JPPA 会報 2010 年 4 月号

『連載ラウドネス講座』
第1回

ラウドネスの基礎とトゥルーピーク
技術委員会オーディオ基準小委員会

丸谷正利

いま関心の高まっているラウドネスを中心に、オーディオ全般のトピックも混えて解説記事を連載します。第 1 回はラウドネスの基礎と True-peak（トゥルーピーク）です。
すでにご存知の方もいると思いますが、民放連では 2011 年 7 月の完全デジタル放送化に向けて音声レベルに関する新しい運用基準を策定中です。JPPA でもオーディオ基準小委員会が中心となって民放連と話し合いを行っています。新運用基準では、テレビ番組や CM の音声レベル管理にラウドネスや True-peak という考え方を導入するという話です。民放連の動向についてもこの連載の中で触れたいと思います。
1．なぜラウドネスなのか？

べておきます。

昔からテレビの音量問題は議論されてきま「ラウドネス」は感覚量（心理量とも言いした。CM になるとうるさい、チャンネルを変ます）を測定する方法です。つまり「人の感えると音量が変わる、番組によってはセリフじる音の大きさ」を測定します。ラウドネスがよく聴こえないなど、視聴者からはいろいで音量管理を行うことは、音の大きさで音量ろなクレームが上がって来ます。それでもこ管理を行うことになるので、視聴者に対しレの問題はなかなか解決できないのが現状です。

ベル差の少ない番組や CM の提供が可能となアナログ放送では音声信号の変調度の関係かります。

らある意味で音声レベルに制限がかかっていこれに対し我々が日常使用している VU メます。しかし、デジタル放送になると変調度ータによる音量管理は、電圧レベルの大小でという制限が無くなり、物理的なレベルはメータを振らせているので物理量の測定とな0dBFS まで使用することが可能となります。

ります。このため、同じメータの振れでも実いまでもクレームとなっている音量問題がも際に人が感じ取る音の大きさが異なるというっと顕著化する恐れさえあります。これを避ことが多々あります。その理由は ISO 226 等

けるためにはデジタル放送に対応した音声基ラウドネス曲線（図－1）を見てお分かりのと準を作る必要があります。アナログ放送の経おりです。（実線が新規格(2003)、破線が旧規験から、現在の VU メータによる音声基準で格）。

は適切な管理が困難であることがわかってい3．ラウドネスと音圧レベルます。そこで、定量的に音量レベルを測定す

国際規格 ISO ではラウドネスの基準音は音る方法として注目されたのが「ラウドネス」

圧レベル 40dB の 1kHz 純音となっており、こです。の時のラウドネスが 1 sone（ソーン：ラウド2．ラウドネスとは何かネスの単位）となります。このラウドネスをラウドネス(loudness)とは人の感じる音の大デシベルと同じように対数表示にしたものがきさのことを言います。ラウドネスの詳細は「ラウドネスレベル」で、単位に phon を用い次回に譲りここでは基本的な知識について述ます。1 sone は 40 phon と定義されています。

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CM 制作の手法、「VU メータはそれほど振れしたがって、1kHz 純音の場合は、1 sone=40 phon =40dBSPLないが音量のある音」は、この物理量と感覚量の差を利用したものといえます。という関係が成立します。等ラウドネス曲線の 40 phon のカーブは 1 sone のカーブでもあ5．ラウドネスの測定ります。
1kHz 純音では、音圧レベルが 10dB 大きく

残念なことに我々が扱う音楽や番組音声のなとラウドネスは 2 倍（2 sone）になります。

ような非定常音（時間変動をともなう音）のしかし、図－1 から分かるように低域周波数にラウドネスを測定する方法はまだ確立されてなるにしたがって音圧レベルとラウドネスのいません。ISO 532B で規定されているラウド比率が大きくなります。20Hz では音圧レベル

ネス測定方法は定常音（ある一定サイクルでが同じ 10dB の変化でもラウドネスは約 4 倍に繰り返される音）が対象であり、非定常音のなります。

ラウドネスを正確に測定することが出来ません。ITU-R のラウドネス算出方法も試行錯誤の中で決められたアルゴリズムのひとつで、この方法が正確ということではありません。
例えば、純音に対しては正しいラウドネス値を求めることが出来ないという問題があります。
6．ITU-R の勧告文書
ITU-R ではラウドネスに関する勧告文書をいくつか出しています。ひとつは BS.1770 で、この文書はラウドネス測定アルゴリズムに関図－1

ISO 226(2003)して記述しています。二つ目は BS.1771 で、等ラウドネス曲線

この文書にはラウドネスメータに関する規定が記述されています。三つ目はまだ番号が取4．等ラウドネス曲線の読み方られていませんが BS.[LOUD]と呼ばれる、番

図－1 左側の音圧レベル 80dB のラインをた組の国際交換基準で、番組制作におけるターどると、1kHz ではラウドネスレベルがちょうゲットラウドネス（等価ラウドネスレベル）

ど 80phon になります。この曲線を左の方へたに関した文書です。この文書は 2009 年 11 月

どり 125Hz のところで音圧レベルを読むとの ITU-R 会議で採択され、現在国際投票に掛90dB になります。つまり 1kHz と同じラウドけられています。ここで合意されると正式勧ネスレベルを得るには音圧レベルを 90dB にし告文書となります。

なければならないことが分かります。この場
合、VU メータは 1kHz に対して 10VU も大き

7．ITU-R のラウドネス単位く振れることになります。63Hz の場合はさらITU-R ではラウドネスレベルの単位としてにその差が大きくなります。一方、3kHz 近辺

LKFS を用いています。これは ISO/IEC が定の周波数では同じ 80phon のラウドネスレベルめているラウドネスレベルの単位 phon と異なを得るのに約 77dB の音圧レベルがあればよいります。phon は実際に聴取している音のラウことが分かります。つまり、耳の感度は低域ドネスレベルを示す単位ですが、LKFS は録音ほど鈍く、3kHz 付近で最大となっています。

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うか。

データのラウドネスレベルを表す単位です。
60phon の 音 は ど ん な 環 境 で 聴 取 し て も

通常我々が使用しているピークレベルメー

60phon ですが、-24LKFS の音は再生時に音タは、A/D 変換されたサンプルデータのピーの大きさ（視聴ラウドネス）を変えることがクレベル（これを Sample-peak と言う）を基できます。この違いを認識しておく必要があにレベル表示を行っています。この方法ではります。また、ITU-R のアルゴリズムは補正

周波数が高くなるとサンプルポイントが少な

カーブ K を用いた計算方法で、これは ISO のくなり、入力信号の“真のピーク”を捉えら

騒 音 レ ベ ル 測 定 方 法 （ A-weighted や C-れない場合があります。特にサンプリング周

weighted の sound pressure level）と原理は波数と整数倍の関係にある周波数はサンプル同じです。

ポイントが固定されるため、True-peak との誤3 月中旬に行われた EBU のラウドネスプロ差が生じやすくなります（図－2 参照）。

ジェクトチーム P/LOUD の会議では、LKFSよりも LUFS（Loudness Unit Full-Scale）の方が ISO 80000-8 のネーミングルールに合っているとの見解を出しており、ITU-R に対し修正意見が出てきそうです。
8．新勧告文書 BS.[LOUD]
先ほど述べた新勧告 BS.[LOUD]は、我々ポストプロダクション作業に関係する文書です。
この勧告は番組制作時のターゲットラウドネスとその測定方法を決めているからです。
BS.[LOUD] で は タ ー ゲ ッ ト ラ ウ ド ネ ス が 24LKFS となっており、ラウドネス測定方法として音響信号全体を測定する方法（日本、ヨーロッパ方式）と、ダイアログレベルを測定する方法（米国方式）の二つが認められています。また、視聴者が快適に感じるラウド

図－2

サンプリングタイミングによる誤差ネスの範囲（Comfort Zone）についても記述
10．Sample-peak とピークレベルオーバー

されています。ただし、この新勧告に記述されている-24LKFS を-23LKFS に修正しようとピークレベルメータで 0dBFS 管理を行っていう動きがあります。4 月 19 日から開催されいても、True-peak との誤差を生じる（本当のる ITU-R 会議で議論されることになりそうで信号はピークレベルオーバー）と、D/A 変換

す。

でオーバーロードを発生します。これはサン
プリング周波数の 1/2 以下の周波数は正しく変9．True-peak とは換される （シャノン の定理）か らです 。A/D

True-peak とは“真のピーク”という意味で変換の時は捉えることの出来なかったピークすが、要するにアナログ信号のピークレベルレベルであっても、D/A 変換ではそのピークのことです。これと今使用しているピークレが再現され、その結果オーバーロードになりベルメータの“ピーク”と何が違うのでしょます。

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ステレオやサラウンドの再生では、瞬間的グするような音響信号は考えられませんが、なオーバーロードは気付かれることが少ない大振幅の中低域信号の上にこれらの高域信号かもしれませんが、サラウンドからのステレが乗っている場合を考えると、誤差の発生はオダウンミックスではオーバーロードがもっ避けられません。と顕著になる可能性があります。また、音声

このような誤差を極力少なくして“真のピ圧縮の過程でもピークレベルの増加が懸念さークレベル”を表示しようというのが True-れています[文献 1]。このような問題も含めて、

peak の 考 え 方 で す 。 BS.1770-1 で は True-

ピークレベルの管理をしっかり行おうという

peak 処理のためにオプションを含め 6 つの条のが True-peak によるレベル管理です。

件が記載されています。そのひとつが PCM 信
号の 4 倍オーバーサンプリング（48kHz x4 =192kHz）処理です。先ほどの 16kHz で考え11．Sample-peak と True-peak の誤差
サンプリングでどの程度の誤差を生じるのると、4 倍オーバーサンプリングを行うことでか、48kHz/fs の Sample-peak と True-peak

Sample-peak と True-peak の差は 0.301dB まの最大誤差理論値を計算した結果が表－2 です。

で小さくすることが可能となります。

サンプルポイントが固定状態になる周波数の12．SACD のピークレベル最大誤差は、その周波数のピークがサンプル同じデジタル信号でも SACD は DSD 方式ポイントの中間にある場合となります。計算で A/D 変換を行っています。これはデルタシもその条件で行っています[文献 1, 2]。

グマ変調による 1bit A/D 変換ですが、サンプ被測定周波数True-peakとの誤差

Sample-peak 0dBFS 時の True-peak 値

リ ン グ 周 波 数 は 44.1kHz の 64 倍 （ 2.8224MHz）になっています。SACD の信号レベル

1kHz2kHz
4kHz
8kHz
12kHz
16kHz

-0.0186dB+0.0186dBFS-0.0746dB+0.0746dBFS-0.3011dB+0.3011dBFS-1.2494dB+1.2494dBFS-3.0103dB+3.0103dBFS-6.0206dB+6.0206dBFS
表－1 fs=48kHz の最大誤差理論値（下 5 桁目を四捨五入）
True-peak との差：True-peak を 0dB とした時のSample-peak レベル

規定では DSD 信号の 50%変調を 0dB（これを0dBSACD と呼ぶ）と定めています。したがって 100%変調（クリッピングレベル）の DSD
信号は+6dB となりますが、SACD に記録できる最大信号レベル（これを MaxPeak と呼ぶ）は+3.1dB までとなっています（50kHz 帯域）。
100%変調の信号レベルが+6dB ですから D/A
変換では記録上の Max Peak に対して+2.9dB

表－1 から分かるように、周波数が高くなるのマージンを持っていると考えることが出来にしたがって True-peak と Sample-peak の差ます。

が大きくなります。16kHz／0dBFS の信号を入力した時、ピークレベルメータ上では最大13．ピークレベルメータの運用マージンは？

6dB の誤差を生じることになります。例えば

それでは私たちが使用しているピークレベ

ピークレベルメータが 0dBFS を表示している

ルメータの場合、ピークをどのレベルで管理時、True-peak は+6dBFS かもしれません。まするのが良いのか、つまり最大ピークレベルた、ピークレベルメータが-6dBFS を表示してをマイナス何 dBFS で運用するのが適切なのいる時、True-peak は 0dBFS かもしれないとかについて考えてみます。これは悩ましい問いうことです。

題で、高域信号のレベルをどの程度まで考慮

現実には 8kHz や 16kHz 成分がフルスインするかということになります。例えば、

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8kHz/0dBFS の入力信号に対して、そのピー均値 0VU」は解析値から計算で求めた値です。

クレベルを保障するのであれば表－1 から、-「-24LOUD」はラウドネス値を-24LKFS にし2dBFS と考えることが出来ます。

た時の VU メータの平均値、「平均値 0VU」
は VU メータを 0VU 平均にした時のラウドネ

同様に 12kHz/0dBFS の信号を保証したけれス値です。

ば-3dBFS にする必要があります。
ITU-R のオーバーサンプリング後の誤差の考え方もこれと同じです（コラム参照）。
48kH サンプリングの時の理論上のマージンは20kHz で約 12dBFS 必要となります。
一方、実際の音響信号を分析してみると8kHz 以上の信号成分のレベルは-30dBFS 以下の場合がほとんどです。これを考慮すると実用的な最大許容レベルは-1～-2dBFS、安全を見て-3dBFS もあれば十分かも知れません（た図－3ポップスだし、圧縮時のマージンは考慮していません）。まだ分析途中なので詳しい報告は別の回に行います。
14．素材の録音レベル解析
最後に音声素材を使用した解析の一例を紹介します。波形とラウドネスメータ、VU メー
タ、QPPM（主にヨーロッパで使用されてい

図－4

CM1

る IEC Type II レベルメータ）による録音レベ
ル解析を行ってみました。使用した測定ソフ
トはラウドネス評価テスト用 LMCU v1.5（オーストラリア放送）です。少し古いバージョンなので現在 ITU-R で議論している新機能には対応していないことと、測定がモノラルのみ（ステレオ素材は Lch を測定）となっています。したがって、測定したラウドネス値は

図－5

スピーチ 2

図－6

バラエティ

最新のラウドネスメータと比べ多少異なることをご了承ください。
15．VU メータとラウドネスレベルの検証
使 用 し た 素 材 は 、 ポ ッ プ ス ・ CM・ ス ピ ー
チ・バラエティの 4 種類で、それぞれ 10 秒間を解析しました。解析画像を図－3～図－6 に、それを表にまとめたものを表－2 に示します。
表の「VU 平均」「LOUD 平均」は 10 秒間の解析値（平均値）です。「-24LOUD」と「平5/7JPPA 会報 2010 年 4 月号

タの平均レベルは-2～-3VU 以下にする必要がありそうです。昔から「ナレーションの平均レベルは-3 から-4VU」と言われてきましたが、今議論しているラウドネスレベルにぴたりと当てはまりそうです。
少ない素材を使用した一例ですが、これか表－2らもいろいろな素材を使って検証してみたい

素材の解析結果と思います。
今回の素材解析例では、ラウドネスレベルを-24LKFS 前後にするための VU メータの振次回は、ラウドネスの測定要素と快適範囲

れは、①スピーチのように人の声が中心の場（Comport Zone）を中心に述べたいと思いま合は-3～-4VU 前後、②バラエティのようにスす。

ピーチと BGM が入っている素材は-2.5VU 前
後、③CM のように COMP で固めた素材は-3[文献 1] ITU-R BS.1770-1, 2007～-4VU 前後、④ダイナミックレンジの広いポ[文献 2] Audio Precision Application Note #5,

ップス素材では-1VU 前後という結果になりまJulian Dunn, 2001

した。
現在の制作手法で作業した場合、目標とするラウドネスレベルが-24LKFS ならば VU メー

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【コラム】ITU-R の True-peak 計算
表は BS.1770-1 に記載されているオーバーサンプリング後の True-peak に対する Under-read の値、つまり、True-peak とオーバーサンプリング後の Sample-peak の理論的な誤差を示したものです。BS.1770 では Peak-sample という用語を使用していますが、ここでは本文と統一してSample-peak を使います。表から分かるように 4 倍オーバーサンプリング（192kHz）を行ってもfnorm=0.50（f=24kHz）では最大 0.688dB の誤差を生じます。当然、48kHz での誤差はもっと大きくなります。

Over-sampling
ratio (n)Under-read(dB) Max
fnorm = 0.45

Under-read(dB) Max
fnorm = 0.50

4810
1214
16
321(fs=48k )

0.554
0.136
0.087
0.060
0.044
0.034
0.008
16.113

0.688
0.169
0.108
0.075
0.055
0.042
0.010
∞

表

16kHz 信号最大誤差(dB)
fnorm = 0.3333
0.30110.07460.04770.03310.02430.01860.0047
6.0206

20kHz 信号最大誤差(dB)
fnorm = 0.4167
0.47360.11680.0746
0.05180.03800.02910.007311.7400

オーバーサンプリング後の True-peak と Sample-peak の読取り誤差（網掛けは 48kHz サンプリング時の最大誤差）

BS.1770-1 では下式を使って表の計算を行っています。
maximum under-read (in dB) = 20log(cos (π*fnorm /n))fnorm=最大周波数÷サンプリング周波数（例えば 24kHz÷48kHz=0.50）
また、100% True-peak のレベルを 0dB TP とし、dBFS と区別しています。例えば-1dB TP とは100% True-peak レベルから 1dB 下がったレベルのことで、-1dBFS とは意味が異なります。
表の網掛け部分は筆者が追加計算した 16kHz と 20kHz の最大誤差と、ratio 1（=48kHz サンプリング）時の fnorm 及び 16k、20kHz の最大誤差です。通常のピークレベルメータはサンプリング周波数のデータでピークレベル表示を行うので、ratio 1 の誤差を生じるおそれがあります。ただし、本文でも説明しているように 20kHz 信号はサンプリング周波数と整数倍の関係ではないので、サンプルポイントが固定されることはなく、ピークレベル表示上は大きな問題になりません。
BS.1770-1 にはオーバーサンプリングを行っていないピークレベルメータに対して、何 dB のマージンが適当なのか記述がありません。表から分かることは、ITU-R が推奨する 4 倍オーバーサンプリングを行った時、そのピークレベルから 1dB のマージン（-1dB TP）を取れば問題ないということです。ただし、これは通常のピークレベルメータに対し 1dB のマージンがあればよいという意味ではないので、誤解のないようにしてください。
米国 ATSC が発行した RP A/85 の中にも True-peak に対するマージンの記述があります。そこ
では後処理も考えて-2dB TP が適当としていますが、やはり通常のピークレベルメータに対するマージンは記載されていません。ピークレベルメータで監視する場合のマージンに対する筆者の考えの一部については本文で述べているとおりです。

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