アナログとデジタル

STEP 1 アナログとデジタルの違い

アナログ（Analog）

連続した値（なめらかな波）

デジタル（Digital）

とびとびの値（0と1だけ）

項目	アナログ	デジタル
値の種類	連続した値（無限の細かさ）	とびとびの値（0と1）
例	温度計・アナログ時計・レコード・人の声	デジタル時計・CD・コンピュータのデータ
ノイズへの強さ	弱い（劣化・ノイズが混ざりやすい）	強い（0か1かで判定できる）
コピー	コピーするたびに劣化する	何度コピーしても劣化しない
情報量	無限（細かい情報まで保持）	有限（細かさは設定による）

STEP 2 AD変換（アナログ → デジタル）の3ステップ

コンピュータはデジタルしか扱えないため、マイクで拾った音声や温度センサーなどアナログ情報をデジタルに変換する必要があります。この変換を AD変換（A/D変換） といいます。

1

標本化（サンプリング）

一定時間ごとに
値を「測る」
（時間方向の区切り）

→

2

量子化

測った値を
決まった段階に
丸める（値の区切り）

→

3

符号化

丸めた値を
2進数（0と1）で
表す

① 標本化（サンプリング）

アナログ信号を 一定の時間間隔 で区切って値を読み取ります。
この時間間隔を サンプリング周期、1秒間に何回測るかを サンプリング周波数（Hz） といいます。
サンプリング周波数が高いほど、元の音に近くなります。

よく出る例：CDの音声

CDのサンプリング周波数は 44,100 Hz（44.1kHz）。
1秒間に44,100回測定している！
人間が聞こえる音の上限（約20,000Hz）の約2倍以上にすることで、元の音を正確に再現できます。

② 量子化

測った値を あらかじめ決めた段階（レベル） に丸めます。
この段階の数を 量子化ビット数 といい、ビット数が多いほど細かく・正確になります。
丸めることによる誤差を 量子化誤差 といいます。

量子化ビット数と段階数

nビットで量子化すると → 2ⁿ段階 で表せます。
CDは16ビット → 2¹⁶ = 65,536段階

③ 符号化

量子化した値を 2進数（0と1の組み合わせ） で表します。
これでコンピュータが処理できるデジタルデータの完成です！

STEP 3 データ量の計算（よく出る！）

音声データのデータ量を計算する公式

データ量（ビット）＝サンプリング周波数（Hz）× 量子化ビット数（bit）× 時間（秒）× チャンネル数
※ステレオは2チャンネル、モノラルは1チャンネル

例題①：CDの音声1分間のデータ量は？

1

条件を整理する

サンプリング周波数：44,100 Hz　／　量子化ビット数：16 bit
時間：60秒　／　チャンネル数：2（ステレオ）

2

公式に当てはめる

44,100 × 16 × 60 × 2
= 84,672,000 ビット
= 84,672,000 ÷ 8 = 10,584,000 バイト
≒ 約 10.1 MB　（1MB = 1,000,000バイトの場合）

例題②：画像データのデータ量は？

画像データ量（ビット）＝横のピクセル数 × 縦のピクセル数 × 色深度（ビット/ピクセル）
フルカラー（24ビットカラー）= 赤8bit + 緑8bit + 青8bit = 1ピクセルあたり24ビット

// 例：1920×1080ピクセル、フルカラー（24bit）の画像
1920 × 1080 × 24
= 49,766,400 ビット
= 49,766,400 ÷ 8 = 6,220,800 バイト
≒ 約 6.2 MB

単位の変換まとめ（よく出る！）

      8 bit = 1 Byte（バイト）

      1,024 B = 1 KB（キロバイト）　※試験では1,000で計算することも

      1,024 KB = 1 MB（メガバイト）

      1,024 MB = 1 GB（ギガバイト）

STEP 4 デジタル化のメリット・デメリット

	メリット	デメリット
コピー・保存	何度コピーしても劣化しない	圧縮すると画質・音質が下がることがある
ノイズ	ノイズに強く、品質が安定する	量子化誤差が生じる
処理・編集	コンピュータで簡単に加工・編集できる	データ量が大きくなりやすい
伝送	ネットワークで送りやすい	AD変換・DA変換が必要

DA変換（デジタル → アナログ）

デジタルデータを人間が使えるアナログ信号に戻すことを DA変換（D/A変換） といいます。
例：スピーカーから音を出す、ディスプレイに映像を映す

練習やってみよう！

【基本】用語の確認

① 連続した値をとびとびの値に変換することを何という？

② AD変換の3ステップを順番に答えよう
（○○化・○○化・○○化）

③ 1秒間に何回サンプリングするかを表す単位は？

④ 量子化のときに生じる、丸めによる誤差を何という？

⑤ アナログと比べたデジタルのメリットを1つ答えよう

⑥ デジタル → アナログへの変換を何という？

【応用】量子化ビット数の計算

⑦ 量子化ビット数が8ビットのとき、何段階で表せる？

⑧ 量子化ビット数が4ビットのとき、何段階で表せる？

【発展】データ量の計算

⑨ サンプリング周波数 22,050Hz、量子化16ビット、モノラル（1ch）で10秒録音したときのデータ量は何ビット？

⑩ 640×480ピクセル、フルカラー（24ビット）の画像のデータ量は何バイト？

⑪ サンプリング周波数を2倍にすると、データ量はどうなる？

⑫ 量子化ビット数を8ビットから16ビットに増やすと、データ量は何倍になる？

まとめポイントを確認しよう

〜

アナログ

連続した値
ノイズに弱い
コピーで劣化する

01

デジタル

とびとびの値（0と1）
ノイズに強い
劣化しない

→

AD変換

標本化
→ 量子化
→ 符号化

共通テストで出るポイント
・アナログとデジタルの特徴と違いを説明できる
・AD変換の3ステップ（標本化・量子化・符号化）の順番と内容がわかる
・サンプリング周波数と量子化ビット数が高い/多いほど品質が上がることを知っている
・データ量の計算（音声・画像）が公式を使ってできる
・量子化ビット数nビット → 2ⁿ段階 で表せることを知っている