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あらゆる音源を再生可能!高音質の要求に応えるハイレゾ対応オーディオSoC

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電波新聞 ハイテクノロジー 次世代オーディオデバイス特集 あらゆる音源を再生可能!高音質の要求に応えるハイレゾ対応オーディオSoC

はじめに

音楽を楽しむシーンは、時代を経て技術の進化とともに多様化が進んでいる。最近の約20年を振り返ってみると、音楽メディアは、フラッシュメモリの開発により、CDに代わってUSBメモリやSDカードなどのメモリ媒体への保存が可能になり、その大容量化が進んでいる。また、CPUの高集積化、携帯電話の高機能化が進み、さらにインターネットの高速化により大容量のデータ転送ができる環境が整ったことで、スマートフォンからBluetooth®により簡単に音楽を楽しめる機会が提供されている。

技術の進化とともに見られた音楽メディアの変化は、楽曲のフォーマットや、再生するオーディオ機器の種類にも大きな影響を与えた。楽曲フォーマットで言えば、従来は、CDのLinear PCMからデータ圧縮が行われたMP3やWMA、AACフォーマットが主に扱われていたが、現在の大容量化、高速データ転送の通信環境においては、より高密度のオーディオフォーマットであるFLACやDSDなどが採用されるようになった。一方、オーディオ機器においては、CDがメインであったラジカセやシステムコンポから、より軽く、小型化したシステムで音楽を楽しめるようになり、さらにBluetooth®対応スピーカーに至っては、ほぼスピーカー単体の大きさまで小型軽量化を実現した。

このような音楽を楽しむシーンの変化により、オーディオ機器を開発するセットメーカーやデバイスメーカーに対して、従来のCD対応機器のみならずBluetooth®対応スピーカーなど幅広いラインナップの機器開発が要求されることになり、品質維持はもちろんであるが、開発負荷を抑えつつ、コスト要求を満たすデバイスの開発が市場から待たれることになった。

さらに、半導体技術が進化したことで、音源はCDクオリティに固執する必要がなくなった。CDの音質を超えるオーディオフォーマット(ハイレゾ)の普及を受けて、今後ますます高音質の要求に応えるハイレゾ音源が増加すると考えられる。

今回、ロームはこのような多様化、複雑化するオーディオ機器への要求、高音質への要求に対して、ハイレゾ対応オーディオSoCを中心としたオーディオソリューションを開発したので、それを紹介する。

ハイレゾ対応オーディオSoC開発の背景

セットメーカーにとっては、オーディオ機器の製品コンセプト設計や音楽を楽しめる音づくりにこそ、市場に提案すべき重要な使命の一つである。しかし近年の音楽を楽しむ環境の多様化、複雑化により、セットメーカーには高音質を達成するにあたって多くの課題が発生している。

まず一つ目は、前述したようにさまざまな音楽メディア、楽曲フォーマットへの対応性である。エンドユーザーの音楽を楽しむ環境が多様化しており、それに応じてセットメーカーは音楽メディアや楽曲フォーマットの対応を意識して開発する必要がある。

次に、CDやUSBメモリ、SDカードといったそれぞれの音楽メディアの再生安定性の課題がある。傷ついたCDや市場に大量に出回るUSBメモリは、世界市場で見ると規格を満たさないものも存在する。オーディオ機器の信頼性にも関わるこの再生安定性の問題は重要な要素となる。

その次に挙げられるのが、オーディオ機器が複雑化することにより、ハードウェア開発工数以上に、ソフトウェアの開発工数が増大しているという課題がある。複雑なハードウェアをコントロールするソフトウェア開発は、ハードウェアを熟知した上で設計される必要があるため、セットメーカーにとっては重い開発負荷となっている。

最後に、オーディオ機器の小型化への対応が挙げられる。オーディオシステムの従来の最小基本デバイス構成は、CD-DSP LSI、USB内蔵システムマイコンLSI、SDRAMであり、少なくとも3つのLSIを実装する必要があった。しかし、それでは多様化するさまざまなオーディオ機器への実装に対し、実装面積の問題、デバイス間の配線の輻射ノイズの発生など、セットメーカーには多くの課題があった。

このような背景のもと、ロームは次のような特長を持つハイレゾ対応オーディオSoCを中心とした、オーディオソリューションを開発した。

ハイレゾ対応オーディオSoCを中心としたオーディオソリューションの特長

ロームが開発したハイレゾ対応オーディオSoC「BM94803AEKU」から成るオーディオソリューションには4つの特長がある。

(1)ユーザーが求める、あらゆる音源に対応可能

従来のメディアであるCD、USBメモリ、SDカードから、新しいメディアであるAndroidスマートフォン、iPhone、Bluetooth、PCまで対応している。また楽曲フォーマットも従来のLinear PCMやMP3、WMA、AACはもちろん、ハイレゾオーディオであるFLACやDSDに対応し、幅広い形式を網羅している。これにより、セットメーカーは、音楽メディア、楽曲フォーマットを意識せずにセットを開発することが可能になり、また、エンドユーザーに対しては、世代を超えたさまざまなオーディオシーンで、あらゆる音源の持つ情報を忠実に再現することを可能にしている。(図1)

図1:ハイレゾ対応オーディオSoC 対応メディアリスト
図1:ハイレゾ対応オーディオSoC 対応メディアリスト

(2)ユーザーが大切にしてきたメディアをなめらかに再生可能

ロームはCD専用ICの開発で20年以上培ったノウハウを持ち、ハイレゾ対応オーディオSoCにも適用している。これにより、長年の使用で表面に傷がついてしまったCDでも、音飛び無くなめらかな再生を可能にしている。一方、USBメモリ、SDカードについても、USBホストオーディオデコーダLSI開発のノウハウをハイレゾ対応オーディオSoCに適用した。これにより、新興国などで数多く存在している、USB規格を満たしていない接続認識が難しいUSBメモリも読み込みを可能にしている。ロームのハイレゾ対応オーディオSoCソリューションは、このように圧倒的な再生安定性を可能にし、オーディオ機器に寄せられるセットメーカー、エンドユーザーの期待に応えている。また、セットメーカーに対しては、再生安定性の品質を意識すること無く、音づくりに集中して製品開発が可能となり、それにより、エンドユーザーにはセットメーカーから自分にあった製品コンセプト、魅力ある音色を奏でる製品を手にとることができるようになる。

(3)あらゆるオーディオ機器開発を強力にサポートするソフトウェアも完備

ロームでは、ハードウェアシステムだけでなく、ハイレゾ対応オーディオSoCの性能を最大限に引き出す専用ソフトウェアはもちろん、アプリケーションソフトウェアも提供している。たとえば、PCに蓄積されたオーディオファイルに対し、PCにUSB接続することで音楽再生を可能にするUSB-DACでは、クラスドライバだけでなく、対向機器であるPC用のUSBドライバファイル、及びPC上で動作する再生アプリケーションソフトウェアまで用意し、セットメーカーのソフトウェア開発負荷軽減に大きく貢献している。(図2)

図2:アプリケーションソフトウェアのサポート
図2:アプリケーションソフトウェアのサポート

(4)CD-DSP、SDRAM搭載による小型化を実現

ロームは、CDシステムの統合、及びグループ会社であるラピスセミコンダクタのSDRAMをスタック構造により内蔵することで、オーディオ機器の小型化、省資源化に貢献。さらにSDRAMからの配線を短いチップ間ワイヤーで接続することで輻射ノイズを抑えることに成功し、よりセットメーカーの使い勝手を考慮した設計を行った。(図3)

図3:ロームの小型化への貢献
図3:ロームの小型化への貢献

ロームのオーディオリファレンスデザイン提案

ロームはこのハイレゾ対応オーディオSoC、及びその専用ソフトであるソフトウェア開発キット(以下、SDK)を中心として、その他のロームで保有するオーディオデバイスと周辺アプリケーションを実装したオーディオリファレンスデザインも開発、提供している。(図4)

図4:ロームのオーディオリファレンスデザイン
図4:ロームのオーディオリファレンスデザイン

リファレンスデザインのハードウェアは、ハイレゾ対応オーディオSoCをはじめ、オーディオ出力段であるオーディオDAC、D級パワーアンプ、ヘッドフォン出力、CDメカニズムとそれを動作させるモータードライバ、各種電源ICを用意し、これらをローム製品で対応することでセットメーカーからの問い合わせをワンストップで対応できるよう構成した。また、ソフトウェアは上記SDKだけでなく、SDKの使用例を示すため、ユーザーインターフェース制御ソフトウェアを含めたアプリケーションソフトウェアを開発し、ソースコードで提供している。これにより、セットメーカーは、オーディオSoCの複雑なシステム構成を開発すること無く、ユーザーインターフェースを設計することだけでオーディオ機器を開発できるようにしている。リファレンスデザインで提供されるドキュメント類としては、リファレンスデザイン取扱マニュアル、アプリケーションソフトウェア設計書、オーディオSoC SDK API仕様書を用意している。そのため、リファレンスデザインで用意されたハードウェアとソフトウェアを使用すれば、セットメーカーは実機確認をすぐに行うことができ、オーディオ機器の迅速な開発が可能となる。

今後の展開

ロームでは、オーディオ機器市場において、さらなる「良い音」を感じることができる高音質オーディオデバイスの開発を進めている。

拡大するハイレゾオーディオに向けては、現在の市場で高品位とされるサンプリング周波数192kHz、ビット幅24bitのハイレゾ音源から、より高品位のサンプリング周波数384kHz、ビット幅32bitのハイレゾ音源に対応し、入手可能な最高品位のハイレゾ音源再生を可能にする。また、ハイレゾオーディオに対する取り組みだけではなく、既存の圧縮音源の音質についても着目。従来のCD音源や圧縮音源では、可聴帯域外の20kHz以上の高域成分が不自然にカットされているが、ロームはこの失われた高域成分を自然な音質で復元させるアップスケーリング機能について現在開発を進めている。アップスケーリング機能を実現することで、CD音源、圧縮音源でもハイレゾ音質で音楽を楽しむことが可能となる。

ロームが注力しているオーディオSoCは、近年普及が進むハイレゾ音源のポテンシャルを存分に引き出す高音質にこだわったLSIである。これまで培ってきたノウハウを活かして高音質を追求し、セットメーカーの特長ある音づくりに貢献していきたい。