CD音質を凌ぐ?「ハイレゾ音源のAAC変換」を行うために(その2:Windows版foober2000アプリの場合)

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前回記事(その1)に引き続いて、ハイレゾ音源からCD音質を凌ぐAACにエンコードが可能か?Windowsのサウンド定番アプリfoober2000を使った場合の紹介です。 

結論から言いますと、foobar2000 のフォーマット変換設定によりオールインワンで簡単に「ハイレゾをダウンサンプリングしたあと、AAC変換できる」と言うメリットもあり、更に正弦波を使った歪率評価ではCD音質よりも非常に優秀な結果が得られました。

しかし、残念ながら実際のリアルサウンドのハイレゾとの差分スペクトルを見るとAAC上限周波数付近でスペクトルに暴れが生じており、この点からCD音質を凌ぐとは言い切れない結果となってしまいました。 この結果と経緯の紹介です。

 

foober2000・歪率から見たAACエンコーダの選択

注意ポイント

ここでは、foober2000へのエンコーダ・インストール方法等は省略します。(以下のブログに詳細が記載されていましたので、ご参照してください)

foober2000のエンコーダは、「foobar2000 Free Encoder Pack」をインストールします。 標準搭載されているAACエンコーダは、Neroエンコーダです。 また、Apple AACも iTunesをインストールすることでAppleAACエンコーダも利用することができます。

NeroエンコーダとApple AACエンコーダのどちらが、歪率的に優れているか?「-3db 1khz正弦波 24bit 44.1khz 」Wavファイルを使って(CBR 320kbps)でAAC変換したときの歪率(THD+N)をWaveSpectraで調べてみた結果は以下となりました。

NeroAAC 歪率

歪率(THD+N)=0.00471%

WaveSpectraでスペクトルを確認すると、1khzのサイドローブにノイズレベルの高いスプリアス状のノイズが見られる

Apple AAC 歪率

歪率(THD+N)=0.00008%

WaveSpectraでスペクトルを確認すると、1khzのサイドローブに量子化ノイズが見られるも、スプリアス状のノイズが見られない

メモ

以上から、ビット深度24bitのハイレゾファイルをAAC変換する場合は、歪率の観点からApple AACエンコーダが数段(60倍)優れていました。 CD音質を超えるためにはApple AACエンコーダを選択すべきことが判ります。(歪率の測定方法は下記参照)

+ 歪率の測定方法 > ここをクリック


  • step.1 1khz sin波のファイル生成

    WindowsソフトのWaveGeneを使って以下の様に1khzで信号レベル「-☓☓dbFS」を設定しビット深度24bit fs=44.1khz wavファイルを出力します。 (注記:下の設定画像は16bitになっていますが、24bitで設定します。

    WaveGeneの設定画面( 1khz sin -90dbFSを設定している)


  • step.2 AAC変換

    Step.1 で作成した1khz WavファイルをサウンドアプリでAACファイルに変換します。 


  • step.3 歪率の測定

    歪率を測定するために、WindowsソフトのWaveGeneの姉妹ソフトであるWaveSpectra(WS)を使用させて頂きました。

    WSは、対応フォーマットがWavのみにため、Step.2 で作成したAACファイルをWavファイルに変換させる必要があります。 今回は、Apple Degital Mastersのドロップレットツールを使ってWavに変換しました。

    測定手順ポイント

    測定手順は非常に簡単で、AACからWavに変換したファイルをWaveSpectraにドラッグ&ドロップします。 再生ボタンを押して約2秒程(-☓☓dbFSファイルの長さは5秒なので半分位経過して安定する点)のところで、pauseボタンを押しTHD+Nの値を読み取ります。 

    歪率測定窓にTHD(上段)とTHD+N(下段)が表示されます。 THD+Nとは、total harmonic distortion + Noiseの略で、全高調波歪にノイズを加えた基本波成分の比(%)です。

    (FFT条件)サイズは32768でHanning窓です。 


歪率の測定方法を閉じる

 

foober2000・リサンプラーとApple(AAC)エンコーダを組合せたAAC変換設定

以上の様に、Apple AACエンコーダの歪率が優れていることが判りました。 ここで問題は、周波数特性(F特)です。 Apple AACエンコーダで例えばサンプリング周波数がfs=192khzのハイレゾ音源をダイレクトにCBR 320kbps でAAC変換(fs=48khz)しても高域に減衰が生じます。 

+ F特の測定方法 > ここをクリック


  • step.1

    • F特を調べるために、評価用音源をWindowsの信号発生ソフト・WaveGeneで発生させます。
    • 評価用音源の仕様: (設定は下の画面参照)
      17khzを起点にして0.5khz刻みで20.5khzまでのピークレベルが均一(-20db)なsin8波を5秒間発生さます。
    • 評価用音源は、必要に応じてfs変えて 24bit Wavファイルを作成(下の設定画面は、fsを192khzに設定)

    WaveGeneの設定画面


  • step.2

    • 評価用音源をサウンドアプリでAACに変換します。

  • step.3

    AACに変換した後の評価用音源・sin 8波の波高値を測定測定するために、Windowsの高速リアルタイム スペクトラムアナライザー WaveSpectra(以下WS)ソフトを使いますので、XLDでAACに変換された上記3つの評価用音源m4aファイルをWavフォーマットに変換する必要があります。

    Wavファイルに変換するには、Apple Degital Mastersのドロップレットツールを使って変換しました。 AACのサンプルレートが48khzの場合はAudio to WAVE 48K Droplet.app44.1hzの場合は Audio to WAVE 44.1K Droplet.appにドロップにしますと自動的に同じフォルダーにWavファイルが出力されます。 詳しい変換方法は、「Apple Digital MastersのAAC音質(その1)」をご参照ください。


  • step.4

    最後に、サウンドアプリでAACに変換した時のF特グラフを作成します。

    F特グラフ化 作成ポイント

    WSでピークレベルを測定しグラフ化する手順

    1. Step.3で、AACファイル(m4a)からWavに変換したファイルをWSのWindowにドロップし再生ボタンを押すとスペクトルが描画されます。
    2. ストップボタンを押して再生を途中で停止させると、静止したスペクトルが描画されます。
    3. スペクトルのピーク部分(8箇所)にポインターのカーソルを合わせるとWS画面左のCursor枠に周波数とレベル値(db)が表示されるので、その値を読み取り-20dbからの減衰量を求めエクセル等でF特のグラフを作成します。


F特の測定方法を閉じる

この高域減衰は、以前の記事で述べた通りの結果でした。 fs=192khzのハイレゾ(24bit)をCBR 320kbps でAAC(48khz)で変換した時の高域減衰量が最も大きく、fs=44.1khzのハイレゾ(24bit)をCBR 320kbps でAAC(44.1khz)で変換すると高域減衰量がゼロでした。 このことを表したF特グラフを参考として以下に示します。

 

以上から、折角CDフォーマットより歪率が少ないAACエンコーダを選択しても、ハイレゾ音源をAAC変換すると高域が減衰してしまい、CD音質よりF特上で悪化することを示しています。

対策ポイント

この高域減衰を回避するには、AAC変換する前に、予めハイレゾ音源を、例えば48khz(又は44.1khz)にダウンサンプリングした後、AAC変換すれば、AAC変換時の高域減衰を回避できます。 但し、AACのビットレートによっては、本質的に上限周波数の制限を受けますので出来るだけビットレートは高くする必要あります。

< foober2000の優れた機能 >

  • foober2000のファイル変換設定を行えば、ダウンサンプリングできるリサンプラー(PPHS)を経由してAppleAACエンコーダを利用できます。 つまり、AAC変換したいハイレゾ音源をPlayingエリアに入れてConvert することで自動的にダウンサンプリングした後、高域減衰を回避したAAC変換ができる様になります。
  • foober2000は音源フォーマットがWavでもFlacファイルでも対応しています。
  • 特にFlacファイルですとそのタグ情報を殆ど毀損すること無しに、変換されたAACファイルに引き継がれます。

以下に「リサンプラー(PPHS)」を経由して「AppleAACエンコーダ」を利用するfoober2000の設定手順を示します。

foober2000・リサンプラーを組合せたAAC変換設定手順


  • step.1

    foober2000を起動し、PlayingエリアにAAC変換を行いたいハイレゾファイルをドロップすると、そのファイル名が表示されます。


  • step.2

    ファイル名を選択して右クリックするとドロップダウンリスト(Fig-1)が表示され、Quick convertを選び【新規作成】をクリックした後、Apple(AAC)を選択して、CBRやビットレートを設定(Fig-2)します。 Backボタンをクリックして元の画面に戻します。

    FIg−1

    Quick convertをクリックする。

    Fig-2

    新規作成からApple(AAC)を選択し、CBRとビットレートを設定して【 OK 】をクリックする。


  • step.3

    再び、Playingエリアにある、AAC変換を行いたいハイレゾファイルを選択して右クリックし、ドロップダウンリスト(Fig-1)から ... をクリックすると、Fig-3に遷移します。 出力形式をクリックして先程のApple(AAC)を選択してBackします。 次に、プロセスをクリックして、Fig-4の様にResampler(PPHS)を選択します。 更に、選択されたResampler(PPHS)の ... をクリックしてサンプリング周波数:48khzに設定します。 

    Fig-3に戻り、Convertボタンをクリックすれば、ハイレゾファイルが48khzにダウンサンプリングされた後、設定されたCBRとビットレートでApple(AAC)に変換されたファイルが、ハイレゾファイルと同じホルダーに出力されます。

    Fig-3

    Fig-4


以上の設定で、オールインワンでハイレゾ音源はResampler(PPHS)を経由してダウンサンプリング(48khz)した後、Apple(AAC)エンコーダでAAC変換される様になります。

この設定で、ビットレートを変えた時の歪率特性と周波数特性を示したのが以下になります。

 

ビットレートを変えたAACの歪率特性と周波数特性

 

ビットレートを変えた時の歪率(THD+N)特性

判ったポイント

  • どのビットレートであっても、-45db付近以下から、ハイレゾ(24bit)ラインの歪率と一致する。 (つまりCDと比較して弱音ほど歪率が桁違いに有利になる)
  • ビットレートが高い方が、歪率(THD+N)的に良好になる。
  • ビットレートが256kbps以上で全サウンドレベルで、CD(16bit)の歪率を下回る。
  • 総合して、ビットレートを256kbps以上にすればCD歪率以下に下げられ、前回評価したXLDアプリの歪率よりも良好。

 

ビットレートを変えた時の周波数特性(F特)

ポイント

F特グラフから、CBRでビットレートが192kbpsの場合は、19.4khz付近から減衰してしまいます。 よって、CD音質のF特と同等の性能を得るためには、ビットレートを256kbps以上にしてAAC変換する必要があります。 この特性は、XLDアプリと同等の結果でした。

以上の評価結果から、以下の条件でハイレゾ音源をAAC変換すれば、CD音質を凌ぐ可能性があると思われました。

  1. リサンプラー(PPHS)で48khzにダウンサンプリングすること
  2. Apple(AAC)エンコーダーで256kbps以上のCBR ビットレートにすること

ではfoober2000で、AAC変換したリアルサウンド♫を聴いてみてください

この音源は、1962年に録音された「オイストラフが弾くJ.S.バッハ: ヴァイオリン協奏曲第1番イ短調 BWV.1041」のレコードからVinylstudioでハイレゾ録音(FLAC 24bit 192khz)したものを、CD音質を超える(と思われる)条件でAAC変換したものです。 比較のために、XLDでCDフォーマットにダウングレード(16bit 44.1khz)した音源とオリジナル・ハイレゾFLAC(24bit 192khz)音源も合わせて掲載しておきました。

AAC 48khz 320kbps
FLAC(24bit 192khz) Flac Down Load
CD (16bit 44.1khz) Wav Down Load
各音源のファイルサイズと圧縮率(FLAC基準)
BWV1041第1楽章foober2K AAC
CBR 320kbps 48khz
FLAC
24bit 192khz
CD
16bit 44.1khz
File Size9.9MB145.6MB43.1MB
圧縮率7%100%30%

 

各音源(ハイレゾ、AAC、CD)のスペクトル比較

以下のスペクトルグラフはAudacityに添付のBWV.1041第1楽章の音源を取り込み、関数窓をhanning、size16384にて「先頭から54.6秒間」のスペクトルを観測しています。 スペクトルは、テキストデータとして書き出せますので、このテキストデータからNumbersでスペクトルをグラフ化しています。

尚、AAC及びCDの音源はFLAC(fs=192khz)のスペクトルの周波数軸に合わせるために、Audacityに音源を取り込み、トラックを192khzにアップサンプリングした後に周波数解析(スペクトル)を行っています。

foober2000のスペクトル

スペクトルをわかり易くするために以下にハイレゾ音源基準の差分スペクトルを示します。

判ったポイント

  • 周波数20khz付近でスペクトルに暴れが生じている
  • CDより高域再生が劣っている

( 補足:ピンクノイズ評価 )
リアルサウンドの高域成分が小さいので20khz付近でスペクトルの暴れが生じる可能性があると思われ、ピンクノイズで同様の差分スペクトルを見てみました。 (ピンクノイズは、WaveGeneでレベルを-3dbの場合と-60dbの2通りで作成)

ピンクノイズ評価の結果、foober2000によるAAC変換(アルゴリズム)は、サウンドレベルが低くなるとスペクトルに暴れが生じる傾向がある様です。 更にレベルが低くなると、不必要な高域をリジェクトして、CDより高域再生が劣っている事象に繋がるかもしれません。

ピンクノイズ -3db の場合

ピンクノイズ -60db の場合

 

比較のため同一条件で他のアプリでスペクトルを確認してみました(参考)

XLD の場合

スペクトルをわかり易くするために以下にハイレゾ音源基準の差分スペクトルを示します。

判ったポイント

  1. foober2000と違って上限周波数付近でスペクトルに暴れが生じていない
  2. CDより高域再生が優っている
  3. AACのファイルサイズ:9.8MB(foober2K:9.9MB)

 

Apple Degital Mastersの場合

備考:Apple Degital Mastersのドロップレットツールを使ってオイストラフのハイレゾ音源をAAC変換を行っています。

スペクトルをわかり易くするために以下にハイレゾ音源基準の差分スペクトルを示します。

判ったポイント

  1. 20khz付近でスペクトルに若干の暴れが生じている
  2. CDより高域再生が劣っている
  3. AACのファイルサイズ:8.4MB(foober2K:9.9MB)

 

マトメ

foober2000アプリによるAAC変換は、正弦波を使った定性的な特性では、XLD、Apple Degital Mastersの歪率特性で優っていますが、実際のリアル音源でのスペクトル比較では、残念ながらCD音質を凌駕できるとは言い難い結果でした。(若しかするとWindowsOS上の問題なのかも知れません)

現時点 当ブログの評価から、ハイレゾ音源をAAC変換後の音質に順位を付けるなら以下の通りと思われます。 尚、BWV.1041第1楽章のAACファイルサイズが最も少なかったアプリは、Apple Degital Mastersで8.4MB(foober2K:9.9MB)でした。

XLDアプリ > Apple Degital Masters > foober2000

 

 

以上、CD音質を凌ぐためにfoobar2000 を使ったAAC変換設定方法を調べて来ましたが、残念ながら今一歩の結果でした。 今回の評価方法が、ご参考になれば幸いです。

 

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