サンプリング周波数

① サンプリング周波数とは？～音のデジタル化を学ぼう！～

放課後の教室で、中学生のユウキが先生に質問しました。

「先生、音楽をデジタルで録音するときに『サンプリング周波数』って言葉を聞いたんですけど、どういう意味なんですか？」

先生は微笑みながら答えました。

「いい質問だね。簡単に言うと、サンプリング周波数は音をどれだけ細かく記録するかを表す数字なんだ。」

ユウキは首をかしげました。

「細かく記録するってどういうことですか？」

先生は黒板に波の図を描きながら説明しました。

「音は空気の振動だから、波の形をしているよね。でもデジタルではこの波をそのまま記録することはできないから、一定間隔で音の高さを測ってデータにするんだ。」

ユウキは図を見て納得しました。

「それがサンプリングっていう作業なんですね！」

先生は続けました。

「そのとおり。そしてサンプリング周波数は、この測定を1秒間に何回行うかを示すんだよ。たとえば、44.1kHzなら1秒間に44,100回も測定することになるんだ。」

「すごい回数ですね！それなら細かい音までしっかり記録できそうです。」

先生はさらに説明を加えました。

「実はこの考え方には『標本化定理（サンプリング定理）』という理論があるんだよ。アメリカの数学者ナイキストとシャノンによって考えられたものなんだけど、簡単に言うと『アナログ信号を正確にデジタル化するには、元の信号の周波数の2倍以上でサンプリングする必要がある』というルールなんだ。」

ユウキは驚きながら聞きました。

「じゃあ、サンプリング周波数が足りないとどうなるんですか？」

「波の形が正確に再現できず、音が歪んだりノイズが入ったりするんだよ。だから音質を保つためには、十分な周波数が必要になるんだ。」

ユウキはさらに質問しました。

「じゃあ、CDとラジオでは違うんですか？」

先生は表を描きながら説明しました。

用途	サンプリング周波数
CD音源	44.1kHz
DVDオーディオ	48kHz
ハイレゾ音源	96kHz以上
ラジオ放送（AM）	約11kHz
ラジオ放送（FM）	約22kHz

「なるほど！用途によって違うんですね。」