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5.1ch再生に於けるLFEについて (marantz NR-1711)

日記・雑記
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http://kanaimaru.com/av/avqa.htm
[:image1:]
今日は低音、
特にLFEを中心に自分なりに調べた事を書きます。

5.1ch再生に取り掛かって数カ月の駆け出しですので・・・
変な事書いているかもしれませんが・・・お手柔らかにお願いします。
主な試聴ソースはNetflixと地上波デジタルです。どちらも5.1ch可能。

構成は4部に分けてみました。
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はじめに.
第1部.拙宅のサブウーファー(アドオン)
第2部.映画のサブウーファー(LFE)
第3部.2.0chにおけるサブウーファーの役割(アドオン)
第4部.5.1chにおけるサブウーファーの役割(LFE)
おわりに.
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■はじめに.
私の再生装置はその初期の頃からサブウーファーがありました。
ハイエンドではない安価なスピーカーでは、低音再生が大きな課題であり
安価なスピーカーのまま低音再生するにはサブウーファーが不可欠だったからです。このような使い方を本日記では「アドオン」と称します。
この「アドオン」と対比して、低音だけ独立した再生チャンネルとその再生スピーカーユニットまでもを総じて、それらを本日記では「LFE」と称する事にします。
私事ですがつい最近まで私は「アドオン」だけでしたが、
AVアンプ marantz NR-1711を購入した事を契機に「LFE」を導入する運びとなりました。導入に至るまでに色々と下調べが必要でしたが、それら全てを記憶しておく事は難しいので日記に残しておこうと思ったのが、本日記です。

■第1部.拙宅のサブウーファー(アドオン)
[:image5:]これがアドオンのイメージです。AVアンプはありません。
スピーカーが小型なので、出ない低音を右下のサブウーファーで補います。
スピーカーに対しては全周波数帯域(オールパス)を送り込んでいます。
特にローカットは行わず、単純にサブウーファーの後付けです。
クロスの周波数や音量はサブウーファー側で調節するものです。
簡単ですが、これが「アドオン」のイメージです。

ちなみに拙宅のメインのJBL 4344は低音が割と下まで出ているので
サブウーファーはアドオンしていません。メインは単純なステレオ再生です。
拙宅での代表的なJBL 4344の周波数特性を下に載せておきます。
やや左肩上がりで、低音・高音も欲張らないカマボコ特性です(^^;
[:image6:]100Hzのディップというか窪みは、定在波によるものです。
スピーカーを内向きに振るとこのディップは浅くできますが、それをすると周波数特性がまるで無響室測定のように嘘臭いものになるので敢えてこれを載せました。

※OmniMicの測定の ‘デフォルト設定’ が、部屋の反響を無視する
 言わば ‘疑似無響室測定’ な感じ?なので、こういう結果です。

※あんまり綺麗な測定結果を載せると逆に批判を浴びる場合があります。
 恐らく ‘疑似無響室測定’をご存じない 人 による批判ですが・・・。

ここまでが一般家庭での普通な? サブウーファーの般的な使い方でした。

—————– まとめ ——————–
○大型スピーカーにはサブウーファーは使わない。
○小型スピーカーにはアドオンする。
———————————————

■第2部.映画のサブウーファー(LFE)
マルチチャンネル再生になると低音の概念が一変します。
そうLFEの登場です。

かないまる氏によれば・・・
引用ここから
**************************************************************
————-
そこでまず、5.1チャンネルが生れたワケを書きましょう。

5.1チャンネルは、5個のメインチャンネル(フロントL/R、サラウンド(リア)L/R、センター、LFE(低域専用))で構成されています。そしてこのLFEチャンネルは、映画館の都合で生れたものです。

このLFEは、メインの5チャンネルのスピーカの低音が出ないから使うわけではありません。低域の再生帯域は実は十分あります。その証拠に、映画では音楽ではあまり使われないような低域成分を観客の心理状態をコントロールするために結構多用していますが、意外なことにLFEではなくメインチャンネルが使われることが多いのです。多分それは、音の基本的クォリティーがメインチャンネルのほうが高いからだと思います。

しかしメインチャンネルの低域はあまり大きな音は出せません。ドカーンという爆発シーンや宇宙の戦闘シーン(なぜ音がするんだろう(^_^;))等では、音量が足らないのです。

そこでここぞというとき用に音量稼ぎ専用に作られたのが、150Hz以上の帯域がない低音専用の LFE(low frequency effect)チャンネルです。

ここで話を整理してみると、

映画館では、サブウーファを使わなくても、メインチャンネルの低域の周波数特性は十分にあるしクォリティーも高い
しかし最大音圧はあまり大きくないので、それを稼ぐためにLFEがある
ということになります。
**************************************************************
引用ここまで

かないまる氏、AVアンプ設計者だけあってとても明快で分かりやすい説明でしたが、
追補してみます。といっても M2TB rev.3.5.2 の請け売りです(^^;

まず映画館では別にメインスピーカーの低音再生能力が低い訳ではないのに
サブウーファーが用意される理由についてです。
低音は大口径ウーファーほど再生しやすく、逆にウーファー口径に制限があると
ピストンモーションというかストロークで口径を補う事になります。
10cmウーファーで20Hzを実現しようとすると、目玉が飛び出るほどストロークが必要で?努力してもそれほど音量を稼げません。20Hzのレベルが小さいからといってパワーをどんどんぶち込んでも壊れるだけです。

    <<ポイント:低音はストロークが必要!!>>

効果音によって、
LFE担当のサブウーファーがフルストロークしている場合を考えます。
もう少し具体的に30Hzの正弦波でフルストロークしているとしましょう。
[前へストローク][:image3:][後ろへストローク][:image4:]
再生しているのは30Hzだけですが、既にめいいっぱいです。
ここに50Hzや100Hzといった別の音が重なってきたら、
ストローク量をオーバーしてウーファーがどこかに衝突するか何かして、
異音が発生し、最悪は壊れます。
効果音と再生音を同時に再生は出来ない場合がある事が分かりましたでしょうか?

フルストロークの30Hzと再生音は絶対に同居できません。
ではどうするか?

音量を下げる他に解決方法はありません。
アンプの音量つまみを下げても良いでしょうし、収録段階なら収録レベルを下げることになります。

映画で何回~数十回しかない派手な音のために
全体の収録レベルを下げる事になる・・・そんな馬鹿な事はないので、
チャンネルを分けている。そういう風に私は理解しています。

<閑話休題:PCオーディオの世界> ここから
PCオーディオの世界、Windows環境でよく耳にする『WASAPI排他モード』。
Windowsでは様々な音が再生されます。メール着信の「ピコーン!」、エラー「デッン!」、リッピング終了を知らせる「チャラチャチャン!!」などです。
さて、収録レベルMAX(0dB)まで使われた音圧上げ上げなCDなど音楽ソースを聴いている最中に、それら派手な効果音「ピコーン!」が鳴ったらどうなるでしょう?普通に考えれば、最大レベル(0dB)よりも大きな音はデジタルの世界では存在しないので、音が壊れます。
そういう問題が出ないように、Windowsには大きな音を小さくする『ピークリミッター』というのが標準搭載されています。音質を優先するには、この『ピークリミッター』を解除する事なりますが、解除したら前述の問題が発生してしまいますよね?。
そこでその解決方法として、
そもそも「複数の音は出さないようにする」という手段が採用された・・・のだと自分は理解しています。すなわちそれが『排他』です。
『WASAPI排他』となると更にサンプリングレートの変更処理や音量調整も?バイパスされるなど諸々の処理がBypassされます。(オーディオエンジンをBypass)
そうするとどうなるかというと、CDならば、CDに記録されているデータと、Windwosから出力されるデジタルデータが完全に一致するような状態になります。この事を一般的に『ビットパーフェクト』と呼んでいます。
音を混ぜると音の総量が増えて、オーバーして、破滅する事がある。
だから、特定のch”だけ”占有させて使用するのですね。
混ぜない理由が ここにも? ある。
<閑話休題:PCオーディオの世界> ここまで

<閑話休題:救急車のドップラー効果> ここから
救急車が通り過ぎるときのサイレン音、「ピーポー ピーポー」。
これの音程が変化するように聞こえるのはよく知られた現象です。
ドップラー効果です。

なぜこんな話を今?

Yahooブログの住人だった頃、某四国在住のブロ友さんに教えてもらった事です。

某:「大振幅状態のウーファーは前後に振動板が動いている。」

私:「うんうん、そうですよね。」

某:「そのウーファーで高音まで再生したらどうなるか?」

私:「というか、フルレンジスピーカーとはそういうものじゃないのですか?」

某:「そう。それは、あたかもツィータが前後に動いているようなものだから
  スピーカーと聴者の間にドップラー効果が生まれる事は想像に難くない。」
 
私:「そりゃ気持ち悪いですね」

こんな感じです。

いくらスピーカーを強固な床にリジットに設置したとしても、
発生音源である振動板が前後に何㎝も激しく動いていたら全てが台無しです。
こういった意味からも、大振幅な信号は、専用の再生ユニットに音出しを任せた方が良かろうとう結論です。

ツイーターは、
ウーファーと一緒にゆらゆら動いてはダメ。
ツイーターは静止しているべき。

    <<ポイント:低音ユニットは”低音だけ”再生しておけ!!>>

JBLの古典的な、D130と075による2Way構成はいかにもこの結論からは
良い音が出そうにありませんが、
口径の大きなウーファーは低音再生にそれほど前後のストロークを要しませんので大丈夫?かな。D130自体が重低音を目指したユニットではなくフルレンジユニットなので前後ストロークは少ないとも想像されます。

ATCの小型スピーカー、SCM-10などは凄くストロークするようですが、
世間の評価は凄く高いです。それにYoutubeの空気録音を聴いてみても
なかなか良いです。

だから、どのような製品にも
このドップラー効果の説が有効だとは言い切れない・・・
と、お茶を濁しておきます
<閑話休題:救急車のドップラー効果> ここまで

長い休題でしたので、そろそろ戻ります。

大振幅な効果音を専用ch(.1)に分けておくと、
メリットがあります。
メインチャンネルらは、それらの音だけに専念できます。
収録レベルも0dBMAX付近まで使っても問題ありません。(Dレンジの拡大)
メインチャンネルらのスピーカー本体も、効果音の超低音が無ければ
本来の性能の”大きな音”を再生可能です。能力を使えるわけですね。
(超低音を同時に再生しようとすると、音量を絞らねばならない。)

そして、LFEの音だけをサブウーファーで鳴らしている限りは
サブウーファーの音が不自然に感じられる可能性は低いです。

なぜなら、
爆発音などの効果音の際しか・・・ウーファーは鳴らないから。
※映画の最中ほとんど鳴らない

もしも不自然に感じられるとすれば、
サブウーファーのアドオンが不要な程度に大きなスピーカーをお使いで、なお且つAVアンプ側でアドオン的な使い方をしている場合が考えられます。
例1:サブウーファー設定を「LFE+メイン」にしている
例2:スピーカー設定を「小」にしている(「小」はメインとサブウーファーとの『クロスオーバー』する事と同義です。)
※再生の最中ほとんど鳴ってる
そのような場合、サブウーファーをLFE専用にすればOKです(厳密には更にサブウーファーのレベル設定)。marantz製の場合ならば、 ”5.1chソースの時に” Direct(又はPureDirect)を使用する事です。
※これが設定方法の全てではありません。望む結果や状況に応じて、
 適切な『解』は、異なる場合がございます。
※2chソースをDirect(又はPureDirect)で聴く場合、かつ
 スピーカー構成にサブウーファーが在るとき、メインが「小」でも
 サブウーファーは鳴らなかったように記憶しています。記憶が曖昧。
※5.1chソースをDirect(又はPureDirect)で聴く場合、かつ
 スピーカー構成にサブウーファーが無かったとき、
 メインchにLFE信号音を割り振るかどうか?
 それは取扱説明書の表に書いてあった気がします。

■第3部.2.0chにおけるサブウーファーの役割(アドオン)
よく分からないタイトルですね。2.0chだと???
STEREOならピュアオーディオに任せておけば良いのですが、
敢えてマルチチャンネル再生環境でもSTEREO音源を聴きたいよね?
そんなニーズを表現したのが、ここでの「2.0ch」です。

AVアンプ、marantz NR-1711を購入して発生したニーズでもありました。
テレビ放送は2chと5.1chがころころ変化しますし。

このAVアンプを購入して、サブウーファー出力をサブウーファーに接続。
2chソースを再生すると、なんとサブウーファーから低音が出ます。
え?なんで?
LFEのチャンネルは無いのだぜ?なぜ鳴る???

もちろん、
サブウーファーの割り当て設定は「LFE」であって
「LFE+メイン」ではありません。

※「LFE+メイン」とは
 メインスピーカーの低音をサブウーファーに送る設定です。

どうやら・・・、
映画館ではなくて家庭用の製品であるAVアンプ、
というかその「おすすめ設定」は、
サブウーファーをアドオン的に使用する事のようです。
(Audysseyなど自動調節機能が拙宅で下した結論です。環境によっては別の結果になるかと。)

説明が面倒なので詳細は省きますが、
サブウーファーの扱い方はAVアンプの設定次第という事になります。

■第4部.5.1chにおけるサブウーファーの役割(LFE)
そんなの言われてなくても分かっておるわ!!という人は大半ですよね。
そもそも5.1chの.1はサブウーファーなのだから必要なはずという考えです。

ですので、重要な事項を1つだけ書いておきます。

それはサブウーファー内蔵のローパスフィルター。
つまり中音や高音をカットするフィルターについてです。

下図の
上側は AVアンプ marantz NR-1711の取扱説明書からの抜粋、
下側は サブーファー Fostex CW250Dの取扱説明書からの抜粋です。
[:image7:]AVアンプの「サブウーファー出力」端子を使用する場合、
サブウーファー本体側のフィルターはOFFしておく必要があります。
Fostex CW250Dの場合には上図の下側「LPF PASS」スイッチを「ON」です。

逆に、
「サブウーファー出力」を使用しないでプリアンプの「プリアウト」端子を使用する場合には「LPF PASS」スイッチを「OFF」します。

※接続元がウーファー用なのか、
 それともプリアウト(全帯域出力)なのかで運用が全く異なる。

ここをミスすると、
下記の①と②、2つの原因で不自然な音になる可能性があります。
※①と②は単独ではなく複合して問題となっているかも

①レベルの問題:
AudysseyなどAVアンプに搭載の調整機能はサブウーファーチャンネルをチェックする測定用音声を再生した際に、音量をチェックします。
当たり前ですがサブウーファー本体側のフィルターが有効になっていると、その音量はオールパス時と比較して、かなり小さくなります。
音量が小さいと・・・AudysseyなどAVアンプに搭載の調整機能は、サブウーファーチャンネルの音量レベルを増量(+)して、更にサブウーファー以外のメインチャンネルの音量レベルをマイナス(-)するようです。
※計6回行われる測定のうち2か3回目にウーファーのレベルアップが確認されました。
サブウーファーの音量レベルが 増量 されることで、
ウーファーのストロークの 『限界』 が、
プリアンプ側?でのご所望のボリューム位置よりも手前で
(限界が) 来てしまう問題が発生しかねません。

(音量が小さい≒再生が難しい域の低音。これは、いくら信号レベルを上げても・・・出ないものは出ない。出そうとすればストロークが不足して、やがて破綻する。AVアンプには、ウーファーは大きい音が出るよーとアピールする必要があるのかも(すなわちフィルターのPASS)。パワードなウーファーが壊れる事があるとすれば・・・このようなAVアンプ側とウーファー側とで ”二重にフィルターをかける事” が、要因になっているものが存在しているかもしれません。)

②周波数帯抜けの問題:
LFEチャンネルに収録されている音は、一般に20~120Hz程度とされています。サブウーファー本体側のフィルターがこれよりも低い位置にあると、再生しなければならないLFE、効果音の周波数帯の一部が ”ゴッソリ” 抜け落ちる事になります。これは絶対に不自然な音。
例えば、サブウーファーのLPF設定が40Hzにされていた場合、
映画などのLFEチャンネルに含まれている40Hz以上の周波数はカットされてしまいます。サブーファーを使う設定なら?このパラドクス?に陥ってしまいます。(40~120Hzを受け持つスピーカーは、サブウーファー以外に無い。だけれど、サブウーファーは40Hz以上をカットする。)
この状態に気付かない場合、「サブウーファーを使わない方が音質が良い」という結論に至るのは自然な事です。LFEチャンネルがあって、サブウーファーを使う場合、かつAVアンプのサブーファー端子を使うのであれば、サブウーファーのフィルターはBypassして無効化しなければなりません。

■おわりに.
拙宅のAVアンプ marantz NR-1711に初めてサブウーファーが接続され
初めてのAudyssey自動測定が行われました。その再生音は・・・
あくまで自然です。※人によっては物足りないかも?
ちなみに marantz NR-1711 のスピーカー設定は「小」にされているので、
スピーカーの低域は絞られてサブウーファーと 『クロスオーバー』 させる状態になっています。
通常の地上波5.1ch放送でもドカーン!という低音に出くわしたことは今のところなく、普段使いもサブウーファーはONのままで大丈夫です。(近所迷惑を考えた場合)

皆さんにはどうでもよいことですが、セットアップした5.1ch環境の一部を
紹介して終わりにしようと思います。
【フロント全景】リヤは見せられないので写真無し
[:image8:]【センタースピーカー】フロント左右が離れていて中抜けするので必須
[:image9:]【ノイズカットトランス】縁の下の力持ち NCT-I3 1kVA
[:image10:]
メインシステムはパワーアンプにNCT-I1 2kVA、
パワーアンプ以外にNCT-I2 500VAで落ち着きました。
ヒジヤンさんからは足元を固めるように助言頂きましたが、逆の方向に行ってしまいました。aetというところの次世代防振パッドVFE-4010Hを下に敷いています。
ノイズカットトランスを床に直置きした場合、床が振動板の役割をしてけっこうなブーン音の音量アップがありました。ソルボセインを挟むと良くなりましたが・・・経年で潰れてしまいそうだったので、耐久性が一応あるという防振パッドにしてみたところです。色々試したのではなく、とりあえずです。
音質がどうであれ?今のところ不満は無いので、あとは不満がでてきたら都度対処という事になろうかと。そんな近況なのでした。

おまけ.
CW250Dの取扱説明書です。
本日記と合わせて読むと意味がより理解できそうな気がします。
[:image2:]AVアンプで低音を管理する際、このLPFをPASSしてしまうと折角の-36dB/octカットが無くなって・・・クリアな音質が損なわれるような気がしますが、5.1chソースの場合、低音(効果音)であるLFEには~120Hzまでしか無い(中音や高音はそもそも無い)ので、カットする必要は無い。PASSしてOK。
※メインチャンネルからの低音MIXについては調べていません。

参照:
Q&A – かないまるへ[Q1]サブウーファは必要ですか。 etc 
※AVアンプ買う前にこれを読んでおけば良かった(^^;と感じる良情報。
 http://kanaimaru.com/av/avqa.htm

・Philewebニュース 2012年11月27日
 「ソニー、AVアンプ「STR-DN2030」でのこだわりを開発者“かないまる”氏が徹底解説」
 https://www.phileweb.com/news/d-av/201211/27/32058.html

・Excursion test of Denovo 15′ high xmax pro woofer (manufactured by Eminence) Slow-Motion ※日記中で紹介しましたウーファー写真の引用元
 https://youtu.be/L5gJgebTLNc

・M2TB(Multichannel Monitoring Tutorial Booklet) rev.3.5.2
 M2TBは以下のホームページからダウンロードできます。
  http://proaudio.yamaha.co.jp/
  http://www.sona.co.jp/

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