デジタルとアナログの違い

質問

最近、なにかとデジタル化されていますね
デジタルにすることで通信が高速化できたり、情報が劣化しないなどの特性があるようですが
なぜそのような特性が出るのでしょうか？
デジタル通信は波形がパルスになっているそうですが
１、なぜパルスだとそのような特性が出るのか
２、デジタル化することのメリット、デメリット
を教えてください

回答No.1

kaz-a · ベストアンサー

デジタル化=符号化です。
一般的には二進法で表しますので、扱う数字は0と1だけでいいことになります。
信号の波形を作る際、0が谷、1が山になると思えばイメージとしてつかみやすいと思います。
情報が劣化しないというのは、言い方を変えれば劣化した情報を復元できるということです。
信号を伝送する際、アナログの場合はNoise(雑音)が入るとノイズまで忠実に再生される=劣化します。
デジタルでS/N比(Signal/Noise)が十分取れれば、よほどのノイズが混入しない限り信号の訂正に誤りを発生させないことができます。たとえば信号レベルが1で雑音レベルが最大0.2だとすれば、0の信号は-0.2～0.2、1の信号は0.8～1.2で両者の範囲が重ならないので、誤り訂正ですべての信号を0と1に変更することにより、ノイズ混入による変化をすべて排除できるわけです。

もうひとつイメージが湧きやすい例を出しましょう。
2/3という分数を小数で表そうとします。
アナログの場合は0.666666･･･とできるだけ多くの6を表そうとします。どこまで表せるかは環境によります。
デジタルの場合は、小数第何位までを表すかあらかじめ規格で決めてしまいます。よって規格の範囲ではつねに一定の数字を表すことができます。言い換えれば、デジタル化で一定の品質を保つことができるということです。また、第何位までという数字を上下させることで品質をコントロールできるという点もあります。
これはメリットですが、同時にデメリットにもなります。
小数第何位かで切っているわけですから、その下の数字ははじめから間引いてしまっているわけです。すなわち、デジタル化=データの劣化でもあるのです。すなわち、デジタル符号化で劣化した分よりも忠実に再生できるだけのアナログ環境があれば、デジタルがアナログより品質が悪いということになります。一般の電話よりも携帯電話のほうが音質が悪いのが一例ですが、符号化の段階で間引いているデータ量を多くしているからです。

ですから、デジタルで通信が高速化できるというのは、逆にいえばデジタル化による劣化よりもアナログの使用環境による劣化のほうが大きいからこそ実現できた話なわけです。PCを使った通信の場合は、はじめからデジタル信号を扱っていますから理論的には劣化をなくせますので、あとは信号の間隔をできるだけ小さくすれば、それだけ高速化ができます。

お礼

いきなりこんなにしっくりくる回答をいただけるとは思ってもいませんでした
これで頭のモヤモヤがとれました
本当にありがとうございました

回答No.4

pen2san

まず、デジタルだからノイズに強い（劣化しない）と言う事は決してありません。

試しに、デジタル化されたカセットテープ（ＤＡＴ）等をそのまま（誤り訂正をしないで）２～３度ダビングしてみて下さい。　音飛びや雑音に悩まされることと思います。

では通常のダビングではなぜ劣化が無いか。
これはダビングの都度「誤り訂正」や「誤り補間」をしているからです。
ディジタル信号処理をした信号を扱うと、誤りを見つけたり、誤り訂正信号を付加したりするのが便利です。

アナログの世界でも同一信号を何度も送り、重ね合わせる事で伝送途中で入って来たノイズの低減を試みた時期もありましたが、通信回線の容量の関係で現在はもっぱらデジタル化が主流となっております。

デメリットは、
設計上の周波数帯域より高い周波数成分の信号が入力された場合、それが必要周波数帯域に落込んできてノイズとなります。（エリアシングと言います。）

それを防ぐため、送信側では設計帯域以上の信号を急峻なフィルターで除去しています（オーディオＣＤでは２２ＫＨｚ）。　よってそれ以上の信号は入れられない事になっています。

更に、急峻なフィルター（アンチ・エリアシング・フィルターと呼ぶ）は位相の回転が激しく、最高周波数帯域近くの位相特性はめちゃくちゃになっております。

このあたりの事を気にしなくても良いアプリケーションのディジタル化は益々進んで行くことでしょう。

お礼

さらなる深い説明をしていただいてありがとうございました
とてもうれしいです
今回は皆さんとてもわかりやすく説明していただいて、誰にポイントをあげようかと迷いましたが
先着の２名にポイントをあげることにしました
また質問があるときは、今回のようによろしくお願いします

回答No.3

ARC

１：なぜ、矩形波だとノイズに強いのか
　矩形波自体がノイズに強いわけではありません。#2の場合ですと、「_~~_,~___,~_~_,~~__」のコンマの部分に、誤り訂正情報が含まれているのです。
仮に、記録後にノイズが入って、「_~*_,~*__,~_~_*~~__」のようになってしまったとしても、誤り訂正情報を使えば、元の情報を復元できるのです。

２：デジタル化することの、メリットとデメリット。
　メリットは、情報の劣化が防げる事。それと、コンピュータとの親和性が高く、様々に加工、編集ができる事、また、その過程において、一切のノイズの混入を防げる事、などです。

　デメリットはあまりありませんが、例えば、デジタル化する際の情報の劣化があげられます。
#2での場合ですと、「緩やかに上昇する波」をデジタル化して、「6,8,10,12…」のように表現していますが、波をより細かく測定すれば、「6,7,8,9,10,11,12…」となるはずですが、データ量をの関係で、7,9,11が欠落しています。また、どれだけ波を細かく測定したとしても、波の「なめらかさ」を完全に再現する事は出来ません。(人間の感覚の限界を越えることは可能です。)

３：デジタルだとなぜ通信が速いのか
　デジタルは、データの編集が容易です。アナログだと、一つの周波数帯でしか情報を送れませんが、デジタルだと、一つのデータをぶつ切りにして、複数の周波数帯を使って別々に送り、受信先で元のデータに復元するといった、様々なテクニックを使う事が出来るのです。

回答No.2

ARC

・デジタル化とは

アナログの代表として、カセットテープ、デジタルの代表として、ＤＡＴ(デジタル・オーディオ・テープ)を取り上げてみます。
どちらも、「音」を記録する道具ですが、その記録方式に違いがあります。

マイクに向かってしゃべると、カセットテープに声が録音されますが、この過程をもう少し詳しく見てみます。
まず、マイクとは、音の波を電気の波に変換する器械です。
マイクに向かってしゃべると、マイクからは、音の波が高いときは高い電圧が、低いときは低い電圧が出力されます。

テープレコーダは、この波をそのままの形で、カセットテープの上に、磁気の強弱として記録します。カセットテープ上の磁気の波形は、記録する前の音の波形とまったく同一です。(多少は劣化しますが、ここでは気にしない)

これに対し、ＤＡＴの場合は、マイクとテープの間に、「符号化」というプロセスが入ります。
ＤＡＴレコーダは、マイクから電気の波を受け取ると、その波の高さを一旦数字に直します。そして、この数字を、磁気の波に翻訳して、記録するのです。

例えば、カセットテープ上に、「緩やかに上昇する波」が描かれている場合(磁気が徐々に強くなる)、同じものをＤＡＴに記録すると、
6,8,10,12…
のようになります。(実際には、2進数で記録されるので、「_~~_,~___,~_~_,~~__」のような、矩形波になります。("_"は磁気が弱い、"~"は、磁気が強い部分を表す)説明を分かりやすくするため単純化しているので、実際とは異なる。)

お礼

回答を２回に分けて、わかりやすく説明していただいてありがとうございました
とてもわかりやすい説明で目からウロコです
これからもわかりやすい回答作りをがんばってください