標本化定理に基づく最大サンプリング周期の計算

標本化定理(Nyquist-Shannonのサンプリング定理)に基づき、サンプリング周期を算出します。 標本化定理によれば、原信号を歪みなく再現するためには、信号に含まれる最大周波数成分 $f_{\max}$ の 2倍以上の周波数(サンプリング周波数 $f_s$)で標本化する必要があります: $$f_s \geqq 2 \times f_{\max}$$ 本問のオーディオ信号の最大周波数は $f_{\max} = 20\,\text{kHz} = 20,000\,\text{Hz}$ であるため、必要な最小サンプリング周波数は次のとおりです: $$f_s = 2 \times 20\,\text{kHz} = 40\,\text{kHz} = 40,000\,\text{Hz}$$ サンプリング周波数 $f_s$ とサンプリング周期 $T$ は逆数の関係($T = \frac{1}{f_s}$)にあります。周波数が最小のとき周期は最大となるため、最大のサンプリング周期 $T_{\max}$ は次式で計算されます: $$T_{\max} = \frac{1}{40,000\,\text{Hz}} = 0.000025\,\text{s} = 25\,\mu\text{s}$$ したがって、最大のサンプリング周期は $25\,\mu\text{s}$ です。正解はウです。

0 kHz∼20 kHz0\,\text{kHz} \sim 20\,\text{kHz} の帯域幅のオーディオ信号をデジタル信号に変換するのに必要な最大のサンプリング周期を標本化定理によって求めると,何マイクロ秒か。

出典令和7年度秋期 応用情報技術者試験 午前 問25
ア
2.5
イ
5
ウ
25
エ
50