ＣＤは？夜眠れないのでアナログとデジタルとをぼんやりと考えてみたら迷走した（８）
●ＣＤは？夜眠れないのでアナログとデジタルとをぼんやりと考えてみたら迷走した（８）ー媒体２
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アナログとデジタル。現在（２０２４年）では、良く知られている言葉ですね。
これまでに思い付くままに考え、そして調べてみた結果ですけれども、アナログとデジタルに関して
第１仮説 処理 数えたらデジタルで、量ったらアナログ
第２仮説 表示 数値で表示したらデジタル、それ以外で表示したらアナログ
と言う２つの仮説を作りました。
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処理については、連続的な量をそのまま連続的な量に相応させればアナログで、連続的な量をアナログ・デジタル変換（ＡＤＣ）すればデジタルです。
ＡＤＣするまでもなく、離散的なものはデジタルのはずです。ですが「数える必要がある」ものはデジタルで良いのかどうかについて若干の疑問が残っています。数えられるけど面倒なので量ったらアナログだとして良いのか？ 数える前の状態は離散的だからデジタル？ うーん、迷走してます。
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表示については、単に人が見る表示だけではなくて、信号も（これを表示というべきかは別として）重要と気付きました。
媒体はアナログでも、信号として見ればデジタルである場合があるのです。
それと、数値で表現したものだけがデジタルでよいのか。アナログ風に表示してもそれは本当にアナログと言ってよいのか？ 実はデジタルではないかという疑問が未解決です。
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今回は音楽の媒体について考えて、そして迷走して行きます。
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例えばＣＤ。デジタルがアナログ（のレコード）を駆逐した例として良く知られていますね。
ＣＤは、パルス符号変調（Pulse Code Modulation、ＰＣＭ）で音を数値に変換して、更に幾らかの符号化処理をして、盤上の凸凹で０／１を記録します。
数値ではありませんが信号としてみれば、デジタルですね。
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１９７０年代の話です。当時は音楽の媒体としては専らアナログなレコードの時代でしたが、本当の超ハイファイを目指すにはデジタル式のデジタル・オーディオが必要だ！という主張があったそうです。
そう言うソニー研究所の方の雑誌記事がありました（月刊アスキー１９８０年５月号）。
この記事によれば、ＰＣＭマイクから、ＰＣＭスピーカー、ＰＣＭレコーダー、デジタル・オーディオ・プロセッサ、そしてデジタル・オーディオ・ディスクなどの実用化が進められていて、何故ならばハイファイ・オーディオから雑音を除去するには、音声がマイクに入力された直後から、スピーカーで音声を出力する寸前まで、全ての信号をデジタル信号にすることが必要だからだ！と言う主張です。
ＣＤが発売されたのは１９８２年で、今はＰＣＭ録音機もあるし、Bluetooth 接続のマイクやスピーカーもある。この頃の夢は実現されたのかも。
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ＰＣＭという技術は、ＡＤＣを更に発展させた技術とも言えると思います。
ＰＣＭは、標本化・量子化・符号化の３ステップで、（音声信号などの）アナログ信号をデジタル信号に変換します。
標本化とは、アナログ信号を一定間隔で分割してその代表値を取り出すことです。
量子化とは、取り出した代表値をＡＤＣして数値にすることです。
符号化は、数値を二進数にすることですが、フロッピーディスクのＦＭやＭＤＭなどと同様な変換も行います。ＣＤなら（誤り訂正符号を付加して）ＥＦＭ変換します。
１秒あたりの標本化する回数を「標本化周波数」、量子化した数値のビット数を「量子化ビット数」と言い、この２つがＰＣＭのスペックを決めます。
ＣＤの標本化周波数は 44.1kHz で、量子化ビット数は 16 ビットです。
その他、詳しくはＷＥＢとかで検索してみて！ 標本化周波数の下限（ナイキスト周波数）や量子化誤差、ディザー、アパーチャ効果の対処などデジタル信号処理の話題が諸々出てきます。
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と、突然ですが、今日のトリビアです。
44.1kHz って 44100 Hz ですけど、不思議な値ですかね。
そこで 44100 を素因数分解してみると、
44100 ＝ ２ × ２ × ３ × ３ × ５ × ５ × ７ × ７
こんな素数が入っていました。素敵！
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ちょっと余談が入りますが、歴史の話です。
ＰＣＭ方式の原理は、アメリカのＩＴＴ（International Telephone & Telegraph）社のパリの研究所にいたアレック・リーブス（Alex Harley Reeves）による１９３７年の発明です。
なお、リーブスさんはイギリス人です。
１９３８年にフランスで、１９３９年にはイギリスとアメリカで特許登録されるも、当時はＰＣＭを実装できるだけの技術がなくて実用化の目処は無かったとされています。
アメリカのベル研究所は（１９４０年頃？）ＰＣＭの特許を入手して基礎研究に着手します。戦時中（１９３９〜１９４５年）のことなので秘密も多くて触れないでおきましょうね。
ベル研究所はアメリカのＡＴ＆Ｔ社が設立した研究所です。ＡＴ＆Ｔ社はグラハム・ベルのベル電話会社が前身で、アメリカの電話会社です。日本なら電電公社（ＮＴＴ）か。
戦後になると、ベル研究所は１９４７〜１９４９年にＰＣＭ方式による無線通信の実験を行い（実装には真空管 electron beam deflection tube を使用）、１９５８年には時分割多重ＰＣＭ通信装置を開発、実証化実験を行います。そうして、１９６１年に最終的なＰＣＭ通信装置が完成し、１９６２年から「T1 Carrier System」として実用化されました。
ＰＣＭ通信実用化の背景として、ショックレーによるトランジスタの発明（１９４７年）、それからＰＣＭを実現する際の理論的な基礎となるシャノンの通信理論の発表（１９４８年）により実装技術が整ったことがあるのでしょう。１９５８年にはＴＩ社のキルビーによる集積回路（ＩＣ）の発明もありました。
なお、ショックレーもシャノンもベル研究所の人です。
Ｔ１は、電話回線を４ｋＨｚの帯域として８ｋＨｚで標本化、８ビットで量子化して、１回線当り 64 kbps とし、これを２４回線分集めて時分割多重化して、フレーム同期信号を加えて 1544 kbps とする方式です。
これにショックを受けた日本では、電電公社の研究所がＰＣＭの研究を進めて「ＰＣＭ２４方式」を開発。スペックはＴ１とほぼ同じです。１９６５年に実用化しています。これが日本でのデジタル通信の始まり。
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１９４７年のＰＣＭ実験で使用した真空管（というかブラウン管）は、このために開発されたものです。
この真空管は電子銃と、ＸＹの偏向部、遮光スリット、受光プレートからなり、このうち遮光スリットが次のように窓（■の部分）が空いているのがポイントです。本物の真空管は７パルス分ありますけど略して４パスル分の図です。
１１１１１１
０１２３４５６７８９０１２３４５
┏━━━━━━━━━━━━━━━━┓ Ｘ軸：横方向（→）
０┃＿＿＿＿＿＿＿＿■■■■■■■■┃
１┃＿＿＿＿■■■■＿＿＿＿■■■■┃ Ｙ軸：縦方向（↓）
２┃＿＿■■＿＿■■＿＿■■＿＿■■┃
３┃＿■＿■＿■＿■＿■＿■＿■＿■┃
┗━━━━━━━━━━━━━━━━┛
Ｘ軸に信号の電圧、...例えば「６」...、を入力し、Ｙ軸には電圧パスル「０,１,２,３」を順に入力します。電子ビームはＸ軸は６の位置で、Ｙ軸を０〜３へとスイープします。
すると受光プレートから４つのパスルの列「０,１,１,０」が順に出力されます。
信号が「０」なら「０,０,０,０」、「１５」なら「１,１,１,１」と変換されるのです。
面白いですね！
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さらに余談になりますが。ＰＣＭをＰＣＭって命名したのは誰でしょう？ ＰＣＭの原理を発明したアレック・リーブスでしょうか？
でも U.S.Patent 2,272,070 の題名は "Electric Signaling System" で、本文を見ても Pulse Code Modulation という表現はないのです。
本文中には "Pulse Modulation" や "codes representing amplitudes of the waves"（波形の振幅を表すコード） といった表現があるので、誰かが合成してＰＣＭにしたのでしょう。
H.S.Black and J.O.Edson, "Pulse code modulation",
Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Vol.66, pp.895-899, January, 1947.
A.G.Clavier, P.F.Panter, D.D.Grieg, "Distortion in a Pulse Count Modulation System",
Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Vol.66, pp.989-1005, January, 1947.
W.M.Goodall, "Telephony by pulse code modulation",
Bell System Technical Journal, vol.26, pp.395-409, July, 1947.
A.C.Clavier, D.D.Grieg, P.F.Panter, "PCM distortion analysis",
Elec.Eng., Vol.66, pp.1110-1122, November, 1947.
H.S.Black and J.O.Edson, "PCM equipment",
Elec.Eng., Vol.66, pp.1123-1125, November, 1947.
という論文があるらしくって調査中ですが、この人達かもです。D.D.Grieg 達の PCM は pulse count modulation の略ですが。
...、戦時中のことは秘密なのかも。
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その次に、ＰＣＭはオーディオ機器にも適用されました。
１９６７年にはモノラルのＰＣＭ録音機が開発されて、１９６９年にステレオＰＣＭ録音機（試作機）が公開されています。日本のＮＨＫ技研（音響研究部）です。どちらも世界初とか。イイネ！
この試作機は、標本化周波数４０ｋＨｚ、量子化ビット数１２ビット（折れ線変換により１３ビット相当）、２チャンネル（ステレオ）の時分割多重です。
なのに２年後の１９７１年には研究中止となってしまい、それを機に研究開発者たちは退職したとのこと（ソニーや日立などに転職）。
転職先のソニーでは最初はひっそり（？）としていたけど、やはりＰＣＭの研究を再開（１９７４年にＰＣＭ録音機Ｘー１２ＤＴＣを開発）。
そしてＣＤの開発！ この功績により開発者は紫綬褒章を受賞！ ＰＣＭ録音に人生を賭けた人たちでした。
ＮＨＫが時代の流れにより、ＰＣＭ録音機の開発に至ったと言う記事も見かけましたが真実はどこに？
ＮＨＫ技研が開発した録音機は、日本コロンビア社が貸与を受けて、これを使ってレコードが２枚販売されています。「サムシング」スティーブ・マーカス＋稲垣次郎＆ソウルメディア（１９７１年１月）と「打！」ツトム・ヤマシタの世界（１９７１年４月）です。
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この後、日本コロンビア社でＰＣＭ録音機の開発が続きます。日本コロンビアは日立グループの１社です。
１９７２年に日本コロムビア社（現在はデノン）がＮＨＫ技研と共同で業務用のＰＣＭ録音機「ＤＮー０２３Ｒ」（試作機）を開発。
標本化周波数４７．２５ｋＨｚ、量子化ビット数１３ビット。８チャンネル。記録メディアはモノクロ映像記録用の２インチＶＴＲテープ（１本１０kgですって）。
１９７２年４月に東京青山タワーホールで、チェコのスメタナ四重奏団の「モーツァルト狩」の演奏を、ＤＮー０２３Ｒを使ってデジタル録音。１０月にＬＰレコードを発売。
以後「ＤＩＧＴＡＬ ＲＥＣＯＲＤＩＮＧ」というロゴが記されたレコードが増えて行きます。
最初のＰＣＭ録音機は販売目的ではなくて、高品質なレコードの作製を目的とした業務用でした。
その後、ソニー社が１９７８年３月に業務用のデジタル・マスター・レコーダー PCM-1600 を発売。４４．１または４４．０５６ｋＨｚで１６ビット。改良版の PCM-1610 が１９８０年に発売、１９８５年には PCM-1630 が発売。
PCM-1610 らは、ＣＤのマスター制作用に世界中のスタジオで使用されたそうです。「１６１０フォーマット」という言葉があるくらい。
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ソニー社は、１９７７年９月に世界初の「民生用」デジタル録音再生プロセッサＰＣＭ−１を発売。４４．０５６ｋＨｚ、１３ビット（３析線で１４ビット相当）。４８万円。ＰＣＭ−１とＶＴＲのセットで機能するタイプ。
１９７９年６月に日本電子機械工業会（ＥＩＡＪ）が「民生用ＰＣＭエンコーダ・デコーダ」についての技術ファイルを発表しています。
ソニー社のＰＣＭ−１の発売を受けて、各メーカが作る機器の互換性がとれるような技術上の標準となることを目的としたもの。当時はソニーはベータマックスでやらかしている最中で、テープに互換性がないことが社会問題視されていたのです。
主な規格値としては、標本化周波数は４４．０５５９ｋＨｚ、量子化ビット数は１４ビット（リニア）。ＶＴＲのテープにデータを記録する際の信号形式は標準テレビ信号に準拠するものだが、データ部分は電圧（0.1Vと0.4V）で０と１を表すデジタル信号。データは、標本化信号ワード１４ｘ６ビットに、誤り訂正ワード１４ｘ２ビット、誤り検出ワード１４ビットの計１４ｘ９ビットから構成される。
１９７９年にはＥＩＡＪの発表に準拠したＰＣＭ録音機がソニー、日本ビクタ、日立製作所、東芝、松下、三洋電機、シャープなど各メーカから発売された（けど...、売れたのかしらん？）
ともかく、オーディオ機器でＰＣＭ技術は１９７０年代の末には十分に実用化されたのです。
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デジタル・オーディオ・ディスク（ＤＡＤ）は、１９７７年秋のオーディオフェアでは３陣営が試作公開していて競争状態にありました。そこで１９７８年９月にＤＡＤ懇談会。
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色々あって、１９８２年１０月１日にＣＢＳソニーや日本コロムビアらから世界初のＣＤが発売されました。その第１号はビリー・ジョエルの「ニューヨーク５２番街」。同日にソニーと日立製作所、日本コロムビアからＣＤプレーヤーも発売。
ＣＤ開発に至る経緯はＷＥＢで公開されていて、読み出すと止まらない程に面白かったです。
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ソニー社は１９８２年には２４トラックの PCM-3324 を、１９８９年には４８トラックの PCM-3348 を発表しています。４４．１ｋＨｚまたは４８ｋＨｚで１６ビット。記録メディアは１／２インチのリール・テープ。
ソニー社のＷＥＢによると「テープの手切り編集への対応」が課題だったとのこと。テープを切って、つなげなおす、という編集がアナログなテープでは行われていたのです。恐るべきアナログ技術。現在のＤＡＷと比べると信じられない感じです。
４８トラックは魅力的だったのでしょう。ソニー社のＷＥＢによると１９９０年代にはデジタル・マルチトラック・レコーダーのＰＣＭー３３４８は世界中に普及していったとあります。
PCM-1610 でマスター音源のデジタル化、PCM-3324 ではデジタルでの編集と、このように音楽を制作するスタジオでデジタル化が進行していったのですね。なんだかソニー凄いな。
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ＰＣＭという技術は、電話会社の人が発明（１９３７）、実用化（１９４７、１９６２）した後、音楽に適用されてデジタル・オーディオ（１９６７、１９８２）となった訳ですが、ＣＤが普及してパソコンも実用的になった１９９０年代なら、音楽の制作それ自体がデジタル化していくのも自然な流れだと感じます。
この後はＤＴＭとか、パソコンでの編集が登場しますが、それはまた別の話で。
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加筆を続けていたら随分と長くなってしまったのでここで分離します。続きは（９）です！ 投稿後に改稿を続けるのは悪癖ですよね。申し訳ないです。
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間違いの指摘とか疑問とか、ご意見・ご感想とかありましたら、どうぞ感想欄に！
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2024.4.3 挿絵を追加。推敲を少し。
2024.4.5 少し推敲。
2024.4.6 長くなったので２つに分けました。
2024.4.8 また推敲して少し直しました。
2024.5.22 推敲。
2024.5.27 推敲。
2024.12.19 微推敲。
2025.1.16 加筆と推敲。
2026.6.23 推敲。
