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RMEの歴史、技術背景、MADI開発の秘話を、創業メンバーであり開発者の1人でもあるマティアス・カーステンズが語る。

RME Users

The Industry Standard

桜井敏郎 - 音楽ゲームの一時代を築いたアーティストがRMEで目指す「次」の音楽

大手ゲームメーカー、
コナミからリリースされた
『drummania』、
『GUITARFREAKS』といった音楽ゲームに楽曲を提供し、所謂「音ゲー」としてひとつのジャンルを確立するのに大きな役割を果たした桜井敏郎氏は10年以上RMEを愛用し続けており、今回新たにFireface UCXを導入した。

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RME Users

MADI Everywhere

津波古 尚「MONGOL800」— MADIfaceXTとMADIface USBを使ったマルチトラック収録

MONGOL800の『GOOD MORNING OKINAWA TOUR 2013-2014』のNHKホールでのライブ、大阪と福岡での追加アリーナライブをRMEのMADIインターフェイスを使用してマルチトラック収録を成功させたプロサウンドスタックの 津波古 尚さんにインタビューを実施いたしました。

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ITUラウドネス・メーター

ラウドネスメーターという物をご存知でしょうか? 音量を計測するメーターには幾つかの種類が存在しますが、ここで取り上げるラウドネスメーターはITU(International Telecommunication Union:国際電気通信連合)によって国際標準が示されたもので、すでに欧米では規格の運用が開始されている国も出てきています。
このラウドネスメーターでは、従来の計測方法と比較して「より人間の聴感に近い音量」が計算式でシミュレートされています。具体的な例を挙げると、聴感上の音量を整えることで、テレビを観ていて「コマーシャルになった途端、音が突然大きくなる」という、世界共通の悩みを解決する手段として開発されたものです。日本でもまもなく電波産業会による標準化が行われる見通しで、近い将来、テレビコマーシャルにおける「音圧戦争」は終わりを告げることになるのかもしれません。
ここでは、ラウドネスメーターが登場するに至った背景を追いつつ、RMEのDIGICheckに搭載された「ITUラウドネスメーター」機能について解説を進めていきます。

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RMEのDIGICheckに搭載された「ITUラウドネス・メーター」機能や、ラウドネス・メーターが登場するに至った背景について解説します。

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Tech Info
テクニカル情報

RME DIGICheck®

RMEインターフェイス用 テスト、計測、解析ツール

RMEインターフェイスは、プロフェッショナルなデジタル入出力に加えて、高性能なソフトウェア「DIGICheck」を搭載します。
DIGICheck®は、デジタルオーディオデータストリームをテスト、計測、解析する非常に優れたユーティリティーです。

本テクニカル情報セクションでは、DIGICheck®に搭載される機能と技術背景について説明します。全てのRMEインターフェイスは独自にデザインされたチップ(FPGA)を基に開発されています。他社のインターフェイスにはチャンネル・ステータスや100%精度の24bitレベルメーター、CD-subcodeのデコード、ハードウェアベースのRMS計算機能などの機能が搭載されない(できない)理由はこのチップにあります。

 

技術背景:32bitテクノロジー

私たちの知る限り、完全な32ビットデジタルオーディオデータストリーム録音に対応した最初のカードはRMEのDIGI96シリーズでした。一般的な24ビットオーディオに加えてP、C、U、Vのビットも伝送されます。合計で28ビットになります。最初の4ビットはプリアンブルを形成します。この同期信号は、正常な信号の受信やデコードを行った後は必要がなくなります。

PCUVビットのデータを活用するためにはブロックの初め(channel block start)を知る必要がるため、DIGI96シリーズ発売以降は録音プログラムに送られるデータストリームにCBL(channel block start)が含まれるようになりました。

 

DIGICheck ソフトウェアについて

DIGICheckは操作性に優れ、便利で様々な場面で役立つオプションを数多く搭載します。
詳細なオンラインヘルプ、および技術レファレンスも付属されています(英語)。

最初にプログラムを起動すると、録音デバイス(Record Device)や画面表示のためのフォントとサイズの設定画面が表示されます。これらは後ほど設定することもできます。通常はArialの10を推奨しますが、小さい表示で全体の外観を見やすくしたい場合は、Arialの8を選択してください。これらを含むすべての設定はレジストリに保存されます。

DIGICheckは当初、一般的な録音ソフトウェアと同様に、1台もしくは複数台のデバイスを選択できましたが、入力されるデータをディスクに記録させることができませんでした。よって選択されたデバイスが他のプログラムで使用されていない場合にのみに機能しました。

しかしながら、Hammerfall、Hammerfall DSPの登場により録音/再生デバイスのデータにアクセスできるマルチクライアントドライバに対応しました。これにより完全に全てのオーディオソフトの背景で並行して動作することが可能になりました。

全ての画面は、サイズ、ポジション等をカスタマイズして保存することができます。レベルメーターの設定は[F2]キーまたはメニューからアクセスできます。もちろん、「Deactivate Screensaver(スクリーンセーバーを無効化)」や「Always on top(常に前面に表示)」などの機能も備えています。

 

DIGICheckの機能

レベルメーター

解像度24ビットで動作する高精度レベルメーターです。レンジ、解像度、色等のパラメーターは全て[Level Meter Setup]画面で自由にカスタマイズできます。これにより、以下のような様々な用途で活用できます:

  • ピークレベルの計測
  • RMEレベルの計測
  • オーバー検知
  • 相互関係(位相)の計測
  • ダイナミック、S/N比の計測
  • RMSとピーク(ボリューム)の比較表示
  • 長時間のピーク探知

内側のバーにはピークレベル(AC+DC)が表示されます。全てのサンプルがピークレベルとRMSレベルに反映されます。1サンプルは、0 dBFSの読み出しに十分な情報をもっています。オーバーは、ユーザーが設定した数(1~9)以上の連続したフルスケールサンプルが発生した場合に表示されます。 [Peak Hold (ピークホールド)]機能は保持時間を0.2~100秒間の間で設定できます。

外側のバーにはRMSレベル(ACのみ)が表示されます。レファレンス(0 dBFS)はデジタルフルスケールレベルの正弦波です。これにより一般的な信号のRMSとピークの比較を簡単に行う事ができます。RMS表示は、数学的に正しいRoot Mean Square (二乗平均平方根) の計算に基づいており、極めて正確な値を表示します。

例:インターフェイスの出力を入力に接続して、本サイトからダウンロードいただけるオーディオテストファイルCrest_16.wavを再生し(クロックモードMaster)、レベルメーターを表示するとピーク値が0dBFSになりますが、RMS値は-16,1 dBFSになります。一般的なアナログのRMSに基づく計測デバイスでは、このような波高値(ピークとRMEの比)は問題となり、-6dBの周辺で間違った値を表示してしまいます。

24-BitによりDIGICheck®のメーターは機器本来のダイナミックスを表示します。DIGICheck®が示すRMSレベルは、1万ドルのオーディオ解析システムの示す値と全く同じです。具体的には、特別なウェイティングフィルタのないRMS、すなわちRMS (unweighted)と同一と言うことになります。さらに低いノイズレベルで見やすくするには、[Release (リリース)]レートを10 db/sに設定、または[Bit Statistic]を使用されることをお薦めします。

 

マルチチャンネルレベルメーター

2チャンネルのレベルディスプレイの他に、8チャンネルのレベルディスプレイが搭載されます。マルチチャンネルレベルメーターでは、2チャンネルレベルメーターと同様の設定オプションが利用できます。バーは、RMSもしくはピークを表示するように設定可能です。

グローバルレベルメーター

グローバルレベルメーターは、インターフェイスに搭載されるすべてのチャンネルを同時に表示します。入力信号の全体像を確認するのに便利です。無効な信号が入力された場合にはチャンネルはグレーで表示されます。

 

レベルメーターの設定画面

表示レンジは、0 ~ -160 dBFS間で設定することができます。受信するオーディオビットの解像度の全てのレンジを、0.1 dBステップで表示します。色の変化は[Warning Level]覧で変更することができます。0dBに設定すると、オーバー時にのみ色が変化します。

オーバー表示の設定は、連続フルスケールサンプル数を1~9の間で設定することによって行えます。位相関係の表示はある程度のスレッショルド以下では意味をなさないため、相関ディスプレイは自動的に無効になります。相関メーターのLEDの数についても設定が可能です。

チャンネルステータスディスプレイ / ユーザービット

本機能はSPDIF信号のステータス情報をデコードして表示します。また、実際のサンプルレートを ± 100 Hzの精度で計測します。

表示されるテーブルは、一流の技術者でない方にとっても有益な情報を提供します。デジタル機器間の非互換性は、[Emphasis]覧、もしくは[SCMS (コピープロテクション)]覧等で確認できます。CDプレイヤーから音が聞こえない場合は、CDに傷がつき「Data Invalid」と表示されているかもしれません(その結果、DAコンバーターは自動的にミュートされます)。

CDプレイヤーまたはDATレコーダーを接続する場合、ユーザービット内に含まれるサブコードは[Validity-Bit]覧に表示されます。この名称は[Validity-Bit/CD-Subcode]、もしくは[Validity-Bit/DAT-Subcode]に変更され、トラックナンバー、インデックス、再生中の時間を表示します。DATのサブコードからは、(トラックナンバーではなく)Start-IDが表示されます。もちろん、サブコードに含まれる全ての情報はデコードされます。

2時間のDATテープをPCに取り込む際には、プロ用のハードディスクレコーディングソフトウェアがこれらの情報を使用して、各トラックの頭(各Start-ID地点)に自動的にマーカーをうっていく場合もあります。

 

ビット・スタティスティック & ノイズ

本機能はオーディオビットの状態を表示します。「0」は常に低い、「1」は常に高い、もしくはオルタネイトの3つの状態が表示されます。オルタネイトとはビットが使用中で、「0」はビットが未使用である状態、常に「1」が表示される場合にはADコンバーターが故障している可能性があります。

ビット・スタティスティックは、ADコンバーターやミキシングデスク、エフェクト機器などのオーディオ出力信号の、本来の解像度またはワードレングスの計測が可能です。オーディオデータは緑色(ノーマル、ビット使用中)もしくは青(0、ビット未使用)で表示されます。常に1が表示される場合(エラー、DC)は赤になります。問題が無い場合にはチャンネルステータスビットとバリディティービットは緑色に表示され、赤の場合にはエラーもしくはオーディオデータの歪みを意味します。

スペクトラルアナライザー

このプロフェッショナル仕様の30バンドアナライザーはRME ADI-96 PROのオーディオアナライザーを基に開発されました。長い開発期間を経て、大規模なDSP設計のアナライザーをネイティブのソフトウェアコードへ変換する事に成功しました。結果として驚くべき低CPU負荷を実現し、さらに多くの機能が追加されました。

現状のほとんど全てのPCベースの製品とは異なり、FFT (Fast Fourier Transform)は導入されていません。FFTは計算に大きなCPU負荷かける事はありませんが、サウンドをビジュアルに変換するための十分な情報を提供しません。FFTのバンドは常に周波数距離があり、結果的には高域に多くのバンド、低域には少数のバンドとなります。いくつかのメーカーはこの問題を回避しようとしますが、正弦波は非シンメトリカルな表記となり、またバンド間の分離が十分ではありません。

RMEのスペクトラルアナライザーは、プロフェッショナル仕様のハードウェアデバイスと同様に、真のバンドパスフィルター計算を行います。フィルター間の周波数距離はリニアではなく、人間の聴覚に基づいた距離間となっています。詳細に最適化された本ソフトウェアは、50 dBのレンジ、シャープフィルター、各バンドに付き100のLEDを搭載する30バンドアナライザーを、コンピュータへ高い負荷をかけずに動作させることができます。

また完全なデジタルオペレーションにより、アナログアナライザーでは不可能であった機能を搭載します。自由に設定可能なライズ/リリースタイム、様々な表示設定、異なるフィルターの適応、特別なディスプレイモードなどがあげられます。モダンなCPUが可能にする精密な計算によって、アナライザーは-140 dBFSまで詳細にレベルを表示させることができます。

ベクターオーディオスコープ

当初、左右のチャンネルのレベルおよび位相の違いを表示するためにオシロスコープが使用されました。これはオシロスコープ本来の計測技術としての意図とは異なるものでした。右チャンネルはX入力へ送られ、左チャンネルはY入力へ送られ、チューブは45-に配置され、ゴニオメーターとなります。クラウド(cloud)とも呼ばれるこのディスプレイは、特に放送用のスタジオで使用されるものですが、ポスプロ、マスタリングのスタジオなどでも使用されます。長い間、専用のデバイスはとても高価なものでしたが、80年代の半ばに登場した相関メーター(Correlation Meter)によって、当初の価格より安く導入が可能になりました。情報量としては劣るものの、位相の問題は簡単に探知できます。

その一方でゴニオメーターは、ベクタースコープと呼ばれる形で見られるようになりました。一方で過去数年の間は、業務用のレベルメーターとしてはTFT表示が導入されています。表示全体はコンピュータのように生成されますので、似たような表示モードを作成するためのコストがかかりません。他方で、ベクタースコープは様々なソフトウェアで無償で提供されています。ただし、クオリティーについては中級/十分でない場合が一般的です。高価な「業務用」のメーターアプリケーションに含まれるものについても同様のケースがあります。私たちの経験では、アプリケーションの可読性や表現力が乏しいのが現状です。

この興味深い課題に取り組み、精緻なアルゴリズムの実装や最適化を長期に渡って行った結果、上記のTFTディスプレイをしのぐネイティブのソフトウェアゴニオメーターの開発に成功しました。

真っ先にユーザーが気付く最も大きな違いは、素早く直接的な反応とディスプレイに表示する最大限の情報量です。RMEのゴニオメーターは個々のピクセルをチェーンで表示するのではなく、連続した線(アナログ)を、本物の毛織ボールのように表示します。また視覚性向上のために、オシロスコープチューブの典型的な残光表示を搭載し、さらにそれに可変性を加えています。明るいピクセル(新しい信号)と暗いピクセル(古い信号)はそれぞれ残光時間を設定できます。これはコンピュータでのみ実現可能な機能です。

さらにRMEのゴニオメーターは、特別に開発/最適化されたAGC (Automatic Gain Control)を搭載します。通常のレベラーやコンプレッサーでは視覚化を台無しにしてしまいますが、RMEのAGCは完全な視覚性を保ったまま最高品質のレベルトラッキングを実現します。

プロフェッショナルなRMEのゴニオメーターは様々な用途で活用でき、2Dディスプレイからは様々な興味深い情報を発見することができます。しばらく使用して慣れることで、レベルメーターやスペクトラルアナライザーの補助としても便利に活用できます。

サラウンドスコープ

柔軟な計測を可能にするサラウンドオーディオスコープです。6チャンネルのサラウンドディスプレイ、マルチ相関メーター、Peak/RMSレベルメーターを搭載します。ボリュームはRMS値、もしくはRLBウェイトのRMS値で表示可能です。また、これらの値の動的計算の時定数を調節可能です。

図形のスケールは、リニアもしくはコンプレストに変更可能です。追加の円として表示されるレファレンスレベルは、メーターの読み取りをより簡単にします。表示されるチャンネルは任意のオーディオチャンネルにアサインでき、メーターを様々なルーティングに調節可能です。

グローバルレコード

※グローバルレコード機能は、Windows OSのみでご利用いただけます。Mac OS環境ではご利用いただけません。ご注意ください。

DIGICheckは、グローバルレベルメーターによって入力されるすべての信号をリアルタイムで、且つ低CPU負荷で監視できます。またASIOを使用して表示される全チャンネルから全オーディオデータを受信します。「これらのデータを直接ディスクに書き込んで、シンプルでCPUに負荷のかからない録音機能を実現できないか」と考え開発されたのがグローバルレコードです。


様々なオーディオソフトウェアが存在する中、上記の理由だけでは、膨大な時間と労力をかけて録音機能を開発する決意にはつながりません。しかし、私たちはすぐにDIGICheckには他のソフトウェアに勝る大きな利点があることに気づきました。膨大なチャンネル数を長時間かけて、信頼性のある方法で、比較的遅いコンピューターでも利用可能で、CPUに大きな負荷をかけない録音を実現できるのではと考えたのです。

この基本的な課題に気づかせてくれたのが64チャンネルの入出力を持つMADIカードです。すべてのチャンネルをディスクに別々のファイルとして書き込む場合、ハードディスク自体に大きな負荷がかかり、時間とともにフラグメンテーションを起こします。その結果伝送時間のロス、ディスクの書き込みエラーにつながります。ランダムなドロップアウトは予測が不可能です。

今日ではハードディスクも高速化され、48kHzで数チャンネルの録音を行う場合にはこのような問題は一切生じません。しかし、MADIによるライブレコーディングでは状況が異なります。128チャンネル/トラックを2時間30分録音するためには、オーディオ録音としてはやり過ぎとも言えるRAIDシステムが必要になります。何故なのでしょうか?

ハードドライブは通常1つのファイルの書き込みに対してのベンチマークがあります。1つのビデオストリームの場合は、フルスピードで継続して長時間、50メガバイト以上の伝達速度でも最適と言えます。しかしオーディオソフトは1つのファイルだけではなく、録音するチャンネルの数だけ書き込みます(上記の場合は128)。その結果伝送レートは著しく下がってしまいます。

解決方法は簡単です。すべてのオーディオデータを一つのストリーム、いわゆる「インターリーブ」としてまとめれば良いのです。このストリームをディスクにインターリーブファイルとして一回で書き込むことで、ハードディスクのカタログに記載されているスペック通りのパフォーマンスや信頼性を実現できます。

私たちの知る限りでは、この方法を導入し素早く信頼性のある録音システムを提供しているのはMerging社のPyramixシステムのみです。では何故この方法がスタンダードにはならないのでしょうか。理由は2つあります。1つは今日のハイスペックなコンピュータは、より少ないトラック数や録音時間であれば問題なく動作することです。もう一つの重要な点はインターリーブファイルの場合、各チャンネルの編集ができないためです。

結論:DIGICheckのグローバルレコード機能は、パフォーマンスの低いシステムでも信頼度の高い録音を実現しますので、特にノートパソコンでのモバイルレコーディングには最適です。パフォーマンスの高いシステムにおいては、そのパフォーマンスをフルに発揮しますので、膨大なチャンネル数や録音時間を要するライブ録音などに最適です。もちろん2時間を超える録音も可能で、ハードディスクにスペースがある限り録音を続けることができます。録音終了後、必要であれば個々のチャンネルを別トラックとして書き出してDAWソフトウェアで編集する事も可能です。録音されたインターリーブファイルの読み込み、再生にも対応しています。

用語

波高値: ピークとRMS値の比率。波高値が低い音楽は、波高値が高いものよりも音が大きい

dBFS: deci Bel Full Scale (デシベルフルスケール)。デジタルフルレベル (7FFFH / 8000H) を基準とした対数レベルの比率

RMS (unweighted): 特別なウェイティングフィルターなしで計測したRMS値。22 Hz ~ 22 kHzで均一な値を計測

サンプル周波数: アナログ信号から1秒間で取得したサンプル数

ワードレングス: ビット解像度と同じ。サンプル毎のビット数。16ビット:65536ステップまたはダイナミックレンジ96 dB