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System scan 2013
- 2. ハンドルネーム: Mine 本名: 丹羽直也 65回生 浪人生
- 3. CDをはじめとする、デジタル音声データには変 位(マイクロフォンの振動板のズレ)を一定間隔ご とに記録することで、音声をデジタル化したデー タを使用する。 1秒あたりに変位を記録する回数をサンプリング 周波数とよび、CDでは44.1kHz、つまり1秒間に 44100回記録している。 他の技術でも、大抵は44.1kHzや48kHzと言った、 45kHz前後のサンプリング周波数を使われている が、なぜこのサンプリング周波数が採用されてい るのか、理由を説明せよ。
- 4. 人間の可聴域の上限は20kHz前後と言われており、 その周波数までの情報を失わずに記録するために は、標本化定理よりその2倍よりも高いサンプリ ング周波数が必要とされるため。 採点基準 ◦ 人間の可聴域の上限に関する具体的な数字が 20kHz~24kHzの範囲で書かれていれば2/3 ◦ 標本化定理に触れていれば1/3 ◦ 可聴域に対するマージンがローパスフィルターを考慮し てとのものと言及があればなお良いが、高度な内容なた め点数には含まない。(詳しくは後述)
- 5. 配点: 15点 15点: 0人 10点: 0人 5点: 1人 0点: 14人 正答率: 2.22%
- 6. ちなみに、私が度々おすすめしてい る「徹底図解 パソコンのしくみ」 の中身に10点分の答えが書いてあ る。 タイトルの”Folding noise”の日本 語訳である「折り返し雑音」でググ ると、テーマである「標本化定理」 に行き当たるが、折り返し雑音(エ イリアシングも可)に触れているだ けでも5点(これで１人だけ得点して いる) http://www.amazon.co.jp/dp/4405107033 画像は http://www.e-hon.ne.jp/bec/SA/Detail?refISBN=9784405107038 より引 用
- 7. この問題のテーマは「標本化定理」 アナログ信号をデジタル信号を変換する際に、ど の程度の間隔で標本化をすればよいかを定量的に 表す定理 情報理論に置いて非常に重要な定理
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- 9. 連続信号を一定の間隔をおいて測定すること 1秒間に測定する回数が「標本化周波数」 最も身近なのがデジタル音声データ
- 10. 大抵「44.1kHz」 この数字はCDから引 き継いだものだが、当 然根拠がある。 これがまさに今回の問 題
- 11. CDなどのデジタル音声データは人間が聴くこと を想定している。 つまり、人間の耳が聞き取れる範囲の情報が記録、 再現可能であれば十分である。 一般的に、20Hzから20kHz程度の音を人は「感 じる」ことができると言われている。
- 13.
- 14. ここまでの説明を聞いて、この4.1kHz分のマー ジンが気になってくるはずだ。 これから解説はするが、System Scanではこのレ ベルは回答不可能と判断し、点数には入れていな い。
- 15.
- 20. 自動車のタイヤが写った映像で、タイヤがゆっく り回ったり、逆回転しているように見える モアレ ジャギー 信号一般において言えることなので、該当する例 は非常に多い。是非調べてみよう。
- 22. 一定間隔ごとに値をとっているだけなので、実際 には元に戻せるパターンはいくらでもある。 しかし、「ナイキスト周波数を下回る周波数の信 号」に関しては1通りしかできない。(そして、元 に戻すときはそれを採用する。) つまり、あくまでもナイキスト周波数を下回る周 波数成分に関してのみに、連続信号(元の信号)と 離散信号(標本化された信号)の相互変換が可能な のである。
- 24. この後、デモの音声データがあります。 イヤホン等を使い静かな環境で聴き比べないとこ の程度だとわからないかもしれません。 ◦ 高周波成分も混じっているので、長時間聞いているとめ まいがする可能性もあるのでご注意ください。 なお、音楽のデータを手元でサンプリング周波数 を落としたほうがわかりやすいとは思います。
- 25. 1000Hz のこぎり波 フィルタ無し 波形 周波数スペクトル
- 26. 1000Hz のこぎり波 フィルタ有り 波形 周波数スペクトル
- 27. WaveGene ◦ http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/soft/wg/wg.html ◦ 音のデータの生成に使用 FreeMat ◦ http://freemat.sourceforge.net/ ◦ 波形と周波数スペクトルの図の作成に使用
- 29. 現在の大陸間高速通信やISPのバックボーンはもっ ぱら光ファイバー通信を使用している。 光ファイ バー、及び光ファイバー通信の特徴として間違っ ているものをすべて選べ（完答）。 選択肢 ◦ 高速伝送が可能になる ◦ 電磁波を使用する ◦ 折り曲げに強い ◦ kmレベルの長距離伝送が可能 ◦ コアよりクラッドのほうが屈折率が大きい 赤字が正解です
- 30. 配点: 10点 10点: 1人 0点: 14人 正答率: 6.67%
- 34. 言わずもがな。もはや定義である。 誤答人数: 9人 なぜか最も誤答人数が多い選択肢
- 36. 標準化されてはいないらしいが1000BASE-LHBで は150km伝送可能 また、海底ケーブルでは実際に100km間隔で中 継器を設置して運用しており、かなり長距離の伝 送が可能なのは実績でもわかる。 なお、メタルケーブルもADSLで1kmを超えた伝 送は可能だが、3kmも進めばもう虫の息である。 誤答人数: 3人
- 38. 問題文とともに載せた下の図のような構造 コアとクラッドの境界面で光を全反射させて反対 側まで光を伝える。 小学校でも屈折自体はやるが全反射の話はしない。 とりあえず中学生向けに「スネルの法則」の説明 をする。
- 39.
- 40.
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- 44. 漏れる。 臨界角を下回ってしまい、光ファイ バーから外に光が出てしまう。 臨界角を下回ると、１回反射するご とに光が漏れるので、あっという間 に光が弱くなってしまう。
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- 48. 500KVの時 5760000000000J(=5760GJ) 1000KVの時 1440000000000J(=1440GJ) それぞれ5点ずつの配点
- 49. 配点: 10点 10点: 1人 0点: 14人 正答率: 6.67%
- 52. 物理の問題だと諦める どこにどれだけの電圧がかかっているのかをきち んと把握する。 答えを出すのに必要な物理量を考える。 (ホント物理の問題ですね)
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- 55. 消費電力が同じなら、電圧を2倍にすると、電流 は半分で済むため、ジュール熱による損失は4分 の1になる。 やたらめったら高圧な送電を行うのにはこういう 理由がある。(500kVはピ○チュウの5倍の電圧) ただし、鉄塔と送電線の絶縁が大変だったりと高 度な技術が要求される。(この電圧だとコロナ放電 が起きる)