コラム 音楽メディアとファーマット・MQA Part17

　2018年8月14日、Stereophileのジョン・アトキンソン氏が「Zen & the Art of A/D Conversion」と題する記事を掲載しました。記事の冒頭に記述されているように、この記事はMQAコーデック検証シリーズの一つであり、と同時にアトキンソン氏がStereophileの中でオーディオ機器としてのDAコンバータ性能を包括的に捉え批評してきた一面でもあることが文中から伺えます。該当の記事から引用し意訳させていただきます。

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　「Stereophileの最近の特集記事のシリーズで、ジム・オースティン氏は議論になっているMQAコーデックがどのように機能するかを検討しました。「MQA Tested、Part1」「MQA Test Part 2：Fold」「MQA Contextualized」「MQA, DRM, andOther Four-Letter Words」、そして近著は「MQA: Aliasing, B-Splines,Centers of Gravity」。私はMQAに関する騒動に気づいてないStereophile読者がいるとは思えません。そして、私がその基となる概念を”エレガント”と表現するたびに、ウェブフォーラムで繰り返し批判されてきました。

　しかし私はエレガントと感じています。MQA社のボブ・スチュアート氏は以下のように述べています。MQAの目標はアナログ/デジタル(A/D)コンバータに供給されるオリジナルのアナログ信号とデジタル/アナログ(D/A)コンバータから出力されるアナログ信号の間にある、オリジナルのイベントからエンドユーザーのシステムへ信号を経路設定する以外の”配管”を取り除くことです。言い換えれば、マイクプリアンプ(純粋な録音の場合)、またはミキシングコンソール(従来の録音の場合)出力のA/D変換、伝送、保存、およびその後のD/A変換は、空気中の数フィートの信号経路に相当する超音波ロールオフを除いてトランスペアレントになります。

　もちろん、アナログからデジタルへの変換時に選択したサンプリングレートとビット深度の制限があります。この記事では、その変換が行われたときの動作とMQAとの関係を調べます。」



　D/A変換

　「A/Dコンバータは、オリジナルのアナログ信号をサンプリングしエンコード、通常の数字の文字列からなるデータストリームを生成します。各数字は前の1/S秒後の時間間隔(Sはサンプリング周波数)における信号の振幅を表します。信号を再構成するために、このデータのストリームは、1/S秒毎にパルスを出力するD/Aコンバータに供給され、パルスの高さはアナログ信号のオリジナルの形状をほぼマッピングします。(実際のDACではサンプル・ホールド回路を使用し各パルスをDC電圧ステップに変換しますが、これは重要な点ではありません)。

　クロード・シャノン氏の古典的な1949年の論文(脚注1)の概略では、理論的に完全な波形保存のために、サンプリングされる信号の帯域幅は、アンチ・エイリアシングフィルタと呼ばれるものでA/Dコンバータのサンプリングレートの半分に制限する必要があります。しかし、サンプルされたデータのスペクトルは期待通り(図1)のサンプリングレートの半分にはなりません。；無限に高い周波数まで広がり、帯域制限されたオーディオ信号のスペクトルは、サンプリングレート側かそのハーモニクス(倍音・高調波)側のいずれかに鏡像として反映されます(図2)。デジタルデータを用いてアナログ信号を再生する場合、これらの高調波”イメージ”を除去する必要があります。これはD/Aコンバータの再構成フィルタにより実行され、そのように呼ばれる理由は、高調波イメージの除去はもちろん、オリジナルの帯域制限されたアナログ信号はサンプリング・ポイントだけでなくそれらのポイントの間も再構成するからです。」

図1 オリジナルの音楽信号のオーディオ帯域スペクトル

 図2 サンプリングされてデジタルに変換された後の同じ音楽信号のスペクトル

　「1986年にStereophileに私が最初に書いた記事の一つの中で、D/Aコンバータの再構成フィルタのインパルス応答がこのプロセスにおいてどのように基礎的であるかを説明しました。engineerspeakでは、デジタルフィルタはフィルタのインパルス応答でデジタルオーディオデータを畳み込みます。デジタルフィルタは乗算器あるいは”タップ”の直列配置から成り、それぞれが単一のサンプル遅延によって時間的に分離されており、DACへ供給されるフィルタ処理された出力データを生成するために各乗算器出力に供給される加算器を備えます。先ずデータ語が第1の乗算器に供給されると、それは乗算器に記憶された係数で乗算され、次のデータ語が第1の乗算器に供給されるとき第2の乗算器に供給されます。そしてデータが最終の乗算器を出るまでに、各サンプリング時点での乗算器出力の合計は、帯域幅は制限されてはいますが、フィルタ処理された波形を正確に再現します。

　この一連のフィルタ係数を時間に対してプロットすると、私たちがデジタルプロセッサのレビューで公開しているお馴染みのフィルタインパルス応答が得られます(図3)。このグラフに示されている種類のフィルタは、通過帯域よりも非常に急峻なロールオフを提供するもので、デジタルオーディオ製品の間に普及しています。このフィルタの時間領域応答の実際の形状は(sin x)/xまたはsinc関数曲線と呼ばれています。”リンギング”はナイキスト周波数と称されるサンプリング周波数のちょうど半分で起こり、マイナス無限大からプラス無限大へ時間が伸び(理論上は)、中央のピークの両側でとてもゆっくりと減衰します。このフィルタは本質的に線形位相であり、位相歪みがないことを意味します。；しかし周波数領域でデータを制約するほど時間領域でデータの制約が少なくなり、sinc関数フィルタは動作の極端でトランジェントのエネルギーを汚します。」

図3 従来のD/Aコンバータ、線形位相インパルス応答
(one sample at 0dBFS、44.1kHz sampling, 4ms time windows)

　「自然界の音では、エコーはいつも音の後にありますー決して前に発生しません。このプリエコーは故に不自然です。；そして連続波形が正確に再構成される一方で、プリエコーは音楽のトランジェント(後述)などの不連続波形による劣化として聞こえる可能性があります。」



　A/D変換

　「しかしアナログ信号がデジタルデータストリームに変換されるプロセスのもう一方の端どうでしょうか？すべての現代のA/Dコンバータはシグマデルタ方式であり、極めて高いサンプリングレートで制限されたビット深度で制御するコンバータです。デジタルデシメーション(間引き)フィルタは一般的なレートへサンプルされた従来のマルチビットPCMデータストリームの作成に用いられます：44.1kHzおよびその倍数、48kHzおよびその倍数。このフィルタはデータストリーム上でそれ自体のインパルス応答に重なります。タイムスミア(ボブ・スチュアート氏が時間的なぼけと呼ぶもの)が頭に浮かぶときです。

　D/Aコンバータの再構成フィルタのインパルスに対する応答を調べるために、私は16bit/44.1kHzの”デジタルブラック”あるいは無音から成るテスト信号を作成し用い、そしてこのサンプリングレートで出来る限り最も短いパルスを生成するためにフルスケールで1つのサンプルを挿入しました。この信号はDACが音楽データで出くわすものではありませんが、この単一サンプルに対するDACの応答は、その再構成フィルタの係数を”マッピング”します。A/Dコンバータのアンチ・エイリアシングフィルタの特徴を明らかにするために、当初、同様の短いアナログパルスを生成するために信号発生器の使用を考えました。1980年代後半、私はこの目的のために調整可能なパルス幅を持つ単安定マ​​ルチバイブレータ回路を構築しました。しかし、そのアナログパルスは実際にアンチ・エイリアスフィルタのインパルス応答を明らかにしますが、A/Dコンバータは現実にはこのような信号に直面することはありません。したがって、テストでは音楽に近接したアナログのテスト信号を使用する方が適切だと感じました。


　BIASピーク・プログラム(もはや入手不可能)に付属のペンシルツールを使用し、私は384kHzでサンプリングされたいくつかの任意のインパルス応答の波形を描きました。これらは単純な正方形パルスから様々な形状・長さのパルス、同様に2018年1月号のp.139に示されたMQAテスト信号波形に類似した非対称の三角波インパルスの範囲でした。私の目標は、ADCでオーディオ帯域上で緩やかにロ​​ールオフし、60kHz以上の重要なエネルギーがない信号を提示することでした。(ボブ・スチュアート氏らの研究によれば、60kHzはおおよそ音楽情報の上限であることが示されています)。図4は私が生成したインパルスの波形を示しており-3dBでピークに達しています。ですからコンバータのオーバーロードの危険はなく、図5はそのスペクトルを示しています。このグラフの右側の縦の緑色線は60kHzに位置し、60kHzを超える信号のコンテンツがオーディオ帯域のレベルから少なくとも20dB下がります。スペクトルはピンクではなくホワイトですが、これは測定には影響しません。」

図4 384kHzでサンプリングされたデジタル領域のインパルス応答テスト波形

図5 インパルス応答テスト波形のスペクトル(10dB/vertical div）

　「このデジタル信号に相当するアナログを作成するために、MacBook ProのPure Music 3.0アプリを使用し、インパルスデータをUSB経由でMytek Brooklyn DACに送信しました。信号のサンプリングレートは384kHz、48kHzと96kHzのサンプリングレートでA/Dコンバータをテストしようとしていた為、Brooklynの192kHzの再構成フィルタのリンギングはナイキスト周波数より1または2オクターブ上回り、結果に影響を与えません。

　私はこのアナログパルスに対するA/Dコンバータの反応をデジタル領域で調べる必要がありました。したがって音楽制作やスピーカーテストを行うときのMetric Halo MIO2882 FireWireインターフェイスを使用しました。MIO2882にはアナログとデジタル入力がありデジタル出力データをMac miniに記録しました。

　Metric Haloと同様に、私はもう2つのADCを手にしました：2012年11月にレビューしたAyre Acoustics QA-9 (脚注2)と、ハイレゾ録音を行うために20年近く前に購入した2台のdCS 904のうち新しい方です。AyreおよびdCSコンバータのデジタル出力をMIO2882のAES/EBUデジタル入力に供給し記録、MIO2882をテストするためにMytek Brooklynのアナログ出力をMIO2882のアナログ入力に供給しました。

　96kHzでのADCの動作のみを示しています。(48kHzの動作は同一で、低いサンプリングレートの効果を認めました) AKMコンバータチップを使用しているMIO2882をまず見ると、デジタル領域で検査したインパルス応答(図6)は、アンチ・エイリアシングフィルタが線形位相のsinc関数タイプであり、48kHzでプリ・リンギングとポスト・リンギングの両方が見えます。図7では垂直軸のスケールを±6％に拡大し詳細を示しました。図8も拡大した垂直スケールですが、シャープロールオフ・F1フィルタが選択されたdCS904のインパルス応答を示しています。このADCもまたプリ・リンギングとポスト・リンギングを持つ線形位相のアンチ・エイリアスフィルタです。dCSのスローロールオフ・F4フィルタ(図9)に切り替えると、リンギングの量が大幅に減少しています。これはまだ1サイクルのプリ・リンギングとポスト・リンギングがある線形位相フィルタです。」

図6 Metric Halo MIO2882
デジタル領域のインンパルス応答(96kHz sample rate)

図7 Metric Halo MIO2882
デジタル領域のインパルス応答(96kHz sample rate) 垂直スケールを拡大

図8 dCS 904, F1フィルタ
デジタル領域のインパルス応答(96kHz sample rate), 垂直スケールを拡大

図9 dCS 904, F4フィルタ
デジタル領域のインパルス応答(96kHz sample rate) 垂直スケールを拡大

　「対照的に、Ayre QA-9のMeasureフィルタ(図10)はプリ・リンギングのない最小位相タイプです(脚注3)。ポスト・リンギングがほとんど見られない”ショート”でもあります。しかし驚くべきことにListenフィルタを選択したAyre(図11)は、プリ・リンギングまたはポスト・リンギングが見えず、サンプリングレートにおける4xの縮小以外はオリジナルのインパルスの形状が保持されています。」(*2)

図10 Ayre Acoustics QA-9, Measureフィルタ
デジタル領域インパルス応答 (96kHz sample rate)

図11 Ayre Acoustics QA-9, Listenフィルタ
デジタル領域インパルス応答 (96kHz sample rate)

脚注1: Proceedings of the IRE, January 1949, Vol.37 No.1, pp.10–21. Reprinted in Proceedings of the IEEE, February 1998, Vol.86 No.2, pp.447– 45. See https://web.archive.org/web/20100208112344/http://www.stanford.edu/class/ee10
脚注2: QA-9は生産完了しましたが、Ayreは2018年初めに限定生産しました。
脚注3: チャーリー・ハンセン氏とボブ・スチュアート氏はほとんどのオーディオに関し意見が合いませんでしたが、線形位相への抵抗感は共有していました。




　Page2

 　「私は驚くべきではありません。2012年、QA-9の設計についてチャーリー・ハンセン氏(悲しいことに2017年11月に逝去)にインタビューしたとき、彼は次のように説明しました。”PCMにおいてデルタシグマDAC出力を得るために通常のローパス・FIR・フィルターを使用する代わりに移動平均フィルタを使用します。これはトランジェント応答の改善だけでなく、実際にも完全なトランジェント応答を実現します...プリ・リンギングもポスト・リンギングも、とにかくリンギングがありません。”」


　サンプリングレート変換

　「これらの結果から、F4スローロールオフ・フィルタのdCS 904とListenモードのAyre QA-9を除いて、A/D変換中にブリックウォール・フィルタ処理された後の信号は大幅にオリジナルから変更されています。ナイキスト周波数にあるコンバータのリンギングによって、トランジェントはイベント前後の両方で汚されています。オリジナルのアナログ信号から44.1kHzでサンプリングし作成されたCDでは、このリンギングは22.05kHzにあり、後述いたしますが、DACの再構成フィルタでは取り除かれません。しかし44.1kHz以上のサンプリングレートでデジタルマスター録音を行うことが益々一般的になっています。CDマスターはサンプルレートコンバータを用いて準備され、そのナイキスト周波数にあるA/Dコンバータのリンギングは、CDの通過帯域よりも1オクターブ以上高くなります。そこで、たとえばマスターが96kHzでサンプリングされている場合、ADCのタイムスミアは除去されませんか？

　この質問に答えるために、私はAyre QA-9のListenモードで捉えた96kHzの波形をBIAS Peakの最高品質のサンプリングレートコンバータを使用し44.1kHzへダウンサンプリングしました。その結果は図12です。オリジナルのデジタルデータは完全な時間領域の動作をしているにも関わらず、サンプリングレートコンバータのローパス・デジタルフィルタは22.05kHzの新しいナイキスト周波数で、線形位相・sinc関数・因果関係のないリンギングをもたらしました。再び、この時間的なぼけはDACにより再構成された信号の一部になりました(脚注4)。」

図12 Ayre Acoustics QA-9で捕捉されたデジタルドメイン・インパルス応答
96kHz Listenフィルタ、44.1kHzにダウンサンプリング

　「Ayre QA-9で96kHzにサンプリングされた波形を44.1kHzにダウンサンプリングしたものを、ショート・MQA再構成フィルタに設定したMytek Brooklynに送り、そのアナログ出力を図13に見ることができます。(MQAフィルタを使用しました。インパルス応答のリンギングは最小で、結果を混乱させません。脚注5）22.05kHzでのレート変換フィルタのプリ・リンギングとポスト・リンギングは、MQAフィルタの最小位相インパルス応答に影響を受けていますが(図14)、除去されてはいません。しかし、MQAフィルタのスローロールオフは22.05kHzでコンテンツを大幅に減衰しないと言ってもいいでしょう。したがって、私はBrooklynのFR(ファーストロールオフ)フィルタを使いテストを繰り返しました。これは22.05kHzでデータのリンギングを減衰するでしょう、が図15からわかるように、それはそれと因果関係のないリンギングに置き換わっているようです。(デジタルデータは既に44.1kHzのサンプリングレートの半分に帯域制限されていますから、したがって”正当な”信号であることに留意して下さい。) この結果の意味するところは、つまり音楽のトランジェントでは、たとえばデータに無音が存在する場合、連続的な波形は過渡後には正確に再構成されますが、過渡前では再構築された信号にはsinc関数のプリエコーが存在します。」

図13 図12の44.1kHzのインパルス応答
MQAアップサンプリングフィルタを使用してMytek Brooklynでアナログに変換

図14 Mytek Brooklyn
MQAアップサンプリングフィルタ, 44.1kHzでのインパルス応答

図15 図12の44.1kHzでのインパルス応答
FR再構成フィルタを使用してMytek Brooklynでアナログに変換

　「そして多くのリスナーがトランジェントサウンドの改善があると報告しています。たとえば私がかつて記述した、ポートランド州立室内合唱団によるエリック・ウィテカーのWater Night、非常に静かな曲、合唱録音のオリジナルWAVファイルでは、MQAバージョンが人間にはより実空間の音のように聞こえました。」



　これが意味すること

　「稀な例外を除いて、サンプリングレートのナイキスト周波数でのリンギングはA/Dコンバータで偏在します。しかし、なぜこれがなぜ問題なのかを理解することは難しいことです。CDデータの22.05kHzトーンが聞こえるリスナーはわずかにいますが、96kHzでサンプリングされたデータの48kHzトーン、192kHzのデータの96kHzトーンは聞こえません。 

　2006年1月、キース・ハワード氏はデジタルフィルタに示される”エネルギーの汚れ”を調査し、以下のように記述されています。”アンチ・エイリアスフィルタと再構成フィルタの時間領域性能はCDの残された欠点の原因になっています。”しかし、彼はその記事で説明されているリスニングテストでは、エネルギーの汚れは”意外なほど消極的に現れるようだ”と示しました。；極端なケースではありますが、インパルスの前に発生したすべてのリンギングのフィルタは、このエネルギーの汚れがリスニングテストで常に聞こえることが判明しました。 

　それでも私は耳/脳が波面到達の検出器として機能し、因果関係のないデジタルフィルタのプリ・リンギングが混乱を引き起こすことを理解しています。：リンギングの最初の開始と最大エネルギーピークの到達は、一つではなく個別の二つのイベントとして不正確に判断されると、2018年6月にジム・オースティン氏のインタビューでボブ・スチュアート氏は暗示していました。

　これはリスナーがより高いサンプリングレートで録音したサウンドを好む理由の1つになります(脚注6)。96kHzのデータでは、sinc関数エンベロープの開始と最大エネルギーピークの間の時間遅延はCDデータの半分以下になり、192kHzのデータではその持続時間の1/4未満になります。サンプリングレートが2倍になる毎に時間遅延、ひいては混乱が半分になります。
しかし、この混乱を取り除くために何ができるのですか？

　大部分において、時間領域の精度を維持しプリエコーから解放された再構成フィルタを備えたD/Aコンバータを設計することは”解決された”問題です。コンパクトディスクの発売以来、DAC設計者はトランジェント情報をより維持する再構成フィルタを開発しました。初期の2つの例は1980年代末のWadia DigiMasterフィルタとPioneer Legato Linearフィルタでした。そして、多くの最新のD/Aプロセッサは、このようなスローロールオフな "穏やかな"再構成フィルターと時間領域を犠牲にして周波数領域での信号を強制するフィルタのどちらかを提供します。たとえば、MQAの再構成フィルタはトランジェントのタイミングを維持するためのスローロールオフタイプです。

　時間領域の性能を維持するために提供されるこれらの”穏やかな”フィルタのトレードオフは、トップオーディオオクターブにおけるわずかなロールオフであり、オーディオ帯域にイメージエネルギーが漏れる可能性が高くなります。2004年にチャーリー・ハンセン氏がAudio Asylumウェブフォーラムに投稿したように”穏やかなフィルタは...高周波数のロールオフと帯域外エネルギーとの間のトレードオフになります。ほとんどのメーカーは、ある程度の高周波数でのロールオフとある程度の帯域外エネルギーで妥協を選択します。...ほとんどの音楽はナイキスト周波数近くにエネルギーをほぼ持っていません...帯域外エネルギーに関する理論上の問題は、おそらくMCカートリッジで再生したときにLPで検出される帯域外エネルギーほど悪くはありません。”

　しかし、D/Aプロセッサに再構成フィルタがまったくない場合はどうでしょうか？その名の通りノン・オーバーサンプリング(NOS)DACでは、どんな新しいナイキスト周波数のリンギングもありません。そしてリスナーの一部がデジタルフィルタを備えたそれらDACを好む理由であるかもしれません。しかしそのようなDACではオーディオ帯域スペクトルの高調波イメージが総勢でそこにあり、CDデータよりも高いサンプリングレートのデータでは問題は少なくなります。これは2004年のハンセン氏の投稿で指摘しています。しかし、この高レベルの高調波エネルギーが存在すると、プリアンプやアンプにおいてスルーレートの制限、ひいては歪みが発生する可能性があります。またNOS DACはレコーディングにおけるA/Dコンバータのナイキスト・リンギングを忠実に再現します。

　2017年11月末に亡くなる前に、チャーリー・ハンセン氏と私はデジタルフィルタについて長い電子メール交換をしていました。彼は彼と彼のチームがA/DとD/A変換の両方のために開発した実験的・補完的なスローロールオフ・フィルタの動作を示すいくつかの測定値を送ってくれました。目標はA/D変換(Ayre QA-9のListenフィルタなど)において、とても”短い”アンチ・エイリアスフィルタを使うことで、時間領域のデジタルチェーンの動作を最適化することでした。同様にデジタルデータをデコード(符号化)するとき”短い”再構成フィルタを使用することでした。彼は以下のように記述しています。”2x、4xレートのフィルターは基本的にQA-9の2x、4xレートフィルターの逆です。” 測定値は説得力がありました。AyreのListenフィルタでエンコードされたアナログ信号は、実験的・補完的なフィルタでデコードされ、完璧な時間領域の性能で再現されました。周波数領域でのトレードオフは、トップオーディオオクターブのロールオフであり、96kHzのサンプリングレートの20kHzで-4dB、空気中の6mと等価です。

　チャーリー・ハンセン氏はMQAの声高な批判家でした。しかし私が先述した記事で書いた節のMQAの開発者の目標と彼らのそれを比較すると、本質的には同じです！Ayre QA-9のListenフィルターで96kHzでエンコードされたインパルスと、Mytek BrooklynのアップサンプリングMQAフィルタでデコードされたインパルスは、時間領域の動作を維持し再現しています(図16)。言い換えれば、アナログ・オリジナルからアナログの再作成まで時間的なぼけはありません。」

図16 Ayre Acoustics QA-9によって捕捉されたインパルス応答
96kHzでListenフィルターを使用
MQA再構成フィルターを使用しMytek Brooklynでアナログ変換

　「QA-9のListenフィルターは特殊なケースです。しかし、従来のA/Dコンバータのアンチエイリアスおよびデシメーション・フィルタによってもたらされたナイキスト周波数リンギングを除去したMQAと、もしMQAの”時間的なぼけ”の除去が同等であるならば、結果的にはMQAでエンコードされたすべての録音物がAyre QA-9を含めて作られていたようなものです。- チャーリー・ハンセン氏への予期せぬ敬意に相応しい。」



脚注4：例外は、ピーター・クレイヴン氏によって開発されMeridan DACで使用されているアップサンプリング "アポダイズ"再構成フィルタであり、CDのナイキスト周波数でヌルを有します。
脚注5：Mytek BrooklynがアップサンプリングMQAフィルタを通常のPCMデータで使用するように設定することは可能ですが、エンコーダによって制御されるMQA再構成フィルターのセットと同じではありません。これらのMQAフィルタは、MQAエンコードにより使用されるアンチ・エイリアシングフィルタのセットと補完的です。
脚注6：Joshua D. Reiss, A Meta-Analysis of High Resolution Audio Perceptual Evaluation.  JAES, 2016年6月, Vol.64 No.6, pp.364-379.




　ボブ・スチュアート氏からのコメント

　「これは興味深い記事です。明確にする機会を与えてくれたジョン・アトキンソン氏に感謝致します。この記事では、A/DおよびD/Aカスケードの測定値を示します。ただし、これらはMQAの測定値ではありません。以下の図で明らかになるかもしれません。

図17 MQAデコーダ・ダイアグラム

　ダイアグラムは、対になったD/Aコンバータへ接続された典型的なMQAデコーダ(点線のボックス)の構造を示しています。2つの信号経路があります。

　上側の経路において、入力にMQAストリームが検出されたとき、MQAデコードへ進み、先ず”MQAコア”信号(一般的には2x、つまり88.2または96kHz)に展開され、次にMQAレンダラーへ進みます。とくにレンダラーにはMQAスタジオエンコーダにより直接制御され、プラットフォーム毎にカスタマイズされた再構成フィルタリングが含まれています。これによりレンダラー + DAC +アナログ出力フィルタリングの畳み込みによって正しい認証済みの音声がもたらされます。レンダラーの制御では、デルタシグマDAC自体のアップサンプリングフィルタの一部または全部をバイパスするために、オリジナルのサンプリングレートまたはより高いレート(最大16倍)で出力するよう製品デザイナーは設定することができます。(脚注1)

　信号がMQAでない場合、ぼけが低いレベルで、最小位相の、高性能のアップサンプリング・アレイを提供し、1x-16xの間の信号をDACにシームレスに渡すことができます(図の下側の経路)。このアップサンプリング・デザインはとても慎重な設計と豊富なリスニング・テストに基づいており、非常に高品質の結果をもたらし多くのメーカーに好まれています。ほとんどの実装では、上記のアーキテクチャを使用していますが、一部メーカでは特殊な経路や製品思想を維持するため、PCM用にDACへの別の経路を使用しています。

　なぜデコーダはこのように構築されているのでしょうか？本質的にこのアーキテクチャはユーザー・エクスペリエンスを向上させます。多くのDACはサンプリングレートを瞬時に切り替えることができません。MQAはデコーダが”折り紙”を展開するに従い物理的なサンプリングレートが増加する点でユニークです。もし入力ストリームがPCMとMQAを混ぜたプレイリストを含む場合、あるいはリスナーが曲中をスキップしたりストリーム間でクロスフェードしたりすると、MQAデコーダは一時停止、ギャップ、グリッチ(音飛びなど)、クリックなどをスムーズに伝達・防止し、ストリームが認証されないときはいつでもシームレスにアップサンプラー・チェーンに切り替えます。 

　すなわち、入力信号がMQAかPCMかに応じて2つの異なる経路があります(脚注2)。

　MQA自体はBスプラインに基づいた階層的なシステムに基づいていますが、フラットな周波数応答を保証し、エイリアシングを最小化する拡張性を備えています。エンコーダとデコーダの応答は補完的であり、互いにマッチしています。；其々またはカスケードの特性は、ソースコンテンツに応じて調整され、デコーダの有無に関わらずさらにリスナーへ最適化されます。

　スプラインに根ざしていますが、MQAの最終的なエンド・ツー・エンド(アナログからアナログ)の応答は、たとえば音が空気中を漂うように自然界の離散に基づきモデル化しています。MQAはまた、自然との因果関係や自然の音や楽器の音のエネルギー分布を活用しています。私たちが楽しむ音楽は、長方形の振幅/周波数チャンネルを完全に占有することはなく、これはサンプリング・プロセスを改善する方法の1つです。しかし、このシステムが音源に応答しているという事実は”MQAフィルタ”のようなものがないことを意味し、エンコーダはエンド・ツー・エンドの結果を最適化する広い自由度を持っています。

　ジョン・アトキンソン氏の実験では、Broklynに供給された信号はPCMでありMQAではなかったため、MQA再構成(レンダリングを含む)フィルタは決して関与しませんでした。そこで彼のグラフからわかることは、テスト信号の畳み込みと、最小位相、44.1kHzから352.8kHzあるいは96kHzから384kHzへの密な時間領域の制約のアップサンプリング、リプルレス応答、20kHzでドロープが50bB以下であることです。PCMの品質を最大化するためにMQAデコーダは努力を払っています。(*3)

　故に、テスト信号が最小位相パルスであるとき、応答がフラットの有り(dCSの場合)無しなし(Ayreの場合)で、MQAデコーダ経路がDACに非常にきちんとした結果をもたらすことは驚くことではありません。- Bob Stuart, MQA Ltd. 」


脚注1：一般的にDAC内部のアップサンプリングを最小限に抑えることが有益であることがわかります。この図(Brooklynでも)では、DACは常に8x(つまり352.8又は384kHz)で供給されます。
脚注2：これはBrooklynにおいてMQAが有効になっている場合にも当てはまります。BrooklynはMQAデコーダを無効にすることができます。この場合、PCM経路はESS DACチップのネイティブ・アップサンプリングを使用します。

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　Page1ではMQAの概念をエレガントと述べた上で、MQAがゴールとしているアナログ/デジタル変換とデジタル/アナログ変換のパスがトランスペアレントであることの”変換”に焦点を当て、それら変換が行われたときの動作とMQAとの関係を調査すると記事の主旨を述べています。続けて、AD/DA変換の基礎的な概要説明の中でDA時の再構成フィルタ、AD時のデシメーションフィルタ、アンチ・エイリアスフィルタ等についての詳細解説に入ります。

　先ずD/Aコンバータの再構成フィルタのインパルス応答について、MQAのボブ・スチュアート氏らの研究に沿うものとして、ADコンバータのオーディオ帯域上で緩やかにロ​​ールオフし、60kHz以上の重要なエネルギーがない信号を提示するために、384kHzでサンプリングされたテスト信号のデジタル領域でのインパルス応答波形(図4)と周波数スペクトル(図5)を示しています。

　次に、今日多くのAD/DAコンバータで普及しているデルタシグマ方式と線形位相(リニアフェーズ)フィルタ、その動作とMQA(とAyre Acoustic)で採用されている最小位相(ミニマムフェーズ)フィルタとの比較テストをデジタル・アナログ領域の両面から行い、それらの違いをインパルス応答という形で視覚化しています。最小位相フィルタは線形位相フィルタでCDの時代から課題となっている自然界には存在しないプリ・エコーが無く、プリ&ポストリンギングが抑制されるという主旨です。

 　Page2ではハイレゾデータをCDスペックのサンプリングレートへ変換後の各種AD/DAコンバータでのインパルス応答のデータを提示し、これらはPage1にある線形位相フィルタと最小位相フィルタの違いでもありますが、あるいはリンギングのないNOS DACの性能にも言及しつつ、トランジェントのタイミングを維持し、オリジナルのアナログから再作成されるアナログまでのAD/DA過程で時間領域の動作を維持するのは最小位相フィルタであるとしています。

　そして最後には、従来のA/Dコンバータのアンチエイリアスおよびデシメーション・フィルタによってもたらされたナイキスト周波数リンギングを除去したMQAと、MQAの”時間的なぼけ”の除去が同等であるならば、結果的にはMQAでエンコードされたすべての録音物がAyre QA-9を含めて作られていたようなもので、つまりはMQAの手段がMQAに懐疑的だった故チャーリー・ハンセン氏の主張と重なると論じています。

　Page3ではMQAのボブ・スチュアート氏のコメントとして、MQAデコーダのダイアログが掲載されています。MQAデコーダは入力からMQAを検出すれば認証・コア・レンダラー・DACと経路を進みますが、デルタシグマDAC内部のアップサンプリングフィルタをバイパスし、PCMの場合は従来のDACのアップサンプリングチェーンにシームレスにスイッチするとし、後段のアーキテクチャーはユーザー・エクスペリエンスの向上のためと記述されています。

　さらに前段に重なる部分ですが、エンコーダとデコーダの応答は補完的で互いにマッチしており、デコーダの有無に関わらず、それらパスの特性はソースコンテンツに応じて調整されリスナーへ最適化される。このシステムが音源に応答しているという事実は”MQAフィルタ”のようなものがないことを意味し、エンコーダはエンド・ツー・エンドの結果を最適化する広い自由度を持っているとしています。

　今回は技術的でありながら、MQAの要点が各所に見られる興味深い内容です。広範なDAコンバータ論に通じるアトキンソン氏の検証テストはもちろん、MQAデコーダ内部構造図は今まで表立って出てこなかった情報であり、その解説も含めて有益な内容と受け止めています。また"MQAフィルタ”というフレーズは日頃一般化して用いていますが、その存在を否定している点も注目で、エンコーダが静的ではなく動的に機能していることを暗示させる内容です。

　先日計らずも、拙稿”Mytek Brooklyn DAC+ レビュー”のエピソードとしてご紹介した、”[D/A側]は再構成フィルタとも称しますが、サンプリング[A/D側]とセット[一対]になるという考え方がどうやらMQAの時間軸精度向上のロジックにあるようです”という一節の内容が、まさにこの記事で網羅的に解説がなされており、両方の投稿をご覧頂いた読者のみなさんにはリンクした内容であることがおわかり頂けたかもしれません。

　全体を通して読めば、従来のAD・DAコンバータによるAD/DAプロセスからMQAがなぜ、どにように変えようとしているのか、あるいは変えたいのかが少しわかるのではないかと考えています。さらに理解を深める一助となれば幸いです。

　最後に、今回も記事引用の機会を頂きましたStereophileのジョン・アトキンソン氏へ感謝申し上げます。


　注釈
　(*1) 図2に示されるミラーイメージ(鏡像)はエイリアシングと呼ばれるもので、そのエイリアシングを除去するフィルタをアンチ・エイリアシングフィルタと称します。
　(*2) サンプリングレートにおける4xの縮小とは、384kHzの1/4つまり44.1kHzということです。
　)*3) 20kHzでドロープが50bB以下を示す図は記事には掲示していないそうです。

＊「」の引用文は英文を意訳したものです。正確性が必要ならば各本文をご参照下さい。
＊斜体は強調文で原文通りに記述しています。
＊図1-17 画像出典：Stereophile "Zen & the Art of A/D Conversion"




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