Windowsのサウンドってそうだったのか！（１）－レベルメーターと音量

2012年12月20日 2 Comments

みなさんこんちは。つるっと、うめつるですよ！
年の瀬ですね。今日あたり特に寒い。何がって？フトコロが。

ささっとご挨拶も済んだところで、本題です。

以前から調べていたことなので、すこしまとめておこうと思います。それは、Windows のサウンド機能の疑問です。正直いって、Windowsのサウンドにはこれまでもガッカリさせられてきたのですよ、ええ。ご存知の方も多いと思いますが、Windows XP に比べて、Vista/7 あたりからは音の扱いがすこぶる改善されています。でも、機能が良くなって更にわけのわからんところが増えているのもまた事実。サウンドのハードウェアに依存しているところも多いようでユーザに混乱をきたしています。

そんなわけで、第１回目はちょっとおかしなところや使いにくいところがあるレベルメーターと音量コントロールを疑ってみたいと思うのです。「メーターがどのくらい振れたらどの程度の大きさの音なのか」「ボリュームを動かすとどの程度音の大きさが変わるのか」を調べてみましょう。

レベルメーターとボリュームを調べる準備

今回は音の大きさの話なので、基準になる信号を再生したり、その音量レベルを確認したりするツール “Audio Test” というソフトウェアを使ってみます。

Paul. E. Marshall さんという方が作られたソフトなんですが、残念ながらこのソフト公開されなくなっちゃいました。この人、 Windows 用のいろんなレベルメーターを開発してて、お仕事されているので、ウェブサイトのリニューアルでビジネス優先になったんでしょうか。有料でも売ってくれればいいのに。

（ということで、ここで一休みしてPaulさんにメール書いて送りました）

Paul さんのいろんなメーター（英語）
http://www.darkwooddesigns.co.uk/pc2/meters.html

でかわりのを探しても良いのがないし、試しているとそのソフトが疑わしくなったりしてややこしいので、今は入手できないけど、”Audio Test” でこの記事は強行することにします。機会があれば、別の方法を紹介しますね。

さて今回のテスト環境の図がこれ。”Audio Test” には正弦波を再生する機能が付いているのでこれを使って音を出し、それをUSBミキサーである YAMAHA の MW-10c で受け取っていったんアナログ信号に戻し、それをまた USB で “Audio Test” のレベルメーターに戻します。

こうして文章で書くとややこしいけど、図を見ればわかると思います。簡単に手順っぽく書いておきましょう。

「ステレオミキサー」の機能が有効なら「無効」にしておく（たぶん必要ないけど影響を受けるといやなので）
Yamaha USB Audio Driver を再生側、録音側とも「規定値に設定」しておきます（ホントはこれも必要ないけど）
Yamaha USB Audio Driver の再生側、録音側ともに「レベル」を最大値の100にする
“Audio Test”の設定で、入出力ともに Yamaha USB Audio Driver にする
MW-10c（ミキサー）のボリュームはすべて絞って、ヘッドフォンをつないでおく
“Audio Test” の “Freq Hz” を 1000 (つまり1KHz) にし、”level dB” を -10.0 にセット

これで準備ができました。まずはヘッドフォンを耳に当てずに（←←←ここ大事！）、”Audio Test” で “Output” の “on” ボタンを押して 1KHz -10dB のサイン波を出してみましょう。オーディオ系はだいたい1KHzを基準に何でも考えますので、覚えときましょうね。で、これかなり大きなピー音なので、もし間違って耳に当ててたら驚きます。といいますか、耳が壊れないようにどうぞご注意を。

音が出てなかったら、MW-10c の “2TR IN/USB” のボタンを “TO STEREO” 側にして、”MONITOR MIX” のボリュームを徐々に上げていきます。つまり USB からミキサーに入ってきた音をボリュームで調整して USB で PC にお返している状態です。他のUSBミキサーやUSBオーディオインタフェースでもだいたい同じことができるはずですので、調べてみてください。

ミキサーのボリュームを動かすと、レベルメーターの表示も動くはずです。これで、音が通るようになりました。さて、これからレベルを調べるので、-10dB の音を出したら録音側にも同じ -10dB の音が戻ってくるようにミキサーを調整します。MW-10c だったら、”MONITOR MIX” のボリュームを調節して、”Audio Test” のレベル表示が -10dB あたりになるように合わせるということです。だいたいのミキサーには▼（三角マーク）などの基準位置が書いてあるはずです。私の環境でもだいたいそのあたりになりました。

どうでしょう？-10.2と-9.9です。左右で少しずれていますね。これはおそらく、ミキサーのボリュームの微妙なズレでしょうからこんなものです。ヘッドフォンの音量を PHONES ボリュームで調整して適切にして聞いてみます。正弦波の音にちょっとプツプツと音が混じります。”Audio Test” の音の生成が間に合っていないようです。いったん終了して、”Audio Test” を右クリック、「管理者として実行」したらプツプツ音は出なくなりました。ここまでやったらあとは、ミキサーはいじりません。

まずは、メーターの振れを見てみよう

システムトレイのスピーカアイコンを右クリックして、音量ミキサーを開いてみましょう。出力は-10dBで、音量ミキサーのほうの緑色のインジケータ（レベルメータ）は1/3くらいの高さでしょうか？

よくわからないので、「普通のものさし」をダウンロードして測ってみます。
http://www.vector.co.jp/soft/win95/util/se281915.html

全長が、えーっと39ミリくらい。上の白いところが26.5ミリで、緑のところは12.5ミリくらいでしょうか？電卓で計算すると、0.32とでました。これは興味深いです。1/3です。

ここで、ちょっと脱線して “Audio Test” のほうの目盛を見ます。すると単位があって、dB（decibel、デシベル）って書いてありますよ。デシベルの話は、またながーーーーーくしようと思ってますけれど、今日のところは変換式だけ出しときます。

$G=20\log r$

です。r：何かの比、G：デシベル値です。たとえば、デジタルのレベルメーターだと、最大出力の時を基準にしてどのくらい小さいかを表します。最大出力の半分のときは、こんな風に表します。

$G=20\log(1/2)=-6.02 (dB)$

と計算できました。1/3はどうでしょう。

$G=20\log(1/3)=-9.54 (dB)$

です。あれれ、さっきの1/3と近いね。念のため今度は -10 dB のほうから r を計算してみましょう。

$-10=20\log r$
$r=10^(-10/20)=10^(-0.5)=0.32$

おやまぁなんと！さっき物差しで測ったレベルメーターの全長と緑の部分の比とピッタシ同じ（やらせではありませんよ！）。ということは、普通オーディオ機器はデシベル(dB)で目盛を書いてあることが多いけど、Windows は単なる比で表しているってことのようです。よし、緑の部分の長さを予想してみましょう。ここからは、エクセルで計算したので手順は割愛しますが、予測値が計算できるから、実際に測った値と比較してみましょう。

G(dB)	比(r)	予想緑色長	実測緑色長	予想誤差
0	1.000	39.00	39.00	0.00
-5	0.562	21.93	21.5	0.43
-10	0.316	12.33	12.5	-0.17
-15	0.178	6.94	7	-0.06
-20	0.100	3.90	4	-0.10
-25	0.056	2.19	3	-0.81
-30	0.032	1.23	1	0.23

すこしずれていますが、「普通のものさし」で測ったわけですから、この程度の精度でしょう。

というわけで、まず一つ目にわかったことはこのことです。

Windowsのレベルメーターはリニア表示である

いきなりですけどこういうのをリニア表示、デシベルなんかを使ったのを対数表示といいます。”Audio Test” なんかはそのどちらとも違って、大事なところだけ大きく拡大して見やすくしたものなんですね。オーディオ用のレベルメーターってみんなそういう工夫がされています。

なぜかっていうと、0dB～-30dB くらいの範囲でわりと細かくレベルを合わせたいからなんですね。ですから、-30dBで1ミリしか表示しないようなメーターだと都合が悪いわけです。マイクロソフトさんのレベルメーターは、オーディオ屋さんには評判が悪いし、使い勝手が悪いレベルでダーメーと。

音量ボリュームもリニアなんだろ？！

当然ボリュームのほうもリニアだろうと思いますよね？調べてみますよ。今度は、”Audio Test” の出力を 0 dB、つまりめいっぱいにしてそれをさっきの音量ミキサーのボリュームで絞り込んでみます。

やっぱり！ボリュームを動かすと、レベルメーターもそれに合わせてピッタリくっついてきます。ほら。

てなわけで、Windows の音量ミキサーのボリュームもレベルメーターも、使いにくいリニア動作、リニア表示だった。小さめの音を微調整するのがすんごく難しくなる、その理由はここだったんですね。前から知ってたから驚いてはいないんですけど……。

Windowsの音量ボリュームもリニア動作である！

余談。たとえば CuBase とか Audacity みたいなオーディオ用のアプリケーションには、ちゃんとしたレベルメーターがついてますよ。当然ですけど。

今日はまあここまでです。次回、っていつか分かりませんけど、ステレオミキサーと音量ミキサーの話をいたしますよ。

ではでは。

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PS2. 一日たったけど、メールの返事は今んところなしです。

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