ハイレゾ音源をエンコードするならMP３かAACか

2020年3月15日

前回ブログで紹介しました様に、VinylStudioに、MP３エンコーダを導入しましたので、ハイレコ（ハイレゾ）音源をエンコードするなら非可逆圧縮形式のMP3 かAACのどちらが良いか相関係数から音質比較してみました。

　ー目次ー　

1 MP3及びAACについて
2 エンコードするハイレコ（ハイレゾ）音源について
3 エンコード後のMP3とAACの各諸元
4 周波数分析と相関係数による解析・評価
5 相関係数のグラフと評価
6 まとめ

MP3及びAACについて

ネットでは、非可逆圧縮形式エンコーダの音質として、MP3が良いかAAC良いかについて色々紹介されいまが、その中の、「ＭＰ３ｖｓＡＡＣ　音質比較！」（URL：http://kobo-aok.jp/is3/mp3vsaac.htm）のビットレートと上限周波数（ハイカット周波数）のデータを引用させて頂き、グラフ化してみました。

概念的には、ビットレートが大きくなると上限周波数が高くなり高音質になります。　一方ファイルサイズは、ビットレートに伴って大きくなります。このグラフから見ますと、160kbpsがMP3とAACの音質の境目になっていて、160kbps以上ならMP3、160kbps以下ならAACの方が上限周波数が高くなるので、音質的に優位になることを示しています。

エンコードするハイレコ（ハイレゾ）音源について

LONDONレーベルの1966年録音、バーンスタイン指揮ウィーンフィルでバーンスタイン本人がピアノを弾いているモーツァルトピアノ協奏曲第15番変ロ長調 K.450　第２楽章です。

バーンスタインのピアノの演奏は、ピアニストと見紛うほど秀逸で、特に第2楽章は、素晴らしいと思います。

このレコードの録音は、VinylStudioのFLACでサンプリング周波数96khz、ビット深度24bitで録音しました。

ハイレコ音源のDL	エンコードした圧縮音源を直接試聴
第２楽章のハイレゾ音源のDLは、このボタンをクリック (FLAC 96Khz 24bit:142 MiB, 7分 36秒)	MP3 320kbps (IFRAME 機能を有効にして下さい)

エンコード後のMP3とAACの各諸元

AAC、MP3へのエンコードは、VinylStudioで行いました。　AAC、MP3のファイルを、MediaInfoと言うソフトで以下の諸元を抽出しました。　

注意ポイント

+ クリックして下さい

ここで注意して頂きたいのは、AAC諸元の中でVBRモードになっています。　今回のVinylStudioによるAACへのエンコードは、CBRで設定していますが、ビットレートがABR的に変動するようでMediainfoでみるとVBRモードになっています。　一方mp3エンコードのCBR設定では固定ビットレートが維持されMediainfoでみてもCBRになっています。

詳しくは

: CBRモードでAACにエンコードしたファイルをMediainfoで確認するとVBRモードになる？
ことの発端は、VinylStudioを使ってAACでCBR設定したつもりでエンコードしたファイルをMediainfoで情報をみると何と言うことかVBRモードになっていました。　一方MP3のCBR設定で ...

またVinylStudioでAACにエンコードしようとすると、「16ビット,48khzで保存される」旨の注意ダイアログが表示されます。　AACエンコードの場合、ビット深度24bitが16bitに変換後にエンコードされるようです。（一方MP3では、注意ダイアログは表示されません）

ビット深度について、以下の記事をご参照ください。（2020/2/20追記）

参照

: サウンドアプリに搭載されているMP3（AAC）エンコーダのビット深度を調べてみました。
折角のハイレゾ（24bit）音源をMP3やAACにエンコードする時、出来るだけビット深度を維持したまま変換したい訳ですが、foober2000を除いてビット深度の設定が出来ず、サウンドアプリによっては ...

諸元	ハイレコ音源オリジナル	ｍｐ３		ＡＡＣ
ビットレート	2 609 Kbps	128 Kbps	320 Kbps	128 Kbps (max196kbps)	320 Kbps (max 414Kbps)
ストリームサイズ	142 MiB (100%)	6.97 MiB (99%)	17.4 MiB (100%)	7.06 MiB (98%)	17.4 MiB (99%)
圧縮率 (オリジナル音源比)	100%	4.9%	12.3%	5.0%	12.3%
サンプルレート	96.0 KHz	48.0 KHz	48.0 KHz	48.0 KHz	48.0 KHz
ビットレートモード	VBR モード	CBR モード	CBR モード	VBR モード	VBR モード
フォーマット	FLAC	MPEG Audio	MPEG Audio	AAC	AAC
BitDepth/String	24 ビット
ながさ	7分 36秒	7分 36秒	7分 37秒	7分 36秒	7分 36秒
コーデック ID				mp4a-40-2	mp4a-40-3

モーツァルト・ピアノ協奏曲第15番変ロ長調 K.450　第２楽章

AAC（128kbps）を聴く	AAC（320kbps）を聴く

MP3（128kbps）を聴く	MP3（320kbps）を聴く

周波数分析と相関係数による解析・評価

「モーツァルト・ピアノ協奏曲第15番変ロ長調 K.450　第２楽章」のオリジナル音源（FLAC 96khz,24bit）に対して、ビットレート128kbpsと320kbpsで夫々のMP3、AACファイルを周波数分析し周波数帯域毎（1khz間隔）の相関係数で評価しました。

❏ 周波数分析（Audacityによる）の条件

関数窓：hanning　大きさ：65535ポイント
解析対象パート：楽曲先頭の109.2秒間
エンコードしたファイルは、ハイレゾファイルのサンプリング周波数と合わせてリサンプリングした後、周波数分析します。
周波数分析データをテキストファイルに書出しExcelを使用しデータ解析します。

❏ 相関係数について

ハイレゾファイルとエンコードファイルに対する周波数と音圧レベルデータから、両者の相関係数を計算するために、1khz幅にブロック分けし音圧レベルの相関係数を算出します。計算はCORREL(コリレーション)関数を使います。
1khz周波数帯毎の音圧レベルの相関係数でハイレゾファイルとエンコードファイルとの相関の強さが判り、グラフ化することで可視化します。（相関係数が高ければ、両者の音圧波形は近似し誤差が少なく、低ければ、誤差が大きく音圧波形が不一致であることが判ります）

相関係数のグラフと評価

❏ MP3（128kbps） vs ハイレゾ音源　＜相関係数とスペクトル＞

15khzから急激に音圧レベルが下がり、10khz付近から、オリジナル音源に対して相関係数が悪化し、17khz以上で相関が無くなっている。

❏ AAC（128kbps） vs ハイレゾ音源　＜相関係数とスペクトル＞

15khzから徐々に音圧レベルが下がり、10khz付近から、オリジナル音源に対して相関係数が悪化しているも、MP3では、17khzで相関ゼロに対して、AACでは相関を維持している。

❏ MP3（320kbps） vs ハイレゾ音源　＜相関係数とスペクトル＞

19khzから音圧レベルが下がり、15khzまで、相関係数0.9以上を維持している。

❏ AAC（320kbps） vs ハイレゾ音源　＜相関係数とスペクトル＞

19khzから音圧レベルが下がり、MP3では15khzまで、相関係数0.9以上を維持していたが、AACでは、14khzから、相関係数0.9を切っている。（VinylStudioのAACは、16bitでエンコードされていることに影響か？）　320kbpsではMP3の方が音質優位と思われる。

まとめ

ポイント

相関係数のグラフ評価から、前出の「ビットレートと上限周波数の関係」グラフの傾向通り、上限周波数付近から相関が悪化する結果でした。　つまり、128kbpsのビットレートではAACが音質優位で、320kbpsビットレートではMP3が音質優位です。

「我が家のB級オーディオ」での聴感比較では、128bpsのビットレートであっても、320kbpsとの差は殆ど感じられませんでした。　ハイレゾ再生と128kbpsの比較では、プラシーボ効果もあるかも判りませんが、MP3(128bps)で高域に若干ザラつきを感じました。　ハイレゾ音源の方では、ザラつき無く安定感を感じました。