基本情報 平成24年度 秋期 問26：テクノロジ系に関する問題

答えは c「320」MB です。

音をデジタル化するときの計算は、3つを掛け算します：サンプリング数 × ビット深さ × 時間。

• 1秒あたり44,100回サンプリング、1回が16ビット(=2バイト)
• 1秒のデータ量 = 44,100 × 2 = 88,200バイト ≒ 88KB
• 60分 = 3,600秒なので、合計 ≒ 88KB × 3,600 = 約320MB

👉 覚え方：「音声デジタル化＝サンプリング × ビット × 秒」。

ほかの選択肢：a 80、b 160、d 640は時間や量子化ビット数の計算ミスで出る数字。

なぜこれが正解か

正解は c 320MB。PCM方式のデータ量は 標本化周波数 × 量子化ビット数 × チャネル数 × 時間 で計算する。

• 標本化周波数：44.1kHz = 44,100回/秒
• 量子化ビット数：16ビット = 2バイト
• モノラル：1チャネル
• 時間：60分 = 3,600秒
• 計算：44,100 × 2 × 1 × 3,600 = 317,520,000 バイト ≒ 約320MB（1M = 10⁶バイト換算）

各選択肢の解説

• a 80：1/4の計算ミス（チャネル数やビット数の見落とし）
• b 160：1/2の計算ミス（8ビット計算など）
• d 640：ステレオ(2チャネル)で計算した場合

覚え方・ひっかけ注意

CD音質は「44.1kHz × 16bit × ステレオ」で1分あたり約10MB（1時間で約600MB）。本問はモノラルなので約半分。1MB = 10⁶バイトか2²⁰バイトかで微妙にズレるが選択肢の差が大きいので問題ない。「ステレオなら×2」を忘れないことが頻出ひっかけ対策。

理論的背景

PCM（Pulse Code Modulation：パルス符号変調）はアナログ音声をデジタル化する基本方式で、3段階の処理を経る：(1) 標本化（サンプリング）：時間軸を離散化、(2) 量子化：振幅軸を離散化、(3) 符号化：2進数表現。標本化定理（Shannon-Nyquist）により、原信号の最大周波数fmaxの2倍以上のサンプリング周波数が必要（fs ≥ 2fmax）。人間可聴域20Hz〜20kHzを再現するため、CDは44.1kHzを採用（20kHz×2 + マージン）。

実務での使われ方

CD（44.1kHz/16bit/stereo）、DAT（48kHz/16bit）、DVDオーディオ（最大192kHz/24bit）、ハイレゾ音源（96kHz/24bit以上）と階層的。電話は8kHz/8bit μ則PCM（64kbps）で帯域節約。ストリーミング音楽（Spotify、Apple Music）はPCMをAAC・MP3で圧縮するが原理は同じ。サンプリング周波数を上げると高音再現性向上、量子化ビットを増やすとダイナミックレンジ向上（16bit=96dB、24bit=144dB）。

試験での位置づけ

FEマルチメディア分野の頻出計算問題。標本化定理、量子化誤差、サンプリング周波数とビット深度の関係を問う設問が定番。応用情報・エンベデッドではΔ-Σ変調、AD/DAコンバータの実装、音声圧縮（MP3、AAC、Opus）のアルゴリズムまで踏み込む。

関連技術・発展補足

PCM以外のデジタル化方式として、DSD（Direct Stream Digital：SACDで採用、1bit×超高サンプリング）、ADPCM（差分を符号化、データ量削減）、ベクトル量子化（LPC、CELP：音声符号化で活用）がある。データ量削減のため、Lossy圧縮（MP3、AAC：心理音響モデルで人間の聞こえない成分を間引く）とLossless圧縮（FLAC、ALAC：完全可逆）が並存。動画では音声をAAC、映像をH.264/H.265で圧縮しMP4コンテナに格納するのが一般的。