CD-DA（Compact Disc Digital Audio）は、コンパクトディスク (CD) に音楽などの音声データ（デジタルデータ）を記録する規格である。コンパクトディスク開発に伴って、1980年にフィリップスとソニーによって規格化され、1982年10月1日に世界初の商用ソフトとしてビリー・ジョエルのアルバム『ニューヨーク52番街』が発売された[1]。これは一般消費者向けの音楽供給媒体として実用化されたデジタルオーディオとしても世界初である。なお「CD」と言う場合、ほとんどがこの項目で説明するCD-DAの規格に沿った光ディスク、またその光ディスクを媒体とする音楽ソフトそのものを指す[2]。
| Compact Disc Digital Audio CD-DA | |
|---|---|
| メディアの種類 | 光ディスク |
| 記録容量 | 74分（783MB相当）※規格上の容量 79分57秒（835MB相当）※最大限の容量 |
| コーデック | リニアPCM 16bit 44.1kHz 2.0chステレオ |
| 読み込み速度 | 1.2 Mbps （150 kiB/s、1倍速） |
| 回転速度 | 200 - 530 rpm |
| 読み取り方法 | 780 nm赤外線レーザー |
| 策定 | ソニー、フィリップス |
| 主な用途 | 音声 |
| ディスクの直径 | 12 cm |
| 大きさ | 120×120×1.2 mm |
| 関連規格 | コンパクトディスク |
従来のアナログオーディオと比較して、CD-DAはほとんどメンテナンスフリーかつディスクをプレーヤーに配置するだけで再生でき、ワウフラッターとノイズが無く、人間の可聴帯域（大体20Hz～20000Hzの帯域）の音声の記録と再生に対応したオーディオ規格となっている。ディスクの大きさが最大12cmで、プレーヤーに複雑な機構を設ける必要もないため、プレーヤーの小型化も容易になっている。このような利便性の高さから急速に普及し、アナログレコードに代わって世界標準の音楽供給媒体になり、後のデジタルオーディオシステムにも影響を与えた。
CD-DA規格制定当時はディスクに記録されたデジタルデータをコピー（リッピング）する手段がなかった。しかし1990年代後半のWindowsパソコン普及後にバックアップツールが登場したうえ、CD-DAにはSCMSフラグ以外の著作権保護機能が存在しないことから、コピーを無制限に行えることが問題視された[3]。この対策としてコピーコントロールCD（CCCD）と呼ばれるコピーガードを搭載したディスクなどが登場するが、エラーが多発[注釈 1]して音質が低下したり、一部のプレーヤーでは再生自体ができないか故障の原因になるなどの弊害がある。またコピーガードを搭載したことで、CD-DAの仕様から逸脱したディスクにはCD-DAのロゴマークを付与することができない。このような問題からCCCDは登場から2年半で市場から撤退し始めた[4]。
一方で音質向上の観点から、CD-DAの仕様範囲内の「高音質CD」と呼ばれる製品が登場したり、ハイレゾなどの音質向上技術が採用された音楽CDも開発されている。
こうしてCD-DAは40年以上の長きに渡り世界標準の音楽供給プラットフォームとして利用されているが、インターネットを介して利用する音楽配信サービスが普及[注釈 2]するに伴い、利便性に劣るCD-DAの需要は急速に減少し続けている[6]。
仕様
規格書「レッドブック」によりライセンスされているが、これは表紙の色が赤であったことに由来する[7]。レッドブックは機密文書のため契約者以外には公開されないが、IEC-60908 Audio recording - Compact disc digital audio systemで標準化されている。
コピーガードが掛けられていたり、DTS-CD等のサラウンドデータが収録されている場合を除いて、CD-DAの本体およびパッケージには、「compact disc digital audio」ロゴが付いている。
主な仕様は下記である。他にも詳細な規定がある。
- データ形式 - リニアPCM
- サンプリング周波数 - 44.1 kHz
- ビットレート - 1411.2 kbps
- 量子化ビット数（ビット深度） - 16 bit signed
- チャンネル数 - 2.0 chステレオ
- スピンドル穴直径 - 15 mm
- プログラムエリア内周 - 25 mm
- プログラムエリア外周 - 58 mm
CD-DAは最大99のトラックを納めることが可能であり、各トラックには最大99のインデックスを付与することが可能となっている。
サブチャンネル
各セクターには2352バイト（24×98）のオーディオ・データ、及び96バイトのサブチャンネル・データが配される。
各セクターの96バイトのサブチャンネル情報には各24バイトのパケットが4つ配される。内容は1バイトのコマンド、1バイトのインストラクション、2バイトのパリティQ、16バイトのデータ、4バイトのパリティPである。
96のサブチャンネル・データの各バイトは8ビットにわけて考えられる。その各ビットは、それぞれ別個のデータ・ストリームに対応している。これらのストリームは“チャンネル”と呼ばれ、Pから始まるラベルを付されている。
| Channel | P | Q | R | S | T | U | V | W |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bit | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
チャンネルP及びQは通常のオーディオCDではタイミング情報の為に用いられる。これらはCDプレーヤがディスク内での現在位置を追跡するのを補助し、同時にCDプレーヤの時間表示の為の情報にも供される。
チャンネルQは、より高性能なプレーヤの制御目的で使われる。(MCN)やISRCを含む。ISRCはメディア産業で用いられ、他に含まれる情報として、オリジナル盤の国、発売年、権利者、そしてシリアル・ナンバー、及び以下の様ないくつかの追加タグがある。
- データ
- このトラックは（オーディオよりも）データを含む。オーディオCDプレーヤをミュートさせる為に用いる事が可能。
- SCMSフラグ
- トラックのデジタル・コピーに関する権限を示すSCMSの為に使用される。但し、トラックが暗号化される訳ではないので、SCMSフラグの設定値を意図的に無視してリッピングを行う事も可能である（特にPC用のリッピングツールの場合）。
- 4チャンネルCD
- このトラックは4チャンネル・オーディオを用いる。CDに於いては使われる事が無かった。
- プリエンファシス
- オーディオ・トラックがプリエンファシス記録されている。CD黎明期に多く用いられたが、段々と利用されなくなった。
チャンネルRからWはユーザーデータを格納する為の領域としている。曲名などを書き込むCD-TEXTや、画像を格納する、MIDIを格納するCD-MIDIなどの規格が存在する。
回転速度
それまでのレコードでは一定回転（角速度一定）により外周から内周に向けて記録信号を読み出していたのに対し、CD-DAでは逆に内周から外周に向け回転速度は落ちて行き、線速度一定で読み出される（CLV）。線速度は規格により1.2から1.4 m/sと定められている。これにはデータの先頭位置である最内周で最低459 rpm、最外周で最低198 rpmの回転数が必要となる。
データ転送速度
音楽CD（CD-DA形式）のデータの転送速度は等倍速で1倍速（1.2 Mbps=150 kiB/s）であり、この1倍を基準として、転送速度を表すのに「○倍速」という言い方をする。最大記録時間は640 MBのディスクで約72分、650 MBのディスクで約74分、700 MBのディスクで約80分となる。ただし規格上は97分まで可能。
記録性能
規格策定当時に業務用途のデジタル録音で使われていたPCMプロセッサーと同等の記録性能を持つ。
ビット深度とダイナミックレンジ
16 bitというビット深度は96 dBのダイナミックレンジを持つ。規格策定時、フィリップスが14 bitでの妥協案を示したが、ソニーがクラシック音楽のダイナミックレンジの大きさを考慮して16 bitを主張し続けた経緯がある。
サンプリング周波数と音の周波数
概ね20 kHz前後の周波数まで記録出来る。これは標本化定理によるものである。リニアPCMは理論上サンプリング周波数の2分の1までの周波数の音を標本化可能であるため、CD-DAのサンプリング周波数44,100 Hzの半分の値である22,050 Hzが記録可能な周波数の上限値となる。この値を超える周波数帯は折り返し雑音となるため、通常は録音から音楽CDが作られるまでの間にフィルターが掛けられる。そのため22,050 Hzより高い周波数、フィルターのカットオフ周波数の領域はカット・減衰され記録されていない。ちなみにサンプリング周波数が44.1 kHzという一見中途半端な値であるのは初期のデジタル録音にVTRを流用していたことに起因する。CDの開発当時はリニアスキャン方式の音声用テープにデジタル記録することが不可能であったため、PCMプロセッサーで映像信号に変換してヘリカルスキャン方式のビデオテープに記録する事が多かった。
音楽CDの種別
音楽CDとして流通するディスクの大部分はCD-DAであるが、一部例外もある。CD EXTRA (CD-DA+) はCD-DAに後方互換性があり、CD-DA用のプレーヤー（CDプレーヤー）やPCのCDドライブで再生可能である。また、リッピングを防ぐため独自規格としたコピーコントロールCD (CCCD) やセキュアCD（ライセンスを逸脱した製品のため、厳密には「CD」とは呼べない）は、オーディオメーカーやPCメーカーでは動作保証外としており、一部のCD-DA用プレーヤーやPCのCDドライブでは再生不可能である（最悪の場合は機器が破損することもある）。詳細は(コピーコントロールCD#問題点)を参照。
また、時代が進むにつれて、CD-DAの枠を超えた高音質がCD-DAの仕様を逸脱しない範囲で実現できるように、様々な信号処理技術やデータ圧縮技術が投入されている。最先端では、MQA-CDのハイレゾデータの隠しコード化技術[注釈 3]がある。ただし、隠しコードのハイレゾデータを利用するためには専用デコーダーを通す必要がある。
- 規格内
-
- 通常のCD
- 詳細は「(コンパクトディスク#仕様)」を参照SPARS（The Society of Professional Audio Recording Studios）コード
- デジタル機器が高価で普及していない1980年代にはコストの問題でアナログレコード用マスターテープを流用するケースが多々あり、制作工程がデジタル処理かアナログ処理かという違いも散見された。制作工程のデジタル処理（Dと表記）/アナログ処理（Aと表記）の区別は、SPARSコードでレコーディング，ミキシング，マスタリングの順に「AAD」，「ADD」，「DAD」，「DDD」と音楽CDに明記される。デジタル環境への移行が完了した1990年代以降の音楽CDは新作の場合「DDD」で制作されることが普通で、SPARSコードが明記されていない音楽CDが殆どになっている（オーディオマニア向けとして敢えてアナログ処理の工程を採用して明記する場合はある）[8][9][注釈 4]。
- 高音質CD
- これらはいずれも既存のCDプレーヤー、PCのCDドライブで再生できる。PCではリッピングも可能。あくまでもCD-DAの枠組み内で改良しただけであり、高音質という役割は後のハイレゾ配信に取って代わられている。
- エンコードの改良
- CDのビット深度の16 bitから単純計算される96 dBより広いダイナミックレンジを、ディザやコンパンダの原理を駆使して16 bitに落とし込む方法が中心であったが、エンコード技術の進歩によりハイレゾデータをCD-DAの枠内に記録可能とした規格も現れている。
- 20bit K2スーパーコーディング - JVCケンウッド・ビクターエンタテインメントが開発。1993年に実用化され、20 bit相当のダイナミックレンジをディザによって16 bitデータに織り込んだCDにマークが記載された。
- Extended Resolution Compact Disc (XRCD) - JVCケンウッド・ビクターエンタテインメントが開発。現在あまり生産されていない。
- HDCD - 隠しコードが埋め込まれており、対応プレーヤーでは隠しコードを読み取って適応型ローパスフィルターやディザ、プリエンファシスや波形のピーク拡張のオプション機能などで音質が向上できる。HDCDに対応しない一般的なプレーヤーでは隠しコードは聞き取れない程度の微小ノイズとして再生される。
- MQA-CD - ハイレゾデータの20 kHzを超える周波数成分をCD-DAの下位ビット（主にLSBを含む下位数ビット）に隠しコードとしてエンコードしたCD。HDCDの発展形のような方式で、従来のCD-DAでは不可能な20 kHzを超える超高音域も専用のデコーダーを通すことで下位ビットの隠しコードから元通りに展開することが可能になった。公式にはCD-DAで記録可能な可聴帯域に超高音域を折り畳む圧縮技術を『オーディオ折り紙』[10]と呼んでいる。20 kHzより高い周波数成分の振幅が小さく、CD-DAの下位ビットだけでも劣化させずに記録可能であることを仮定しており、従来のCD-DAと同じデータサイズで、352.8 kHz/24 bitのマスターからのデータも劣化させずに記録可能としている。音のにじみを生むプリーエコーやポストエコーを人間の知覚限界に迫る水準まで抑えながら、ハイレゾマスターの音を消費者に届けるシステムとしてMQAが作られており、その一部として配信用のMQAエンコード済みファイルや、CD-DAにMQAエンコードを行ったMQA-CDという製品が想定されている[10][11]。MQAデコーダー無しでCD-DAとして再生した場合にはハイレゾデータがエンコードされた下位ビットがノイズとして再生されるため、有効ビット深度が14 bit程度に落ちるというデメリットが生じる。
- 素材の改良
- CDプレーヤーで読み取りやすい素材に変更することで、ジッターなどの性能を向上させて音質を向上させる。
- GOLD CD - アルミニウムの代わりに金を反射材として蒸着したCD。アルミニウムと比べて金は金属の粒子が細かいため、読み取りレーザーの反射時の波形歪が少なく、金自体も極めて腐食しにくいという特長がある。
- スーパー・ハイ・マテリアルCD (SHM-CD) - ユニバーサルミュージックが主導。
- ハイ・クオリティCD (HQCD) - ポニーキャニオンが主導。SHM-CDに類似する。
- ブルースペックCD (Blu-Spec CD、BSCD) - ソニー・ミュージックエンタテインメントが主導。ブルーレイディスクの技術を応用。
- 後方互換
- 互換のない別規格
-
- Super Audio CD -「次世代CD規格」と呼ばれるが、物理的な構造はDVDに近い。通常のCDと互換性はなく、コピーガードを採用している。PCでは再生できない。
ゲームソフトのBGM用途
かつてパソコン用や家庭用ゲーム機用ゲームソフトの媒体がCD-ROMであった時代には、BGMをCD-DAで収録している作品もあった。BGM演奏にCD-DAが採用された理由としては、当時のパソコンや家庭用ゲーム機に搭載されていた内蔵音源よりも高音質だったためである[注釈 5]。
こうした作品は1980年代末期以降から登場するようになり、一時は広く用いられたものの、以下の理由などにより次第に少なくなった。
- ゲーム中はゲームディスクが必要となる。
- 1枚のディスクにゲームプログラムとCD-DAデータの両方を入れる必要がある。ただしこれは利点でもあり、一種のコピープロテクトとなりソフトの不正コピー対策として一定の効果があり、不正コピーを試みる悪質消費者から忌避された。
- 音楽データとして収録する場合よりもCDの容量を大きく取る。
- 仕様上の最大収録時間の関係から、比較的短時間しかBGMを収録できない[注釈 6]。
家庭用ゲーム機のソフト供給媒体がDVD-ROMに移行したこと、内蔵音源性能やプロテクト技術の向上、音楽データ圧縮規格の普及などにより、2000年代以降はゲームソフトのBGM演奏にCD-DAが使用されることは少なくなった。
脚注
注釈
- ^ コピー防止のためにエラー訂正機能をわざと酷使させてCDプレーヤーに多大な負荷を掛ける
- ^ ダウンロード販売は2003年開始のiTunes Music Store、ストリーミング配信は2008年開始のSpotify[5]
- ^ 隠しコード化とは、LSB（Least-Significant Bit，最下位ビット）側に音が聴き取れない程度の微小振幅のビット列を入れ込むということ。つまり隠しコードをデコードせずに通常のCD-DAとして再生する場合には下位数ビットが無意味なデータで破壊された状態（ノイズ）になる。隠しコード化を行う理由は、元々の音声データ区画の他に追加の音声データを入れられる場所が無いためである。
- ^ 古い時代のレコーディングでマスターテープがアナログしか残されていない場合は、可能な限りデジタル処理に寄せたとしてもADDの工程を採用するしかない。またアナログマスターテープの音をそのままCDに記録するような企画の場合はAADの工程を採用する。DDDによる音圧が高くワウフラッターのない安定した音が普及しきった時代には、高度な処理を施せるADDの採用が一般的であるが、逆にAADの自然な太い音が見直される場面も出てきている。
- ^ 例えばPCエンジン、メガドライブでCD-ROMを使用するための周辺機器であるCD-ROM2、メガCDが発売された際は、それまでのゲーム機よりも音質の高い音楽や効果音、人間の肉声などをゲーム内で多く用いることができる点が特長の1つとして大きく取り上げられた。
- ^ 一例として、PC-98版『信長の野望・天翔記』ではBGMとして内蔵音源とCD-DA音源の2種類が選べるが、CD-DA音源は内蔵音源よりも曲数が少なくなっている。
出典
- ^ - ウェイバックマシン（2002年10月30日アーカイブ分）
- ^ "CD". ASCII.jpデジタル用語辞典. コトバンクより2023年5月4日閲覧。
- ^ “seminar1103-1.html”. www.iajapan.org. 2023年4月26日閲覧。
- ^ “コピーコントロールCDを徹底的に総括する ファンとアーティストを傷つけ、法制度面でも問題山積”. asahi.com. ネット最前線>ASAHIパソコンNEWS. 朝日新聞 (2004年11月30日). 2023年5月4日閲覧。
- ^ “インターネットことはじめ 第6回 音楽配信への道～CDからストリーミングへ～”. ニュースレターNo.71. 日本ネットワークインフォメーションセンター (2019年3月). 2023年5月4日閲覧。
- ^ 竹内 謙礼. “CDが売れないサブスク時代に「CDレコ」がバカ売れしている「意外な理由」”. マネー現代. 2023年4月26日閲覧。
- ^ “CD Products”. フィリップス. 2020年8月8日閲覧。
- ^ Pacuła, Wojciech (2020年7月1日). “SPARS Code” (英語). Positive Feedback. 2023年4月26日閲覧。
- ^ “ボベスコ、リヒター、渡邉暁雄のTOKYO FMライヴ録音をAADによりCD化！ - TOWER RECORDS ONLINE”. tower.jp. 2023年4月27日閲覧。
- ^ a b “MQAおすすめ情報”. MERIDIAN AUDIO メリディアン・オーディオ. 2022年1月10日閲覧。
- ^ “Home”. MQA Japan. 2022年1月10日閲覧。