第21回 言語聴覚士国家試験 第140問

■ 正答：2番 — 標本化周波数までの周波数成分を録音できる。 標本化定理によると、デジタル化で保存できるのは「標本化周波数の1/2（ナイキスト周波数）までの周波数成分」です。標本化周波数そのものではなく、その半分の周波数までが上限になるため、選択肢2は誤りです。 --- 【各選択肢の解説】 1. アナログ・デジタル変換が必要である。 ✅ 正しい。音声はアナログ波形であるため、デジタル録音を行うにはA/D変換が必須のプロセスです。 2. 標本化周波数までの周波数成分を録音できる。 ❌ 誤り。標本化定理（Nyquistの定理）により、実際に保存できるのは「標本化周波数の1/2までの周波数成分」です。標本化周波数そのものは保存できません。例えば48kHzで標本化した場合、24kHzまでの周波数成分が記録されます。 3. 量子化ビット数が大きいほど量子化雑音は小さくなる。 ✅ 正しい。量子化ビット数が増えるとレベル解像度が向上し、丸め誤差（量子化雑音）が減少します。16ビット→24ビットへの増加により量子化雑音は低下します。 4. 録音レベルの調節が悪くて過大入力になると、音が歪む。 ✅ 正しい。過大入力はデジタルクリップ（サチュレーション）を招き、波形の頂点が切り取られて音が歪みます。これはA/Dコンバータの入力飽和による必然的な現象です。 5. データを圧縮する方式としない方式とがある。 ✅ 正しい。PCMは非圧縮、MP3・AACはロッシー圧縮、FLACはロスレス圧縮など、複数の方式が存在します。 --- 【試験対策ポイント】 標本化定理（Nyquistの定理）の正確な表現： - 標本化周波数をfs、ナイキスト周波数をfnとすると、fn = fs/2 - 記録可能な最大周波数は「fs/2」 - fs = 48kHz → fn = 24kHz - fs = 44.1kHz（CD）→ fn = 22.05kHz 音声デジタル化の3つの処理ステップ： 1. 標本化（Sampling）：時間軸を離散化 2. 量子化（Quantization）：振幅を離散化 3. 符号化（Encoding）：デジタルコードに変換 量子化雑音と解像度： - 16ビット：216 = 65,536レベル（CD規格） - 24ビット：224 = 16,777,216レベル（プロ用音声） - ビット数増加 → レベル解像度向上 → 量子化雑音低下 クリップとヘッドルーム： - 過大入力 → デジタルクリップ → 回復不可能な歪み - 適正な入力レベル設定が重要（-6～-3dBFS推奨）