ] 、最初の4チャンネル放送は1974年7月[ 21 ]）が、それらは短命に終わった。
最も長く続いたラジオ放送局の1つは、フロリダ州サラソタのWQSR -FM「Quad 102½」でした。[ 22 ] 1970年代のほとんどの期間、この放送局は、従来のステレオ受信機で2つの別々の放送局としてチューニングできる信号を放送していました。
サンフランシスコのクラシック音楽局KKHI-FMは、1970年代にサンフランシスコ・オペラを「互換性のある」（つまりマトリックスエンコードされた）4チャンネル形式で放送した[ 23 ] 。シカゴの局WFMTの「シカゴ・リリック・オペラ」の生放送も同様だった。
KRMH-FM（「グッド・カルマ・ラジオ」）（テキサス州サンマルコス/オースティン）は、1970年代初頭にテキサス州ブダ近郊のスタジオと送信所から「クアッドステレオ」で放送していた。[ 24 ]
WWWW-FM (W4-QUAD 106.7) (デトロイト) は 1974 年に QS エンコードされた 4 チャンネル音声を放送した。[ 25 ]
KEXL-FM（「KEXL 104.5」）（テキサス州サンアントニオ）は、1970年代前半から中頃にかけて、メインプラザ近くの高層オフィスビルにあるスタジオから「クアドラフォニック」で放送していた。[ 26 ]
シアトルのラジオ局KIRO-FM 100.7（後にKSEA 101と改名）は、1973年から1976年初頭にかけて毎日数時間、エンコードされたSQクワドラフォニック音楽を放送していた。[ 27 ]ソルトレイクのモルモン・タバナクルから日曜朝に放送された「音楽と語り」はSQクワドラフォニックだった。[ 27 ]
マトリックスHは、既存のモノラルおよびステレオ受信機と最も互換性のある方法でFMラジオを介して4チャンネル音声を伝送するために、1977年にBBCのエンジニアによって開発されました。 [ 28 ]
BBCラジオ3とBBCラジオ4向けに、演劇やプロムスを含む4チャンネルテスト番組が制作された。[ 29 ]
既存のマトリックス形式が最初にテストされました。「H」は単語を表すものではありません。最初に評価したマトリックスをマトリックスAと呼び、アルファベット順に作業を進めました。[ 30 ] [ 31 ]マトリックスHはモノラル互換性と無線伝送の最良のソリューションとして浮上しましたが、[ 32 ]専用の市販デコーダはありませんでした。
BBCは後にアンビソニックスの開発者と協力してBBC/NRDCシステムHJを開発した。これは、マトリックスHとアンビソニックスのプロトタイプ2チャンネルエンコーディング（システム45Jとして知られる）の両方の修正版を含むように設計された許容範囲に基づいていた。その後、日本コロンビアUMXマトリックスが標準に取り込まれ、最終的にアンビソニックスに関連付けられるUHJという名前になった。[ 33 ]
1976年、ベン・バウアーは行列システムと離散システムをUSQ（Universal SQ）に統合した（他の研究者もクワッドシステムで同様のことを行っていた）。
これは階層的な4-4-4離散マトリックスであり、SQマトリックスをベースバンドとして、TとQと呼ばれる追加の差分信号を用いた離散的な4チャンネルFM放送を行っていた。USQ FM放送の場合、追加のT変調は 標準ステレオ差分信号に対して38kHzで直交するように配置され、Q変調は76kHzの搬送波上に配置された 。
標準的な2チャンネルSQマトリックス放送の場合、CBSは、 SQエンコード信号を示し、リスナーのロジックデコーダをアクティブにするために、通常のパイロットトーンと直交する19kHzの位置にオプションのパイロットトーンを配置することを推奨した。CBSは、さまざまな4チャンネル放送案のFCCリスニングテストにおいて、CBSパラマトリックスデコーダでデコードされた4:2:4 SQシステムが、4:3:4（ロジックなし）およびテストされた他のすべての4:2:4（ロジックあり）システムよりも優れた性能を示し、ごくわずかな差でディスクリートマスターテープの性能に近づいたため、4チャンネルFMの標準としてSQシステムを選択すべきだと主張した。同時に、ステレオとモノラルへのSQ「フォールド」は、4:4:4、4:3:4、およびその他のすべての4:2:4エンコードシステムのステレオとモノラル「フォールド」よりも好ましいとされた。
1967年、ピンク・フロイドは特注の4チャンネルスピーカーシステムを発表し、史上初のサラウンドサウンド・ロックコンサートを開催した。このイベントは「ゲームズ・フォー・メイ」と名付けられ、ロンドンのクイーン・エリザベス・ホールで開催された。[ 34 ]彼らが作った制御装置「アジマス・コーディネーター」は、2本のジョイスティックを使用していた。これは現在、ロンドンのヴィクトリア・アンド・アルバート博物館の劇場コレクション・ギャラリーに展示されている。[ 35 ]通常リチャード・ライトが操作していたこのコントローラーにより、ミュージシャンは音を任意のスピーカーに配置し、リスニングエリア内で移動させることができた。
1976年、マイク・ソーンは、同じ音楽を4面すべてに録音し、各面を異なる4チャンネルフォーマット（QS、SQ、CD-4、UD-4）で収録したアナログレコードアルバム『 Quadrafile』を制作した。
ここ数年、ライノは自社の保管庫を掘り起こし、70年代のバンドのために制作された4チャンネル・アルバム（現在はクアディオと呼ばれている）のボックスセット2つをリリースした。これらのバンドは今も人気があり、ツアーを行っている。