アナログ信号とデジタル信号の違いを楽器の例を交えて解説！

私たちの身の回りには、さまざまな電子機器が存在します。これらは、アナログ信号やデジタル信号を使って情報をやり取りしています。

では、アナログ信号とデジタル信号の違いとは何なのでしょうか？

今回は、アナログ信号とデジタル信号の違いを楽器の例を交えながら紐解いていきます。

アナログ信号とデジタル信号の違い
1. アナログ信号の仕組み
2. デジタル信号の仕組み
楽器から見るアナログとデジタルの違い
1. アナログ楽器
2. デジタル楽器
アナログ信号とデジタル信号の違いを楽器の例を交えて解説！まとめ

アナログ信号とデジタル信号の違い

アナログ信号とは、連続的に変化する信号を指します。例えば、温度計の水銀柱の高さ、時計の針の動き、人間の声などは、全て滑らかに変化する値を持っています。

一方、デジタル信号は、離散的な値（通常は0と1）で表現される信号です。例えば、デジタル時計の数字表示、CD・DVDに記録されたデータなどが該当します。

本項では、アナログ信号とデジタル信号の違いを物理的な観点から解説します。

アナログ信号の仕組み

アナログ信号は、上図のように物理量の連続的な変化を利用して情報を伝達します。また、アナログ信号を用いた例として、以下の3つが挙げられます。

1．電気信号

アナログ電気信号は、電圧や電流の大きさが連続的に変化することで情報を表現します。　
例えば、マイクロフォンでは、音波による空気の振動が振動板を動かし、それに連動した電磁誘導によって電流が発生します。この電流の強さが音の大きさによって変化し、周波数が音の高さに対応する点が特徴です。

2．光信号

光信号は、光の強度や波長が連続的に変化させ情報を伝えます。
例えば、光ファイバー通信では、レーザー光の強度を連続的に変調させることで情報を伝送します。また、アナログ光通信では、光の波長を連続的に変化させて情報を伝えることも少なくありません。

3．機械的な信号

機械的な信号も、アナログ信号に該当します。例えば、レコードプレーヤーではレコード盤の溝の深さや幅が音楽情報を連続的に記録。そして、再生時には針が溝をたどり、針の振動が電気信号に変換されます。
そのため、溝による針の変化は完全に連続的となり、理論上は途切れの無い滑らかな情報を記録できます。

上記のように、アナログ信号は実物の動作をもって情報を伝達するため、途切れの無い滑らかな信号になります。

デジタル信号の仕組み

デジタル信号は、上図のように離散的な値（多くの場合、0と1の2値）を用いて情報を表現します。また、デジタル信号を用いた例には以下の3つが挙げられます。

1．電気信号

電気信号によるデジタル化は、ある閾値を超えるか否かで0と1を判別するケースが一般的です。
例えば、トランジスタのON/OFF状態を利用して、0V以下を「0」、5V以上を「1」とする方式があります。また、上記の信号を高速で切り替えることで、複雑な情報を伝達できます。

2．光信号

光信号によるデジタル化は、光の有無や強度の閾値で0と1を表現します。
例えば、CD・DVDの読み取りでは、レーザー光を照射し、反射光の強度が一定以上なら「1」、一定以下なら「0」と判断します。これにより、ディスク上の微小な凹凸を2進数の情報としての読み取りが可能です。

3．磁気記録

磁気記録を用いた場合では、磁化の向きを利用して0と1を表現します。
例えば、ハードディスクドライブでは、磁性体の微小な領域の磁化方向を変えることで情報を記録します。また、読み取り時には磁化方向の違いを電気信号の変化として検出可能です。

上記より、デジタル信号は常に離散的な値のみを取るため、ノイズの影響を受けにくいという特徴があります。そのため、一定以上のノイズでない限り、0と1の判別が誤ることはありません。

楽器から見るアナログとデジタルの違い

アナログ信号とデジタル信号は、楽器の世界においても広く用いられています。
本項は、アナログ楽器とデジタル楽器の例からそれぞれの違いを紐解きます。

アナログ楽器

従来の楽器の多くは、アナログ楽器に分類されます。例えば、ピアノやバイオリン、ドラムなどが該当します。

例1）ピアノ

ピアノは、ハンマーが弦を叩き、空気中に連続的な振動を生み出します。そして、ピアノによって出された振動が空気を伝わり、私たちの耳に届きます。
そのため、音の大きさや音色は、鍵盤を押す強さや速さによって滑らかに変化する点が特徴です。

例2）バイオリン

バイオリンは、弓で弦をこすることで連続的な振動を生み出します。そのため、演奏者の微妙な指の動きや弓の圧力によって、無限に近い音色の変化を表現できます。

例3）ドラム

ドラムも、打面を叩く強さ、位置、使用する道具（スティックやブラシなど）によって、連続的に変化する音を生み出します。

上記から、アナログ楽器の特徴は以下の通りとわかります。

演奏者の微妙な操作が直接音に反映
音色の変化が滑らかで無段階
物理的な共鳴や倍音が自然に生まれる

デジタル楽器

電子技術の発展により、デジタル楽器も広く使われるようになりました。これらの楽器は、音の生成や制御にデジタル技術を活用しています。

例1）シンセサイザー

シンセサイザーは、音をデジタル的に生成し、離散的な値で音の高さや音色を制御します。
一般的には、MIDIデータ（音源をPCなどを使って再生可能なデータにしたもの）を用いて音の高さを半音単位で表現します。これにより、様々な音色を使った音作りが可能です。

例2）電子ドラム

電子ドラムは、打面のセンサーが叩く強さを検知し、それを数値化して音を生成します。これにより、微妙な強弱の違いを表現できます。
また、電子ドラムは音をデジタル信号として扱うため、静音性が保たれる利点があります。

例3）デジタルピアノ

デジタルピアノは、鍵盤の動きをセンサーで検知し、録音された音源データを再生します。
また、デジタルピアノの中には、鍵盤を押す速度や深さを複数のセンサーで検知し、それらの情報を組み合わせて音の強弱や音色の変化を表現します。
具体的には、88鍵それぞれに対して複数の音源を用意し、打鍵の強さに応じて適切な音を選択することで、アコースティックピアノに近い表現力を実現しています。

上記から、デジタル楽器の特徴は以下の通りとわかります。