圧縮音楽とグレシャムの法則

  私が長く働いていた電気会社のオーディオ部門では、月に一度の合同朝会で技術部長が方針や戦略について話をしていました。ほとんどの内容はその日の午前中に忘れましたが、1980年頃に欧州出張から帰国した時の話は今でも鮮明に覚えています。

　それはLP一枚分の音楽が12cmのディスクに高音質で記録できるという話でした。当時の音楽ソースと言えばLPか、FM放送からオープンリールまたはコンパクトカセットに録音したものでした。　　　フィリップスとソニーが開発したCDは1982年に商品として世に出たので、今年でちょうど30年になります。高音質のCDはLPやテープというアナログメディアを駆逐し、VHSが支配した映像の世界もDVDとブルーレイに置き換わりました。

　音楽を歩きながら聞く携帯オーディオの時代に入ると、主流はネットを介してHDDやフラッシュメモリーに記録する世界に主役が代わりました。

　この間の技術の変遷はデジタル信号の圧縮技術に大きく依存しています。iPodやスマホなどではMP3、WMA、AACなどの技術によりデータを1/10以下に圧縮しています。

　CDといえどもデータ形式は量子化16bit, サンプリング周波数44.1kHzであり、再生できる周波数帯域は20kHzまでに制限され、エラー訂正処理を通した音楽を我々は聞いています。それが圧縮処理した音楽ではさらに元データから分からないように音楽データを“間引き”して聞いていることになります。

写真上は筆者の仕事部屋兼寝室のAVシステム（AMPは自作です）

アナログ・オーディオの時代は設計者が特性を独自の感性で調整していたのに対して、デジタル・オーディオでは特性はLSI（大規模集積回路）に依存し、設計者の工夫やスキルを発揮する場が無くなりました。さらに最新の薄型テレビのスピーカはスペースの制約で小型化し、結果として劣化した音楽ソースを貧弱なスピーカで聞いていることに慣らされてきています。
　オーディオメーカが精魂こめて作り上げたハイファイの世界を体験した者には、携帯オーディオで世界を席巻したA社製品に付属のヘッドホンなど音として醜くてとても使えるものでありません。
　16世紀にイギリスの経済学者が指摘した「悪貨は良貨を駆逐する」、つまり良質なものはあまり流行らず、質の低劣な物ほど流行るというグレシャムの法則を見る感じがします。
　電車の中でも、歩きながらでもヘッドホンで圧縮音楽を聴く姿を見ると聴覚の劣化を招かないかと余計な心配をしてしまいます。
　オーディオの性能が劣化する中で、映像の世界では地デジやBSのハイビジョン映像の鮮明度は満足のいくものです。さらに画素数を4倍に上げた4Kテレビが商品化され、2020年には16倍の画素数をもつスーパーハイビジョン放送が始まります。
　筆者は自室の薄型テレビに高性能のスピーカと自作のアンプを接続して聞いています。
良質のステレオ再生システムは音の広がり、奥行き感、音像の定位、ランダムノイズを相殺させる効果があります。さらに美しい画像は高音質の再生音で一層映えるもので、目と耳は連動している感じがします。

　このような良質とは言えないオーディオに飽き足らず、高音質のオーディオを望む人が増えつつあり、最近は「ハイリゾ音源」のネット配信が人気を集めています。ハイリゾ音源はCDを作る時に録音するマスターの音質に近いもので、CDの3～8倍のデータ量を持ち、CDではカットされている20kHz以上の帯域も含み、耳で聞こえない音は肌で感じ取るレベルです。
　デジタルソースにおける音質の順序付けをデータ伝送量からすると以下と考えられます。

　　圧縮音楽（MP3、WMA、AAC）＜CD、DVD、地デジ＜ブルーレイ（注）＜ハイレゾ音源

　　　　　　　　　　（注）ブルーレイはE-AC-3やドルビーTrue HDモードの場合

　「歴史遺産」となっていたLPレコードもディスクの素材を改良し、再プレスした復刻版がじわりとファンを増やしています。対応のアナログ・レコード・プレーヤも毎年数万台売れています。大きな紙のジャケットへのノスタルジーもありますが、なによりもＣＤなどより高音質であることを評価する人が増えているようです。
もう一つの流れは薄型テレビに接続するアンプ、スピーカシステムが少しずつ売れ始めています。　またヘッドホンではなく、スマホや携帯に直接接続出来るドッグスピーカが市場を広げ、iPodを乗せて駆動する真空管アンプまで出現しています。音源は同じでも良質のアンプとスピーカを通して聴く音楽はまだましかもしれません。
　これらはかって日本が得意としたアナログ・オーディオの世界であり、中小企業、ベンチャー企業の出番です。小型でデザインが良く、音質の優れたドッグスピーカは開発、生産の投資が少なく、繊細な日本のアナログ技術と物造りが生きる分野と思います。
                                                                                           　　坂井公一

切り餅に見る知的財産権の重要性（その１）

特許紛争と言えば、8月24日に米国カリフォルニア地区連邦地方裁判所で判決の出たスマホに関するアップルと三星電子の争いが思い出されます。判決では三星がアップルの特許を侵害したと認め、10億ドル（約800億円）の賠償金の支払いを命じたものです。両者の訴訟は世界各国で行われており、米国での訴訟はデザインや画面操作に関するもので、日本でのデータ同期に関する訴訟では東京地裁はアップルの賠償請求を退ける判決をしました。

日本での特許を巡る争いとして注目していたのがサトウ食品と越後製菓の切り餅に関する訴訟ですが、9月20日にサトウ食品の敗訴が確定しました。

越後製菓の特許（平成１４年１０月３１日出願の図８）

サトウ食品の特許（平成１５年７月１７日出願の図１）

両者の発明は共に切り餅をきれいに焼くために切り込みを入れるものですが、越後製菓はサイドに切り込みを入れるのに対して、サトウ食品の出願はサイドに加えて上下面にも十字型の切り込みを入れることを特徴としています。

訴訟は越後製菓がサトウ食品に商品の製造差し止めと損害賠償を求めたもので東京地裁では敗訴、二審の知財高裁判決は勝訴、そして最高裁は9月19日にサトウ食品側の上告を棄却し、製造差し止めと約８億円の損害賠償が確定しました。

米国を除く世界各国は先出願主義のため、仮に同じ内容の特許なら特許庁に早く出願した者が勝ちです。本件では平成１４年１０月３１日出願の越後製菓が早いのですが、出願後18ヶ月後に公開のため、サトウ食品はその出願を知らず平成１５年７月１７日に出願したと思えます。技術の高度化と複雑化の中で発明についての判断は難しく、両者の特許は登録されています。つまり審査官によって両者とも新規性と進歩性が認められていることになります。

経緯はともかく、負けた側のサトウ食品は経常利益1,021百万円（平成24年4月）に対して特別損失を計上し、95%の減益となり主力商品の一つを失う結果となりました。両社を規模で比較すると業界1位のサトウ食品の売上高は265億円（平成24年4月決算）、業界2位の越後製菓は売上高160億円（平成23年3月決算）ですが特許出願数で比較すると前者が72件、後者が131件と判明しました。（特許電子図書館で検索） 単純な見方をすると越後製菓の方が特許に関して取り組みは進んでいたとも推定されます。今回の訴訟においても反論証拠の信憑性、知財高裁による昨年9月の中間判決で侵害が認定されたにもかかわらず製品の販売を継続し、和解の道を閉ざしたことなど稚拙さが目立ちます。　損害賠償請求金額1,485,000,000円に対して判決は802,759,264円と、この種の裁判では原告の請求額にかなり沿った内容であり、裁判官の印象も良くなかったと推察されます。　　実際に専門家のコメントを見ると、サトウ食品は最近まで知財担当部署を置かず、本件の前には訴訟経験が一度も無かったとも書かれています。

国内で出願される特許は年間約30万件、審査請求、拒絶通知に対する意見書や補正の手続き、不服審判などを経て登録されるのは約20%。他の80%は多くの費用と手間をかけて結局は技術を公開するだけで終わる、一見割の合わない仕事です。

しかし知的財産権は研究開発、物造り、ビジネスの根幹であり、訴訟が増え、賠償金額も高額化する流れがあるので中小企業さんも知財権について認識を新たにする必要を感じます。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　坂井公一　

赤外線と写真の話

　最近はデジタルカメラが普及し、携帯電話にも搭載されるようになってきました。人間の眼は380～780ナノメートルの光を感じています。レンズの役目をする水晶体を通して網膜の視神経が光を色の情報として脳に送っています。カメラではレンズを通した光をフィルムで受けて画像として記録します。最近のデジタルカメラでは撮像素子と呼ばれる半導体（CCD、CMOS）が光を受けて赤、緑、青のフィルターを付けた３つ一組の受光部が電気信号に変換したカラー情報を三原色のデータで記録されるのです。その受光部の数（画素数）が最近のカメラでは1000万画素を超える程精細化されてきました。

　写真は人の眼が感じたままに記録することが必要なのですが、人が感じる波長域とフィルムとか撮像素子が持つ波長に対する感受性は大きく異なっています。昔カメラが高級品の時代にはレンズの前にフィルターを付けてレンズに傷が付くことを防いでいました。フィルターは紫外線領域の光をカットして写真の仕上がりを眼で見た風景に近い印象にする役割もあったのです。フィルムは眼に見えない紫外線領域には感度が高いという性質があるからです。逆に赤外線領域では感度が低く、写真が発明されて間もない頃は赤色付近では感度がなかったのです。坂本龍馬をはじめ幕末の志士たちが皆顔の色が黒いのは色黒であったのではなく、当時のフィルムは赤に対して感度が低かったので顔の色が黒く写ったのです。近年フィルムは改良を重ね、人が感じるのと同じ様に波長領域が広くなったのです。いわゆるパンクロマチックフィルムです。

　一方で人の眼が感じることの出来ない赤外領域まで感度を持たせたフィルムが発明され、赤外線領域の光で写真を撮る赤外線写真が開発されました。赤外線フィルムは赤外線（近赤外線）に感度を持っているのですが可視光にも感光します。そのため可視光領域の光をカットして赤外線だけを透過させるフィルター（IRフィルター）を付けて撮影をします。このフィルターは可視光を通さないため真っ黒に見えますが赤外線は通過させます。

　赤外線写真では晴天の空は黒くなります。雲は乱反射による赤外線により白く写ります。赤外線写真は可視光をカットしているためモノクローム（白黒）の写真です。山岳写真では空、雲、山のコントラストが強くなるためよく用いられていました。そして特徴的なのは木々の葉の色です。葉に含まれる葉緑素は赤外線をよく反射します。このため緑色の葉は可視光がカットされると葉緑素により反射した赤外線で白く写ります。あたかも草原、木々に雪が積もったように写ります。

デジタルカメラでは撮像素子そのものはフィルム以上に赤外領域に感度を持っていますが、カラー写真を見た目に綺麗にするため可視光領域外の波長をカットするファイルターがカメラ内に組み込まれています。初期のデジタルカメラでは赤外カットの効果が弱いものが多くIRフィルターを付けて赤外線写真が撮れるものがあります。最近では一部のカメラで敢えてこうしたフィルターを組み込んでいないカメラがあり、手軽に赤外線写真が楽しむことができます。赤外線写真を撮る時にはIR（Infra Red）フィルターというものを使用することが必要です。デジタルカメラが赤外線に感度を持っているかどうかはテレビのリモコンの先端の小さいレンズをリモコンを操作しながら撮影すると分かります。一度試してみるのも楽しいものです。

人の眼を通してのイメージ

赤外線写真のイメージ

ひまわり畑の赤外線写真（空は黒く、葉は白く写ります）

三浦　実

色の話

　前回は視覚の話が出ましたので、関連して色の話です。

人間が見ている映像は反射した光が人の眼を通して見えています。景色には色がついています。元々太陽光は人には無色（白色）に見えていますが、光が物に反射すると、固有の波長の光が吸収されて、吸収されなかった波長の光が人の眼に入ります。偏った波長の分布を持った光が波長特有の色として見えるのです。

人の眼が色として感じることが出来る波長は380～780ナノメートルといわれています。いわゆる可視光です。太陽光が色として偏りのある波長分布になるのは反射するときだけではありません。雨上がりに見える虹も太陽光からの光が波長により色分解されて発色しているのです。光は電磁波の一種でまっすぐに進む性質を持ちますが、性質の異なる物質に進むとき、例えば空気から水、空気からガラスへといった場合、斜めに入った光は角度を変えて進む性質があります。この現象を屈折と呼ばれていて、波長の短い青～紫の波長ほど大きく角度を変えて進む性質があります。 プリズムを通過した光が虹色に見えるのはこうした光の性質によるものなのです。

プリズムによる光の分光

　七色の虹と言われるように虹は７色で表現されますが、本当に７色しか色がないのかというとそうではなくて赤、橙、黄、緑、青、藍、紫が連続的に変化して無数の色があるのです。人間は虹の色で表されている波長の光を視神経が感じているわけですが、太陽はもっと広い波長領域の光（電磁波）を放っているのです。赤より波長の長い部分を赤外線、紫より波長の短い光を紫外線と呼んでいます。太陽からは280nm～3,600nmの広い波長域を持った電磁波が放出されています。赤色に見える光の波長は610～780ナノメートル（nm）紫に見える波長は380～430nmですから、人は太陽光のほんの一部の波長領域しか感じることが出来ないのです。

　しかし太陽光のスペクトル分析を行うと人が感じることが出来る500nm付近にピークがあり人間は効率的に太陽光を活用した動物であると言うことも出来るのです。

三浦　実　　

「百聞は一見にしかず」に根拠はあるか？

　「百聞は一見にしかず」という良く使われることわざがあります。

ところでこの百対一について、語呂が良いという以外に定量的な根拠は有るのでしょうか。

英語ではPicture is worth a thousand words.が定訳で、つまり千対一です。

医学、解剖学の情報を調べると諸説ありますが、視覚神経細胞は約４００万個、聴覚神経細胞は約３万個とされており、神経細胞数の比較では130倍となり、ことわざとほぼ一致します。

視点を変えて情報通信の観点から画像と音声を比較してみます。

現在の地上波デジタル、BS/CSデジタル放送では主放送はMPEG2、ワンセグはH.264/MPEG4-AVCという高度の圧縮技術を用いているので単純な比較は難しいですが、2011年7月24日に終了したアナログテレビ放送（東北地方は2012年3月31日停波）ではAM変調の映像帯域幅とFM変調の音声帯域幅の比率は約170となり、やはりことわざは定量的にも妥当と思われます。

清水寺の仁王像（吽形）

話は少し変りますが、目と耳では性質に違いがあると感じています。

映画やビデオはあまり繰り返して見ることが少ないですが、好きな音楽は何十回、何百回も聞くことは珍しくありません。「画像は飽きるが、音楽は飽きない」、この性質は何に拠るのでしょうか。

　画像はデータが大きいので頭脳の負荷が大きく、音楽はデータが小さいので負荷が少なく、聞きながら別な作業が出来るということかもしれません。

寺門に設置されている仁王像は開口の阿形（あぎょう）像と、口を結んだ吽形（うんぎょう）像の一対ですが、この鋭い目力で仏敵が入り込むことを防いでいます。目は強い情報発信力も備えているということでしょうね。

目と耳に関わることわざを検索すると、4倍ぐらい目に関するものが多くヒットします。　

ATACは「現場、現物主義」であり、傍目八目、耳聞は目見に如かずという言葉もあるので、課題をお持ちの中小企業さんは是非ご相談下さい。一隻眼のメンバーが御相談に伺います。

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45年前に買った計算尺

関数電卓を押入れの奥から探し出した際に計算尺が出てきました。（下写真）

これは高校生の時に近くの文具店で買ったもので400円でした。

 　メーカはHEMMIと印字されています。専用ケースに納めていたとはいえ、滑尺（中央部）やプラスティックのカーソルも滑らかに動きます。固定尺も滑尺も素材は竹であり、上下の固定尺はステンの薄板でつながれています。ゆるすぎず、固すぎず、実に微妙に滑尺は動きます。竹の表面の目盛板も剥がれず、鮮明に文字が読めます。この計算尺の製造現場を見た記憶があります。職人さんがゲージを使い先の鋭い工具で目盛版を刻み、黒インクを刷り込んでいた風景です。

上写真：カーソル部分

歴史を調べると、1614年にイギリスのジョン・ネイピアが対数を発明し、1632年に ウィリアム・オートレッドが計算尺を開発したと書かれています。日本には19世紀の終わりに留学生が持ち帰り、それを基に逸見治郎が独自の計算尺を開発、1909年に特許を出願しました。1933年に逸見は逸見製作所を設立しました。現在のヘンミ計算尺株式会社は従業員100名で制御機器や分析装置を開発しています。

1965年に全国高等学校校長会で採用が決定されたとのことで、私が計算尺を購入したのは当にこの時期です。円盤型の計算尺も記憶がありますが、押入れからは見付かりませんでした。

計算尺は20世紀における科学技術に偉大な貢献をしたようで、マンハッタン計画やアポロ計画を推進できたのは計算尺のおかげだそうです。エンリコ・フェルミは、計算尺の達人であり、ロケット開発の元祖であるフォン・ブラウンも常時携帯し、日常のちょっとした科学的概算に使用していたということです。

上写真：竹製の固定尺とカーソルガイド溝

高温多湿の日本での使用に耐えるため素材に竹を使い、日本の職人が丹精込めて作った計算尺は精度の高さで信用を勝ち取り、世界占有率80%を誇りましたが、その後の関数電卓の発売により、1980年には生産はほとんど中止されたという深い歴史があります。

見付け出した私の計算尺を思い出しながら動かすと掛け算、割り算、平方根、立方根、三角関数、対数変換が何とかできました。

計算尺で読み取れる数字は3桁、多くのアナログ計測器の精度は3桁、人間の記憶には3桁の数字が適し、またほとんどの技術の議論は有効数字3桁で表現出来るので、計算尺は合理的な計算道具と言えます。

偶然に古い道具を見付けたおかげで、科学計算の歴史や対数計算の理屈、さらに45年を経ても精度を保つ、日本の物造りの素晴らしさを納得しました。やはり道具は大事に持っておくものですね。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　坂井公一

40年前に購入した米国製関数電卓

   電気メーカのオーディオ機器部門に配属され、設計の仕事を始めたのは昭和50年でした。当時は計算尺を用いて回路設計をしていました。その2，3年後に米国のヒューレット・パッカード社が世界初の関数電卓HP-35を発売し、大学の生協で売っていると聞き、無理をして購入しました。（上写真）

  価格は記憶では７～８万円したと思います。米国での売価は395ドル、為替と輸入費用を考慮すると妥当な価格でしょうが、これは当時の手取り給料であり、ずいぶんと無理をして買った記憶があります。品番の由来はキーが35個あるからだと後で聞きましたが、確かに今数えると入力キーは35個です。何しろ書籍の末尾に付いていた数表で求めていた三角関数、対数などがキー操作一つで求まり、また50ステップほどのプログラムが可能で、条件設定をして自動計算が出来るのは感動ものでした。

 　実際に使って戸惑ったのは逆ポーランド方式という入力方法です。すでに国産の電卓はありましたが、たとえば2+3=という風に数式通りに入力しますが、逆ポーランド方式では2、ENTER、３、＋という順で入力します。不思議な手順ですが、実は言葉で「2に3を足す」という語順と同じですぐに慣れました。

 最も便利だと感じたのは工学小数点という表示方式です。これはENGと操作すると10³、10^-6というように計算結果の指数部分を 3の倍数にするものです。

このHP-35は残念ながら数年で動かなくなりましたが、次に購入したのはHP19Cです。これは9万円ぐらいしたと思いますが今でも電源をつなぐと動きます。（下写真）

　HP-19Cは小型のプリンターも付いている優れ物でした。

これらの電卓はLED表示であり、電池も貧弱なためにすぐに電池切れするために、やがて国産のLCD表示の薄型関数電卓を3機種購入し、今も使っていますが2000円ぐらいで買えたと思います。

　技術の仕事は常に計算ですが、今はその場での概略計算は関数電卓で、精密で大量の計算はExcelで行っています。

　実際の集積回路や電子機器など電気系の開発部門ではEDA（Electronic Design Automation）と呼ばれる、自動化を支援するための高速で高精度のソフトウェアやハードウェアが広く使われていますが、自分で理論式を立て、特異点などを計算することは重要と思われます。

　それにしても逆ポーランド方式や工学小数点という表示方式は無くなってしまったのでしょうか？

当時は仮に特許などがあったとしても、40年近く前の話であり、その後関数電卓の市場支配をしたSH社やC社がなぜ採用しなかったのか今でも不思議です。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　坂井公一

広島平和紀念公園

4月６日に恒例のＡＴＡＣ交流会が「ＡＴＡＣひろしま」の担当で開催されました。交流会の会議の前に、平和記念公園を散策しました。

桜は今年は寒いので、まだ3分咲き程度でしたが相変わらず多くの人びとが訪れていました。欧米の方は勿論、特に中国の団体の方々が多く見られました。世界に唯一の公園というか遺産ですので当然でしょう。
この遺産は永久に大切にして残していくことが被爆した私達日本人の使命であることを改めて感じました。


原爆資料館は別館が出来て更に多くの資料が展示されていました。私は過去３回この資料館を見学していますが、関係者のご努力で関連の資料が集められ展示物も多くなっていましたが、周辺の資料や解説が多くなった分、当初の原爆が投下された時の迫力ある展示から焦点がボケたように感じられました。現在の見学者の多くは先の大戦や被爆当時のことを知らない方々ですから、その時代背景などを説明する必要があるのかもわかりませんが少し残念な気がしました。
今年はＮＨＫの大河ドラマ「平の清盛」の放映の影響で、宮島の厳島神社の観光と兼ねて多くの人びとが、この平和記念公園を訪れることでしょう。

藪野　嘉雄