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なぜアナログ信号は、デジタル信号に比べてノイズに弱いの?

レコードプレーヤー

この記事では、音楽を視聴することを思い浮かべながら、アナログ信号がデジタル信号に比べてノイズに弱いことや、世の中の電子機器類がアナログからデジタル方式に変わってしまった理由を分かりやすく紹介しています。

レコードで聴く音楽は本当に滑らかなの?

近年では、音楽のツールもデジタル化が進んで、ほとんどアナログ音源で録音したものはなくなりました。
CDやミニディスクはデジタル信号ですし、ネットで配信される音楽は当然デジタル信号です。

こんな時代になると、ドーナツ型レコードに録音した音楽は貴重です。

アナログ信号は連続した音声信号を、そのまま録音しているため情報量の多い信号です。デジタル信号のように「0」または「1」のだけの集合体ではなく、中間地のある音源です。

その為、アナログ信号を録音したレコードが、聴く人によってはデジタル信号に比べて滑らかに聴こえるというのは本当なのでしょう。

デジタル信号化が進んだ理由

アナログ信号アナログ信号
デジタル信号デジタル信号

ドーナツ型レコードに録音した音楽が、それほど耳に心地よいのなら、なぜデジタル化は進んでしまったのでしょうか?

しかも、人が住んでいる自然界では、ほとんどがアナログ信号のため、機器内ではアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路や、出力側にはデジタル信号をアナログ信号に戻すためのD/A変換回路も必要です。

そんな余計なインターフェース回路も必要になるのに、なぜデジタル信号化は進んでしまうのでしょうか?

《回路のデジタル化を促した理由》

  • デジタル信号は、回路の小型化や低消費電力化を実現
  • 無線通信は、回路のデジタル化を推進
  • 回路のデジタル化は、高速通信を実現して世の中のニーズに対応

《音源としてのアナログ信号の弱点》

  • アナログ信号はノイズに弱い

アナログ信号とデジタル信号の性質

音は、空気の振動で作られるアナログ情報です。アナログ信号をデジタル化するには、一定の時間間隔で音の振動の高さ(波の高さ)を収集して、所定の細かさの段階に当てはめて数値化した後で、2進法に変換することで作られます。

ただし、デジタル信号は、「0」または「1」しかないので、高速に伝達することができます。また、LOWレベルまたはHIGHレベルの2つだけで判断すれば良いので、しきい値レベルはノイズに対して余裕で設定できます。デジタル信号は、劣化した信号波形の修復も簡単です。

これに対して、連続したアナログ信号には中間レベルもあります。連続したアナログ信号にノイズが載るとノイズ源だけ取り去ることは困難です。

これが、アナログ信号は、デジタル信号に比べて、ノイズに弱く、扱いにくい理由です。

信号が連続しているアナログ回路が扱いにくい理由

アナログ信号は連続しているため、中間レベルが無数に存在します。電子回路からみると、中間レベルの電圧では、電流を流し続けなければなりません。電流が流れると消費電力が生じて発熱してしまいます。

回路が発熱すると、寿命に影響するため、放熱しなければならなくなって小型化できなくなります。対して、デジタル信号は「0」か「1」しか存在しないため、省エネ設計・回路の小型化が可能になります。回路設計者からみるとアナログ回路は扱いにくいのです。

ポイントのまとめ

ピアノの演奏ピアノの演奏

アナログ信号は、耳に心地よいと言われています。生演奏は、アナログ信号です。アナログ信号をデジタル信号に変換してまで、デジタル信号化する理由は何でしょうか?

その理由は、「デジタル回路は小型化や低消費電力化しやすくて扱いやすい」、「無線通信技術が回路のデジタル化を推進」、「高速通信には、デジタル化が必須。」、それに加えて「アナログ信号はノイズに弱い」という致命的な弱点がありました。

このような理由で、世の中の電子回路は、デジタル化が進んだのでしょう。

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iyasaretaihito
子どもの時から、昆虫や恐竜、宇宙などに興味がある理科大好きな理系人間です。 会社は半導体設計関連会社に勤務して、60歳で定年退職後は趣味に没頭する、のん気なおじさんです。