科学は、花火が高級テレビで見栄えが悪い理由を説明しています

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今夜の予定は？2020年の終わりを花火大会で過ごすか、それとも家でロンドンからお祭りを観るか迷っているなら、何かおすすめはありますか？

外に出ましょう。真夜中を告げる瞬間の体験がより素晴らしいものになるだけでなく、頭上で打ち上がる花火の壮大さをより深く見ることができるでしょう。

テレビをよく見ている人なら誰でも言うように、花火はテレビではうまく表現できない。実際、ひどい出来栄えだ。色は薄く、爆発の衝撃音は馬鹿げたポップノイズに鈍く、まるでCGのように見えるという不思議な力を持っている。「これはシステム全体にとって、まさに拷問テストのようなものだ」と、量子ドットテレビディスプレイメーカーのナノシス社のジェフ・ユレク氏は言う。

「2つの問題があります」と、テレビの表示と伝送の仕組みを研究するオーディオビジュアル業界のベテラン、ティム・ブルックスバンク氏は説明する。「根本的な問題はダイナミックレンジです」とブルックスバンク氏は言う。ダイナミックレンジとは、録音、伝送、表示機器が達成することが期待される色、光、音、そして時間の最大レベルと最小レベルの比率である。花火は、あらゆるダイナミックレンジを限界まで試すことになる。花火は、黒い背景に明るく、色鮮やかで、速く、大きな音を立てて爆発する。これがテクノロジーに大きな混乱をもたらすのだ。

「花火には、自然界に存在する、そしてある程度は私たちの視覚にも存在する広いダイナミックレンジが必要です」とブルックスバンク氏は言います。「しかし、テレビのシステム全体がその範囲に対応できるように設計されていません。」例えば光を例に挙げましょう。最近まで、デジタルカメラやビデオカメラでは、まともな夜間映像を撮影するのが困難でした。なぜなら、レンズに非常に暗い画像と非常に明るい画像を同じフレーム内に捉えることを要求していたからです。そのため、元の映像では花火の明るさと色彩を正確に表現することが困難でした。

「花火は色が鮮やかすぎて、非常に明るく、コントラストが強すぎるんです」とユレク氏は説明する。花火に最も一般的に使用される化学物質は、多くのテレビでは物理的に映らない波長を発する。

テレビの色域（表示できる色の範囲）は、前世代のテレビ、つまりブラウン管モニターの色に基づいていました。当時の色は、テレビの背面からガラススクリーンに光を照射する蛍光体に基づいていました。今日でも、LED照明はこれらの蛍光体に基づいています。しかし、助けになるかもしれないことがあります。2020年を迎えるまさに今、より優れた新しい規格が登場しつつあります。日本の放送局NHKは、新しい放送規格「BT.2020」（Ultra High Definition：超高精細）の開発に協力しました。BT.2020の「2020」は、NHKが2020年東京オリンピックまでにこの規格を施行したいと考えていた日付です。

BT.2020の色域は既存のどのテレビ技術よりもはるかに広く、MRポインターという研究者の測定によると、世界中の色の99%以上を捉えることができる。MRポインターは1970年代に自然界で発見された4,000以上の物体を収集し、その色を記録した。

ユレク氏の会社であるナノシスは、ナノテクノロジーを用いてBT.2020色域をより正確に再現する量子ドットを開発しました。量子ドット技術は2013年からテレビに採用されており、サムスンは2019年にこの技術を搭載したテレビが500万台以上出荷されたと発表しました。CESでは、多くのテレビがBT.2020色域の80%をカバーしていました。「これは大きな成果です」とユレク氏は述べ、「今年は85%から90%のカバー率になるだろう」と予測しています。

しかし、課題は色だけではありません。ヨーロッパではテレビカメラは毎秒50フレームで録画しますが、花火ははるかに速い速度で爆発し、燃え広がります。「現実の世界では、何かが瞬時に爆発し、目と脳がそれをリアルタイムで認識するのです」とブルックスバンク氏は言います。

「テレビは、明るさがどのように増していくのかを目で追うのに十分な数の画像を連続して映し出してくれません。」野生動物のドキュメンタリーにも同様の問題がある。だからこそ、トンボやハチドリがホバリングする映像は、1秒間に多くのフレームを撮影できるカメラで撮影され、スロー再生で放送されるのだ。しかし、花火で同じことをすると、その効果は薄れてしまう。私たちが「おおっ」と感嘆するのは、爆発のスピードなのだ。

この速度は、映像を家庭のテレビに送り返すプロセスの次の段階、つまり伝送にも悪影響を及ぼします。デジタルテレビは狭い帯域幅に非常に多くのチャンネルを詰め込むため、伝送速度と効率を向上させるためにMPEG-2またはMPEG-4圧縮に依存しています。このような圧縮は、フレーム間の画像の変化を探し、毎回フレーム全体を伝送するのではなく、差分のみを伝送・再描画します。しかし、動きの速い変化は圧縮では認識しにくい場合があります。

同じ放送範囲に詰め込まれたチャンネル数を減らすことで画質を向上させることは理論的には可能です。しかし、広告で収益を得ているテレビ局にとって、そのような外れ値に対してそうすることはあまり意味がありません。

ブルックスバンク氏によると、平均的なハイビジョンテレビの50フレーム/秒の伝送には1.5ギガビット/秒の帯域幅が必要だ。インターレース解除後は3ギガビット/秒になる。しかし、これを1,000フレーム/秒に増やせば、花火の広がりをより鮮明に捉えることができ、処理能力は20倍に向上する。「数百ポンドだったテレビが、数万ポンドのテレビになったのです」と彼は言う。

最近のごく普通のテレビでさえ、花火を最高の状態で映し出すことを阻害する仕組みになっています。「ダイナミックレンジの点では、液晶テレビはブラウン管テレビの時代から後退していたと言えるでしょう」とブルックスバンク氏は言います。最近のOLED（有機EL）画面は、昔ながらのテレビとほぼ同じダイナミックレンジを備え、人間の目で見る色域に近い色を再現します。

しかし、カスタマイズ可能なオプションの多さが、花火の美しさを最大限に引き出す妨げになることもあります。「ダイナミックコントラスト機能付きのカメラをお持ちの場合は、ぜひオンにしてください。背景に対して花火の明るさの強さが際立ちます」とブルックスバンク氏は言います。ダイナミックコントラストは、画像の変化に合わせて、暗い部分はより暗く、明るい部分はより明るくします。ただし、詳細設定をいじる際には、ダイナミックコントラストをオンにする際に、必ず1つの機能をオフにしておきましょう。

多くのテレビには、MPEGノイズリダクションとトランジェントノイズリダクション（TNR）と呼ばれる2つの機能が搭載されています。これらは、圧縮や低品質の放送信号の増幅によって生じる、画像の高速な変化を滑らかにするように設計されています。しかし、低品質の放送信号はもはや存在せず、テレビで「ノイズ」（ブロックノイズや雪のようなノイズ）を見ることはほとんどありません。これらの機能をオンにしておくと、画面が画像の高速な変化に反応しなくなります。まさに花火のような現象です。これらの機能をオフにしないと、花火が急激に打ち上がると、信号干渉と誤検知される可能性があります。

「テレビシステム全体が、これほど速く動くものに対応できるように設計されていない」とブルックスバンク氏は言う。だから、テレビをどう改良するかを問うのではなく、花火の速度を遅くできるかどうかを問うべきなのかもしれない。それは実現しそうにないので、ブルックスバンク氏は別の提案をする。「地元のパブに行って、実際に花火を見てみてはどうだろうか？」

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。