Sony WH-1000XM4をUbuntu 24.04 LTSで使う – regmonkey datascience blog

🎯 Goals

Ubuntu 24.04 LTSに対するLDAC利用可能な状態でのWH-1000XM4接続設定
EasyEffectsを用いたWH-1000XM4用Equalizerの設定

Package Requirements

カテゴリ	パッケージ	説明
Bluetooth LDAC	`libldacbt-abr-dev`	LDAC の ABR (Adaptive Bitrate) ライブラリ（開発用）
	`libldacbt-enc-dev`	LDAC エンコーダライブラリ（開発用）
Bluetooth 管理	`blueman`	Bluetooth デバイス管理用 GUI
オーディオ基盤	`pipewire`	オーディオサーバ（PulseAudio 互換）
	`pipewire-pulse`	PulseAudio アプリ互換サーバ
	`wireplumber`	PipeWire のsession / policy manager
音質補正	`easyeffects`	音響補正ツール(Equalizerなど)

今回はPipewire環境での接続設定となります．

💻 実行環境

Ubuntu

Distribution

% lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 24.04.3 LTS
Release:    24.04
Codename:   noble

Linux kernel

% uname -srpo
Linux 6.14.0-29-generic x86_64 GNU/Linux

🎧 Sony WH-1000XM4のスペック

ワイヤレス機能

項目	内容
Bluetoothバージョン	Ver.5.0 / Class 1
連続再生時間	最大30時間（NC ON時） / 最大38時間（NC OFF時）
充電時間	約3時間
対応コーデック	SBC / AAC / LDAC
NFC	○
TWS Plus対応	☓
マルチペアリング対応	○
マルチポイント対応	○

機能

項目	内容
重量	254g
ノイズキャンセリング	○
ハイレゾ	○
マイク	○
外音取り込み	○
音質調整	○
防水・防塵性能	☓
リモコン操作	○
折りたたみ	○
サラウンド	☓
AIアシスタント搭載	Google アシスタント / Amazon Alexa
AIアシスタント呼び出し機能	○

マルチポイント接続の注意点

WH-1000XM4ではマルチポイント接続設定OnにするとLDACが使用できなくなります
WH-1000XM5以降ではこの点は改善されています

LDACとは？

LDACとはSony が開発した Bluetoothオーディオコーデックです．Bluetoothのコーデックとは，スマホや音楽再生プレイヤーなどのデバイスからワイヤレスイヤホンやヘッドホンなどに無線で音楽のデータを送る際の符号化の規格です．圧縮の規格でもあるので元の音楽データを圧縮エンコードしBluetoothで飛ばし，受信デバイスのイヤホンなどでデコードすることで音楽の再生をしています．そのため，コーデックの違いにより，音質や遅延に違いが出ます．

特性項目	内容
コーデック名	LDAC
特徴	ハイレゾ対応の最高音質 Bluetooth コーデック（Sony 開発）
主な採用機器	ハイレゾ対応 Android / iOS / Windows / Mac / Linux (PipeWire)
サンプリング周波数	最大 96 kHz
量子化ビット数	最大 24 bit
ビットレートモード	330 kbps / 660 kbps / 990 kbps の 3 段階（ABRで自動調整可）
遅延	SBC / AAC より大きめ（高音質優先のため）

🔨 WH-1000XM4接続設定

Code

---
config:
  theme: redux
  themeVariables:
    fontFamily: '"Meiryo"'
    fontSize: 1.1em
    lineHeight: 1.4
---
timeline
    title WH-1000XM4接続設定手順
    section ① Bluetooth 接続確認
        Bluetooth Manager<br>のインストール
            : Blueman<br>のインストール
        LDAC サポート確認
            : LDAC encoding toolのインストール
            : Adaptive bit rate tooのインストール
    section ② Config調整
        Pipewire設定
            : sampling frequencyの設定
        Wireplumber設定
            : LDAC encoding qualityの設定
    section ③ WH-1000MX4動作確認
        Bluetooth ペアリング : Bluemanで WH-1000XM4 を接続
        接続確認
            : 周波数確認
            : Codec確認
            : LDAC bit rate確認

---
config:
  theme: redux
  themeVariables:
    fontFamily: '"Meiryo"'
    fontSize: 1.1em
    lineHeight: 1.4
---
timeline
    title WH-1000XM4接続設定手順
    section ① Bluetooth 接続確認
        Bluetooth Manager<br>のインストール
            : Blueman<br>のインストール
        LDAC サポート確認
            : LDAC encoding toolのインストール
            : Adaptive bit rate tooのインストール
    section ② Config調整
        Pipewire設定
            : sampling frequencyの設定
        Wireplumber設定
            : LDAC encoding qualityの設定
    section ③ WH-1000MX4動作確認
        Bluetooth ペアリング : Bluemanで WH-1000XM4 を接続
        接続確認
            : 周波数確認
            : Codec確認
            : LDAC bit rate確認

Bluetooth Managerのインストール

まずBluetooth デバイス管理ツール Blueman をインストールします． Ubuntu 24.04 LTSにはデフォルトでBluetooth Managerが入っているので「接続して音を出す」だけならばインストール不要です．

一方，接続プロファイルやcodecの選択といった制御がしやすいので今回導入します．

sudo apt install blueman

LDAC codecの設定

Ubuntu 24.04 のデフォルトの Bluetooth ManagerだとLDACは使用できないので，以下のパッケージをインストールします

libldacbt-enc-dev: LDACエンコーディング処理用パッケージ
libldacbt-abr-dev: Adaptive Bit Rateに対応するための開発ライブラリ

-dev suffixが無いものでも良いような気がしますが，今後ビルドとかするかもなので大は小を兼ねるとして開発用ライブラリをインストール．インストールコマンドは以下

sudo apt install libldacbt-abr-dev libldacbt-enc-dev

Bluetooth接続確認

Bluetooth Managerを起動して，WH-1000XM4をペアリング接続します．このとき，LDAC codecを指定するのを忘れずに

次に pactl list sinks コマンドを用いて接続状態を確認してみます．

構成要素	説明
pactl	PulseAudio の制御ツール．サウンドデバイスの状態取得や操作のコマンド．
list sinks	出力デバイス（`sink`＝スピーカーやBluetoothイヤホンなど）の一覧を表示するサブコマンド

Bluetoothデバイスは Name: bluez というsink名になります．これらを踏まえて状態を確認してみます

% pactl list sinks | grep -A 20 'Name: bluez'
    Name: bluez_output.xx_xx_xx_xx_xx_xx.1
    Description: WH-1000XM4
    Driver: PipeWire
    Sample Specification: float32le 2ch 48000Hz
    Channel Map: front-left,front-right
    Owner Module: 4294967295
    Mute: no
    Volume: front-left: 28382 /  43% / -21.81 dB,   front-right: 28382 /  43% / -21.81 dB
            balance 0.00
    Base Volume: 65536 / 100% / 0.00 dB
    Monitor Source: bluez_output.xx_xx_xx_xx_xx_xx.1.monitor
    Latency: 0 usec, configured 0 usec
    Flags: HARDWARE HW_VOLUME_CTRL DECIBEL_VOLUME LATENCY 
    Properties:
        api.bluez5.address = "xx:xx:xx:xx:xx:xx"
        api.bluez5.codec = "ldac"
        api.bluez5.profile = "a2dp-sink"
        api.bluez5.transport = ""
        card.profile.device = "1"
        device.id = "179"
        device.routes = "1"

ここから，Bluetooth コーデックとサンプリングレートの確認ができます．

以下のようにcodecは問題なくLDACの認識となってます

  api.bluez5.codec = "ldac"
  api.bluez5.profile = "a2dp-sink"

一方，samplking frequencyが

    Sample Specification: float32le 2ch 48000Hz

となっています．LDACは最大96kHz対応できるはずなので，PipeWire のサンプリング周波数を設定します．

sampling frequencyの設定

/usr/share/pipewire/pipewire.conf に設定ファイルがあるのでこれを修正します．

default.clock.rate: フォルトのサンプリング周波数(Hz)
default.clock.allowed-rates: PipeWire が切り替えを許可するサンプルレートのリスト

以上2つの項目を修正します．

default.clock.rate          = 96000
default.clock.allowed-rates = [ 48000, 96000 ]

という形に変更します．/usr/share/pipewire/pipewire.conf は root ownerのファイルなので，修正するときは

sudo vim /usr/share/pipewire/pipewire.conf

で編集します．

...
context.properties = {
    ## Configure properties in the system.
    #library.name.system                   = support/libspa-support
    #context.data-loop.library.name.system = support/libspa-support
    #support.dbus                          = true
    #link.max-buffers                      = 64
    link.max-buffers                       = 16                       # version < 3 clients can't handle more
    #mem.warn-mlock                        = false
    #mem.allow-mlock                       = true
    #mem.mlock-all                         = false
    #clock.power-of-two-quantum            = true
    #log.level                             = 2
    #cpu.zero.denormals                    = false

    core.daemon = true              # listening for socket connections
    core.name   = pipewire-0        # core name and socket name

    ## Properties for the DSP configuration.
    default.clock.rate          = 96000
    default.clock.allowed-rates = [ 48000, 96000 ]
    default.clock.quantum       = 1024
    default.clock.min-quantum   = 32
    default.clock.max-quantum   = 2048
    default.clock.quantum-limit = 8192
    default.clock.quantum-floor = 4
    #default.video.width         = 640
    #default.video.height        = 480
    #default.video.rate.num      = 25
    #default.video.rate.denom    = 1
    #
    #settings.check-quantum      = false
    #settings.check-rate         = false
    #
    # These overrides are only applied when running in a vm.
    vm.overrides = {
        default.clock.min-quantum = 1024
    }
...

編集後にサービスを再起動して設定を読み込ませます．

systemctl --user restart pipewire pipewire-pulse wireplumber

もし接続が安定していればsampling frequencyを確認すると96kHzになっているはずです

% pactl list sinks | grep -A 20 'Name: bluez'|grep "Sample Specification:"
    Sample Specification: float32le 2ch 96000Hz

ただし，かならず96kHzとはなりません．あくまで最大96kHzであって，接続状態に応じて 48kHz になったります．

LDAC encoding qualityの設定

Bit rateは，動画の1秒あたりのデータ量を示す値です． bps（bits per second）と表記され，1Mbpsに設定されている場合，1秒あたりデータ量が0.125MB（1byte＝8bit）の動画ということになります．ビットレートが高い動画ほど，データ量が多く高画質です．

LDACのbit rateを高品質モードで安定させたい場合は，WirePlumber の Bluetooth 設定ファイル /usr/share/wireplumber/bluetooth.lua.d/50-bluez-config.lua を編集します． bluez5.a2dp.ldac.quality というフィールドがLDAC のエンコード品質を設定するオプションです．

値	説明	ビットレート
`auto`	適応ビットレート（Adaptive Bitrate），デフォルト	変動
`hq`	高品質モード	990 / 909 kbps
`sq`	標準品質モード	660 / 606 kbps
`mq`	モバイル用低ビットレートモード	330 / 303 kbps

hq を設定すれば，理論上は最大 96 kHz のサンプルレートをフル品質で利用できるはずです．

matches = {
      {
        -- Matches all sources.
        { "node.name", "matches", "bluez_input.*" },
      },
      {
        -- Matches all sinks.
        { "node.name", "matches", "bluez_output.*" },
      },
    },

上記のセクションで ["bluez5.a2dp.ldac.quality"] = "hq", -- LDAC HQ モード という設定をします．このセクションは

"bluez_input.*": すべての Bluetooth 入力ノード（マイクなど）
"bluez_output.*": すべての Bluetooth 出力ノード（ヘッドホンなど）

正規表現で上記にマッチするすべてのノードに apply_properties を適用するという内容になります．従って，以下のような設定になります

...
  {
    matches = {
      {
        -- Matches all sources.
        { "node.name", "matches", "bluez_input.*" },
      },
      {
        -- Matches all sinks.
        { "node.name", "matches", "bluez_output.*" },
      },
    },
    apply_properties = {
      --["node.nick"] = "My Node",
      --["priority.driver"] = 100,
      --["priority.session"] = 100,
      --["node.pause-on-idle"] = false,
      --["resample.quality"] = 4,
      --["channelmix.normalize"] = false,
      --["channelmix.mix-lfe"] = false,
      --["session.suspend-timeout-seconds"] = 5,  -- 0 disables suspend
      --["monitor.channel-volumes"] = false,

      -- Media source role, "input" or "playback"
      -- Defaults to "playback", playing stream to speakers
      -- Set to "input" to use as an input for apps
      --["bluez5.media-source-role"] = "input",
      ["bluez5.a2dp.ldac.quality"] = "hq",  -- LDAC HQ モード
    },
  },
...

上記実行後再びサービスを再起動しときます．

systemctl --user restart pipewire pipewire-pulse wireplumber

すると以下のような接続状態になるはずです

% pactl list sinks | grep -A 20 'Name: bluez'                             
    Name: bluez_output.xx_xx_xx_xx_xx_xx.1
    Description: WH-1000XM4
    Driver: PipeWire
    Sample Specification: float32le 2ch 96000Hz
    Channel Map: front-left,front-right
    Owner Module: 4294967295
    Mute: no
    Volume: front-left: 19609 /  30% / -31.44 dB,   front-right: 19609 /  30% / -31.44 dB
            balance 0.00
    Base Volume: 65536 / 100% / 0.00 dB
    Monitor Source: bluez_output.xx_xx_xx_xx_xx_xx.1.monitor
    Latency: 0 usec, configured 0 usec
    Flags: HARDWARE HW_VOLUME_CTRL DECIBEL_VOLUME LATENCY 
    Properties:
        allowed-rates = "table: 0xxxxxxxxxxxxx"
        api.bluez5.address = "xx:xx:xx:xx:xx:xx"
        api.bluez5.codec = "ldac"
        api.bluez5.profile = "a2dp-sink"
        api.bluez5.transport = ""
        bluez5.a2dp.ldac.quality = "hq"
        card.profile.device = "1"

以上で設定は完了です．

周波数は96kHzの方が本当に良いのか？

48kHzに比べ96kHzは転送可能データ量は倍増しますが，その分Bluetooth 帯域の負荷が高くなります．そのため，音途切れが出やすくなります．家や障害物の少ない環境なら良いとは思いますが，外出のときに使う場合は96kHzにこだわる必要はないと思います．また，そもそも論としてあくまでLDACは音楽を聞くためのcodecであって，通話とかのときは使えません．

その他フィールドについて

Owner Module

Owner Moduleは，音源（Sink）や音声ノードを所有している PipeWire モジュールの IDをしめすフィールドです．

Owner Module: 4294967295

となってますが

\[ 4,294,967,295 = 2^{32} - 1 \]

であることから特別な意味がありそうなことが推察できます．実際に，PipeWire / PulseAudio では「所有者なし」を表すフラグ的な値として扱われてます．

PulseAudio / PipeWire における音量の内部表現

Base Volume: 65536 / 100% / 0.00 dB という行があります．

\[ 65,536 = 2^{16} \]

で音量の最大値を示しています．PipeWire/pipewire Repository > volume.h sourceの実装を確認してみると

typedef uint32_t pa_volume_t;

#define PA_VOLUME_MUTED ((pa_volume_t) 0U)
#define PA_VOLUME_NORM ((pa_volume_t) 0x10000U)
#define PA_VOLUME_MAX ((pa_volume_t) UINT32_MAX/2)

となっており，音量は 32bit unsigned intとして扱われてますが，

#define PA_VOLUME_NORM ((pa_volume_t) 0x10000U)

で16bit 正規化 (0x10000) が基準となっていることも読み取れます．

🎚️ EasyEffectsの導入

ヘッドホンは各製品ごとに個性が強く，同じ音源でも聞こえかたが異なります．具体的には，ヘッドホンはその再生周波数特性が各製品ごとに異なり，その特性に応じて「ドンシャリ傾向」「かまぼこ傾向」「フラット傾向」の再生音となります．

音傾向	特徴	向いている音楽ジャンル・用途
ドンシャリ	低音と高音が強調される．低音が「ドンドン」，高音が「シャリシャリ」する派手な音．	ロック，EDM
かまぼこ	中音域が際立ち，低音・高音は抑えめ．ボーカルやメロディが前に出やすい．	アコースティック，ボーカル重視の楽曲，バラード
フラット	周波数特性が均一に近く，原音忠実性が高い．録音やモニタリング用途に理想的．	クラシック，ジャズ，音源分析

無理に調整する必要はないですが，Linux環境でEqualizer調整したい場合はPipewire環境でも動作するEasyEffectsがおすすめです．

Equalizerとは？

イコライザーは音質傾向をリケーブルのように物理的にではなく，ソフトウェアで間接的に音質を変える手法です．

音楽リスニングで好みの音質に調整
ヘッドホンでバーチャルサラウンド化

という目的のために諒されます．Equalizer を使うと，各周波数帯（低音領域・中音領域・高温領域）の音量を個別に増減できます．

Easy Effectsのインストール

apt packageで入れる場合は以下のコマンドでインストールします

# apt package
sudo apt install easyeffects

Equalizer設定

基本的には自分が理想とする音質に合わせて周波数ごとのゲインを調整します．自分はAutoEQの周波数補正プリセットをベースラインとして少し自分好みに変更しました．

select headphonesのところに，Sony WH-1000XM4 (ANC Off)を入力すると以下のようなグラフがでてきます

用語	説明
RAW	元のヘッドホン・スピーカーの周波数特性（補正前）
TARGET	理想の周波数特性（目標カーブ）
EQUALIZED	EQ 補正を適用した後の特性（RAW → TARGET に近づけた状態）

31-band Graphic Eqをコピペして，ちょっと自分好みに編集します．その後以下の形式でtxtファイルを保存します．

Preamp: 0db
Filter 1: ON PK Fc 20 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 2: ON PK Fc 25 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 3: ON PK Fc 32 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 4: ON PK Fc 40 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 5: ON PK Fc 50 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 6: ON PK Fc 63 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 7: ON PK Fc 80 Hz Gain -0.2 dB Q 4.36
Filter 8: ON PK Fc 101 Hz Gain 1.1 dB Q 4.36
Filter 9: ON PK Fc 127 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 10: ON PK Fc 160 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 11: ON PK Fc 202 Hz Gain 0 dB Q 4.36
Filter 12: ON PK Fc 254 Hz Gain -0.9 dB Q 4.36
Filter 13: ON PK Fc 320 Hz Gain 0.7 dB Q 4.36
Filter 14: ON PK Fc 403 Hz Gain 2.2 dB Q 4.36
Filter 15: ON PK Fc 508 Hz Gain 0.3 dB Q 4.36
Filter 16: ON PK Fc 640 Hz Gain 3 dB Q 4.36
Filter 17: ON PK Fc 806 Hz Gain 2.3 dB Q 4.36
Filter 18: ON PK Fc 1016 Hz Gain 0.8 dB Q 4.36
Filter 19: ON PK Fc 1280 Hz Gain 1 dB Q 4.36
Filter 20: ON PK Fc 1613 Hz Gain -1.1 dB Q 4.36
Filter 21: ON PK Fc 2032 Hz Gain 0.5 dB Q 4.36
Filter 22: ON PK Fc 2560 Hz Gain -1.1 dB Q 4.36
Filter 23: ON PK Fc 3225 Hz Gain -0.7 dB Q 4.36
Filter 24: ON PK Fc 4064 Hz Gain 2.2 dB Q 4.36
Filter 25: ON PK Fc 5120 Hz Gain 1.7 dB Q 4.36
Filter 26: ON PK Fc 6451 Hz Gain 0.2 dB Q 4.36
Filter 27: ON PK Fc 8127 Hz Gain -3 dB Q 4.36
Filter 28: ON PK Fc 10240 Hz Gain -0.4 dB Q 4.36
Filter 29: ON PK Fc 12902 Hz Gain 2 dB Q 4.36
Filter 30: ON PK Fc 16255 Hz Gain 4.7 dB Q 4.36
Filter 31: ON PK Fc 20480 Hz Gain 10.7 dB Q 4.36

それをImport PresetのAPOから読み込ませれば完了です．気に入らなければtoggleでon/offできるのもEasyEffectsの良いところです．

利用してるときにトラブルが発生した場合

EasyEffectsを利用しているとき，たまに音声出力やEQ処理でフリーズしたりします．自分が直面したケースだとPipeWire や Bluetooth 接続自体の問題ではなく，EasyEffects の GUI やプラグインが原因だったので，実行中の EasyEffects プロセスを強制終了する形で対処しています．コマンドは以下

killall easyeffects

Appendix 1: Bluetooth

Definition 1 Bluetooth

2.54GHz帯の電波を使って通信する無線通信規格
赤外線(IrDA)と異なり，インファーフェース部分を大勝利きに向ける必要はない
Wi-Fiのように高速通信ではないが，消費電力が少なく小型の機器に向いている

Bluetooth製品の規格で重要なのが「Version」「Class」「Profile」の三点．

項目	説明
Version	通信方式や通信速度を規定したもの
Class	電波強度と最大通信距離を表す
Profile	Bluetoothでやり取りするために通信ルール．音声ステレオ通信ならば「A2DP」，マウスやキーボードなどの入力装置ならば「HID」

Definition 2 Bluetooth Class

Bluetoothのクラスとは，電波の最大出力や到達距離を規定した名称
最大通信距離によって「クラス1」，「クラス2」，「クラス3」の3つの種類に分けられています．

クラスの種類	最大出力	通信最大距離
クラス1	100mW	約100m
クラス2	2.5mW	約10m
クラス3	1mW	約1m

なお日本国内では「クラス1」といえど10mWが限界のため最大値の1/10が最大出力です．

Appendix 2: `0x10000U` のprefixとsuffix

0x10000U には 0x というprefixと U というsuffixが付いてます．

0x: 続くdigitsが16進数(hexadecimal number)であることを表す
U: unsignedを表す．つまり今回は unsigned integer

従って，0x10000U は

\[ 65,536 = 1 \times 16^4 + 0 \times 16^3 + 0 \times 16^2 + 0 \times 16^1 + 0 \times 16^0 \]

となります．

C, C++で使用されるsuffix例

value	suffix	meaning
`123`		デフォルトの整数型（通常 `int`）
`123u`	`u`	`unsigned int`（符号なし整数）
`123l`	`l`	`long`（符号付き長整数，環境依存で32bit）
`123L`	`L`	`long`（符号付き長整数）
`123uL`	`uL`	`unsigned long`（符号なし長整数）
`123LL`	`LL`	`long long`（符号付き64bit整数）
`123uLL`	`uLL`	`unsigned long long`（符号なし64bit整数）

% gcc check_numeric_type.c -o test && ./test
Type                 Bytes  Min                    Max                   
int                  4      -2147483648            2147483647            
short                2      -32768                 32767                 
long                 8      -9223372036854775808   9223372036854775807   
unsigned short       2      0                      65535                 
unsigned long        8      0                      18446744073709551615  
long long            8      -9223372036854775808   9223372036854775807   
unsigned long long   8      0                      18446744073709551615  
float                4      -3.402823e+38          3.402823e+38          
double               8      -1.797693e+308         1.797693e+308         
long double          16     -1.189731e+4932        1.189731e+4932

つまり，long long は 8 bytes(=64 bits)であることがわかります．

🎯 Goals

💻 実行環境

Ubuntu

🎧 Sony WH-1000XM4のスペック

🔨 WH-1000XM4接続設定

その他フィールドについて

🎚️ EasyEffectsの導入

Appendix 1: Bluetooth

Appendix 2: 0x10000U のprefixとsuffix

References

Appendix 2: `0x10000U` のprefixとsuffix