デジタル音声のデータ量の計算

学習の目的

  • 音声をデジタルに変換した時のデータ容量を計算することができる。

音をデジタルデータに変換した時のデータの容量はどのように求めるのでしょうか?

まず、計算する上で重要な、使用するスピーカーの数(チャンネル数)について確認しましょう。

モノラル・ステレオ・サラウンド

ところで、ギターを練習中なんだけどさ

一回パソコンで録音してみたくて、専用のアプリで録音しようと思ったら、「モノラル」とか「ステレオ」って設定があったんだ。

よく聞くよね、「ステレオ」とか。実際どういう意味なんだろう?

音声を再生するとき、1つのスピーカーから音を出すモノラルと、2つのスピーカーから音を出すステレオと、 3つ以上のスピーカーから音を出すサラウンドの方式があります。

この時の音の数を「チャンネル(ch)」という単位を使い、モノラルは1ch、ステレオは2chと表現します。

また、2つのスピーカーや、イヤホンから「モノラル」の音を再生すると、両方から同じ音が流れます。

スピーカーの数が変わるとどのような効果があるんですか?

人間の耳は、音の発生位置の判断ができます。

右に音がなれば、右だとわかりますよね?

確かに、なんでだろう?

例えば、左で発生した音は、ほんのわずかに早く左耳に届きます。

このわずかの時間の差で、音のする方向を判断するんです。

なるほどぉ

この性質を利用し、同じ音でも左のスピーカーより左のスピーカーの音を少し早くすれば、左から音が聞こえたように感じます。

このように、スピーカーの数を増やすことで、音に立体感を持たせることができるんです。

そういうことだったんだ!!モノラルやステレオって聞いたことあったけど、どういう意味かわからなかった。

参 考

音楽CDの音声データのフォーマットは、以下のようになります。


サンプリング周波数 = 44,100Hz

量子化ビット数 = 16ビット(2バイト)

チャンネル数 = 2

音のデータ容量計算

それでは、音声データの容量計算方法を教えます。

その前に、以下のことを確認しましょう。

1秒間に、サンプリング周波数の数だけデータが発生する。

1つのデータは、量子化ビット数の大きさのデータになる。

音声データは、チャンネル数(スピーカーの数)だけ必要になる。

以上を踏まえて、計算式はこれです!!

データの容量(バイト) = サンプリング周波数 × 量子化ビット数 × 音声の秒数 × チャンネル数 ÷ 8

サンプリング周波数や量子化ビット数が増えれば音質はよくなりますが、その分データの容量も増えます。

ほとんど掛け算か。最後に8を割る以外は。

8で割っているのは、掛け算だけで求められるものがビット数なので、それをバイトに変換しているんです。

量子化ビット数はだいたい8の倍数になるので、その数を8で割るのが早いですね。

そう考えると、ほとんどかけるだけなので覚えやすそうですね。

確かにそうなのですが、求める値によって計算式が変わってきます。

例えば、データ容量がすでにわかっていて、その音声データの秒数を聞かれたら?

なるほど、計算の方法も変えなきゃいけないな。

データ容量計算練習問題

問題1

ラジオ番組が以下の設定で放送されていたとして、そのままの設定で記録をした時、

音声データの容量を、バイト数(MB)で答えてください。

・サンプリング周波数:30kHz(30,000Hz)

・量子化ビット数:8ビット(1バイト)

・チャンネル数:モノラル(1ch)

・時間:30分(1800秒)

ヒント

サンプリング周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 × 秒数 で求めます。

量子化ビット数が「8ビット」なので、これを「1バイト」として計算すれば、ビットからバイトへ変換する計算の必要はありません。

答え

サンプリング周波数(30,000) × 量子化ビット数(1) × チャンネル数(1) × 秒数(1800)

= 54,000,000バイト = 54Mバイト

答え:54MB

問題2

モーツァルトのピアノソナタ第11番・第3楽章の「トルコ行進曲」が、以下の設定で記録されています。

記録されたデータのバイト数を求めましょう。(小数第2位を四捨五入し、小数第1位まで求める)

・サンプリング周波数:44.1kHz(44,100Hz)

・量子化ビット数:16ビット(2バイト)

・チャンネル数:ステレオ(2ch)

・時間:2分47秒

ヒント

サンプリング周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 × 秒数 で求めます。

量子化ビット数が「16ビット」なので、これを「2バイト」として計算すれば、ビットからバイトへ変換する計算の必要はありません。

答え

サンプリング周波数(44,100) × 量子化ビット数(2) × チャンネル数(2) × 秒数(167)

= 29,458,800バイト = 約29.469MB

答え:29.5MB

問題3(応用問題)

以下のように記録される音声データがあります。

・サンプリング周波数:20kHz

・量子化ビット数:16ビット(2バイト)

・チャンネル数:モノラル(1ch)

5MBの空き容量がある記憶媒体にこの音声を記録する場合、何秒記録できますか?

ただし、1MB = 1,000,000 として扱います。

ヒント

サンプリング周波数 × 量子化ビット数 × チャンネル数 で、1秒の記録容量を求めます。

それを5MBの記憶媒体に記録するので、5,000,000(5M)÷ 1秒の記憶容量で求めることができます。

答え

サンプリング周波数(20,000) × 量子化ビット数(2) × チャンネル数(1)

= 40,000バイト(1秒の記憶容量)


5,000,000(5MB) ÷ 40,000 = 125秒

答え:125秒

情 報 こ と ば キ ー ワ ー ド

モノラル

1つのスピーカーだけの音声

ステレオ

2つのスピーカーを使う音声

サラウンド

3つ以上のスピーカーを使用する音声

Well done!

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