安敦誌


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ディジタルとアナログってなんだろう(1)

最近では、オーディオもディジタル、カメラもディジタル、テレビもそろそろディジタルという具合に身の回りのものがどんどんディジタル化されてきて、それ以前のアナログ機器と最近のディジタル機器の違いもずいぶんとイメージしやすくなってきたように思います。ところが、たとえばフィルム式のカメラとディジタルカメラでは違う部分が多すぎて、アナログとディジタルという本質的な部分での違いが、かえって見えにくくなっています。

しかも、じっくりと考えてみると、理論的には両者の違いが無いのではないか、という気さえしてきます。今回はこのあたりについて述べてみます。

最近はディジタル機器が日々新しく登場する程で、そうした新しいディジタル機器が多数氾濫していますが、一般社会に「ディジタル」という言葉をもたらした機器といえば、やはりディジタル時計ではないでしょうか。このディジタル時計という機器は、今日ディジタルと呼ばれる特徴を複数備えています。それをひとつずつ見ていくことにします。

アナログ時計の例:
セイコーウォッチ」より「グランドセイコー SBGR029

ディジタル時計の例:
G-shock.jp」より「GW-200S "FROGMAN"

ディジタル時計と「アナログ」時計では、まずは見た目、つまり時刻を表示する部分が決定的に違います。アナログ時計では、短針、長針、秒針などの針で時刻を示しているのに対し、ディジタル時計では液晶パネルに数字を表示して時刻を示します。この表示の上での違いが、アナログとディジタルの一番わかりやすい違いです。

ディジタルはdigitalの訳で、digitとは数字を指しますから、digitalは「数字的な」という意味です。一方、アナログはanalogまたはanalogueの訳で、analogy(類似、類推)やanalogous(類似の、相似の)と同源の単語です。「類似的な」あるいは「相似的な」というような意味になります。

数字で時刻を表示する方式は、まさにディジタルな表示方法といえます。一方、針を使った表示方法は、時・分・秒をそれぞれ「量」として扱い、それを針と文字盤の12時の方向との角度という「量」で表します。このとき、時刻を表す量と針の角度で表される量は比例関係にあります。これは、角度が時間を相似的に表しているという意味で、アナログな表示方法といえます。この種の違いを「外部表現」の違いと呼ぶことにします。

もうひとつの違いは、ディジタル時計が内部的にディジタルICを使っているのに対し、機械式のアナログ時計が歯車を使っているという違いです。歯車は大きい歯車と小さい歯車を噛み合わせると、それぞれの回転角が歯車の直径に反比例するという比例関係があります。これにより、テンプと呼ばれる振動子の振動を減速していきます。こうして時間という量が角度という量に変換されます。

一方、ディジタル時計では水晶振動子(別の発振回路でもいいのですが)の発する電気信号をHighとLowという2つの記号に置き換え、ANDやORといった論理ゲートからなる分周回路を使って信号の周波数を下げ、人間が理解する時間(秒・分・時)を得ます。HighとLowという記号を数字の1と0と考えると、分周回路は2進数の足し算を行う加算器と解釈できますから、2進数の「数字」を使って計算していると考えられるという意味で、ディジタルな回路と言うことができます。これは「内部表現」の違いと呼ぶことにします。

もうひとつは、しばしばディジタルとアナログの特徴とみなされる違いです。それは、アナログ時計が連続した値を示すのに対して、ディジタル時計は飛び飛びの不連続な値を示すという解釈です。これを「連続性」の違いと呼ぶことにします。連続性の違いについては、問題が難しいのであとで改めて述べます。

今日のディジタル機器を眺めると、さらにもうひとつの要素が加わります。それは、情報に対する演算の可能性です。ディジタル機器では情報を数値に変換するため、コンピュータで簡単に計算することができます。ただし、その計算量は膨大であることが多く、実用的な時間内で計算できるようになったのは半導体技術の進歩の結果と言えます。

そして最後に、上の演算可能性と近い要素ではありますが、エラー訂正の可能性があります。ディジタル情報は、あらかじめ工夫した信号に変換すると、記録や通信の際に情報に誤差が生じても、それを修復することができます。たとえば、"ABC"という情報を伝えるとき、"AAABBBCCC"としてやると、途中で誤差が混入して"AAABCBCCC"という情報に化けてしまっても、3個の信号ごとに多数決をすることで"ABC"という情報を復元することができます。これは「3個のうち1個くらいしか間違えないだろう」という前提に依存するものですが、もっと間違いが多い条件でも、それに応じた信号を設計できることになっています。アナログでも「誤差は10kHz以上に多く現れる」という前提があれば、Dolby B NRのように誤差を低減することができますが、完全に元の情報を修復することは難しくなっています。

誤りが訂正できるということは、コピーをしても情報が劣化せず、いくらでもコピーできる可能性があるということです。この点は、音楽や映画などのコンテンツ製作者が著作権の観点から、ディジタルメディアに対して常に牽制を続けてきた要因です。この違いを「誤差修復可能性」の違いと呼ぶことにします。

以上のように、ディジタル機器とアナログ機器の情報の取り扱いの違いは、「外部表現」「内部表現」「連続性」「演算可能性」「誤差修復可能性」という5つの要素に分けて考えることができます。

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ディジタルとアナログってなんだろう(1)
ディジタルとアナログってなんだろう(2)
ディジタルとアナログってなんだろう(3)
ディジタルとアナログってなんだろう(4)
エピローグ
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by antonin | 2005-07-07 01:25 | Trackback | Comments(2)

一市民の宇宙論

今日は風邪をひいて一日中眠っていたので、まだ眠れない。
眠れぬ夜の友に、先日購入した「ホーキング宇宙を語る」を読んだ。
すると、学生時代に考えていたヨタ話を思い出して、いろいろと考えてしまった。

あえて続きを読む
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by antonin | 2005-04-08 06:04 | Trackback | Comments(4)


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