のんびりやろう!情報処理試験!-1問1問コツコツと-

J Question vol.3161


カテゴリー: 2017年06月07日
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>/******************** 今日の問題はお休みします。********************/

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★これ、おしえてっ!(回答編)★vol.3158(2017.5.31)の質問に対する回答
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 今回の質問はこちらでした。(出典:H29.春 エンベデッド 問4)
----------------------------------------------------------------------

 PWM 信号を用いて音声を出力するとき、次の図の a に該当するものはどれか。


 ┌────┐PWM信号 ┏━━━━━┓アナログ┌─────┐     _/|
 │マイコン├───→┃  a   ┠───→│オーディオ├──→|| |
 └────┘    ┗━━━━━┛音声信号│アンプ  │   || |
                      └─────┘   └-\|
                                スピーカ

 ア A/D 変換器

 イ D/A 変換器

 ウ ハイパスフィルタ

 エ ローパスフィルタ

----------------------------------------------------------------------

 エンベデッドの問題でしたが、電子機器と言うか音響と言うか
 その辺の分野に興味がある人なら解けたかもしれない問題でした。


 それでは、みなさんの回答を紹介しますね。


 ○飯泉さん

> PWMを用いた8kHz8bitサンプルの音声信号の出力より
> http://tokyo-ct.net/usr/kosaka/for_students/H8/pwmsound/pwmsound.html
> 
> 上記より、解答はエのローパスフィルタだと思います。
> 
> ローパスフィルタとは
> http://www.sophia-it.com/content/%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%91%E3%82%B9%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%AB%E3%82%BF
> 
> 参考
> https://www.ulsystems.co.jp/topics/037
> 
> 難問でした。
> 良くわかりません。
> 詳細の説明をお願いします。

 どうもありがとうございました。正解は「エ」で良いでしょう。

 この問題、取り上げておいて恐縮ですが、
 僕もベースの知識がない方に説明するのはちょっと難しいです。

 大学の授業でやるような内容ではありますが、
 わかりやすく説明してくれているサイトはきっとあると思います。


 少し端折りながらで書いてみると、


 ┌────┐PWM信号 ┏━━━━━┓アナログ┌─────┐     _/|
 │マイコン├───→┃  a   ┠───→│オーディオ├──→|| |
 └────┘    ┗━━━━━┛音声信号│アンプ  │   || |
                      └─────┘   └-\|
                                スピーカ

 左側のマイコンは電子機器です。
 右側のスピーカからは音が出ますね。

 この絵は、電子機器のデジタルの0と1の世界から
 音と言うアナログの世界に変換する仕組みの説明です。

 PWM信号とは、デジタルの値からアナログ信号を生成する仕組みです。
 波と言えば「~」なんですが、PWM信号で生成すると
 以下のような波になります。

 1   ┌───┐ ┌─┐
     │   │ │ │
 0 ──┘   └─┘ └

 波って言うのは、時間領域と周波数領域で表現できるのですが、
 上の図は時間領域で表現したものです。

 このようにカクカクと急に変化する波を周波数領域で表現すると、
 高い周波数を含む音の成分が出来上がります。
 その高い周波数をカットするためにローパスフィルタを通過させる
 必要があるのです。

 うーん。自分で書いてて微妙な説明。



 ○さちさん

> [PWMとは](Pulse Width Modulation)
> PWMはパルス幅変調とも呼ばれ、デューティー比を変化する事により
> 平均電圧を制御する、パルス波の変調方式の事です。
> 電力効率を落とすことなく出力制御する事ができるため、
> パワーエレクトロニクスの分野では、モーターの出力調整や照明機器の
> 明るさの調整などに使われます。またPWM信号をLPF(ローパスフィルタ)で
> フィルタリングするとアナログ信号が得られ、かつPWM信号の生成回路は
> デジタル回路だけで構成できるため、マイコン等のデジタル回路において、
> D/A変換器出力の代わりにPWM出力が用いられる事が良くあります。
> https://synapse.kyoto/glossary/glossary.php?word=PWM
> 
>            パルス幅可変  
>             ←──→
>     ┌┐      ┌─┐    ┌──┐  ┌───┐┌─
>     ││      │  │    │    │  │      ││
>     ││      │  │    │    │  │      ││
>   ─┘└───┘  └──┘    └─┘      └┘
>       ←────→
>    周波数一定
> 
> 図:http://www.tij.co.jp/lsds/ti_ja/analog/glossary/pwm_pfm.page
> 
> [ローパスフィルタ]
> ローパスフィルタ(英語: Low-pass filter: LPF)とは、フィルタの一種で、
> なんらかの信号のうち、遮断周波数より低い周波数の成分は
> ほとんど減衰させず、遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる
> フィルタである。ハイカットフィルタ等と呼ぶ場合もある。
> https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AD%E3%83%BC
> %E3%83%91%E3%82%B9%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%AB%E3%82%BF
> 
> 上記を踏まえて、設問の図をみると、「a」では、
> マイコンからのPWM信号をアナログ信号に変換していますので、
> 「a」の機能としては、「ローパスフィルタ」が適切と思います。
> 
> 矩形波をフーリエ変換すると、高調波成分が出ることから、
> ローパスフィルタで高調波成分を除去して基準周波数のみ通過させる、
> ということでしょうか。
> 
> ┌────┐PWM┏━━━━━┓アナログ┌─────┐     _/|
> │マイコン├──→┃  a  ┠───→│オーディオ├──→|| |
> └────┘信号 ┗━━━━━┛音声信号│アンプ  │   || |
>                     └─────┘   └-\|
>                              スピーカ
> これより、正解は「エ」と考えます。
> 
> ----------------------------------------------------------------------
> (ひとこと)
> 飯泉様、
> 情報セキュリティマネジメント合格おめでとうございます!!
> やりましたね。秋のAPもがんばって下さいね。
> 
> セ・パ交流戦。日ハムのTV中継がないので、巨人・楽天を観戦してましたが、
> 楽天激強でした。則本も7試合2桁奪三振記録取ったし。
> ああ~、大谷君早く戻って来ないかな。近藤選手が頑張ってるけど。

 どうもありがとうございました。

 はい。わかる人であれば、そうですねという説明ですね(^^;;
 高校の数学や物理では扱わないので、大学レベルの知識となってしまいます。

 巨人11連敗ですね。。。
 おかげで中日が4位に浮上していてビックリですが。
 (巨人ファンの方、すみません)



 ○トレッキーさん

> 用語の意味を調べました。
> 
> PWM 【 Pulse Width Modulation 】 パルス幅変調
> 
> 信号などをパルス電流に変調するパルス変調方式の一つで、
> 一回のパルス周期に含まれるオンの時間と
> オフの時間の比率を変化させることで量を表現する方式。
> 一つのパルスの中で
> 電流がオンの時間が長ければ大きな量を、
> 短ければ小さな量を表す。
> PWMは半導体制御のインバータなどの電源回路で
> 電力制御に用いられるほか、
> 
> ★電子機器の音源回路の動作原理の一つとして利用されることもある。
> 
> 選択肢より
> 
> ■ア A/D 変換器
>  アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路。
>  連続量であるアナログ電気信号の強度を一定時間ごとに記録
>  (標本化、サンプリング)し、
>  その値を一定のビット数の値で表現する(量子化)。
> 
> ■イ D/A 変換器
>  別名: DAコンバータDA変換器
>  デジタル信号をアナログ信号に変換する電子回路。
>  離散値で表現されたデジタル電気信号を入力すると、
>  対応する連続量のアナログ信号を出力する。
> 
>  音声データをアナログ信号としてスピーカーに送出したり
>  といった用途で主に用いられている。
> 
> ■ウ ハイパスフィルタ
>  周波数フィルタと呼ばれる回路の一種で、ある周波数を境目として
>  それよりも高い周波数のみ通過させる性質をもった回路のことである。
> 
> ■エ ローパスフィルタ
>  特定の周波数以外の信号を遮断する機能を持つフィルタのうち、
>  低域周波数のみを通過させるフィルタのことである。
> 
> 最初単純に考えて、変換するのなら
> D/A 変換器 では? と思ったのですが、解答が違っていたので
> 図解で
>   アナログ
>   ───→   の部分が D/A 変換器 の意味?
>   音声信号
> 
> PWM信号によってパルス電流に変調したものを
> 
> 低域周波数のみを通過させるフィルタを通し
> (高い周波数のみ通過させるフィルタは 違うと思い・・)
> 
> それを アナログ 音声信号に変えて
> オーディオアンプ → スピーカーへ と考えました。
> 
> かなり 難しかったです。^^;
> 回答は、
> エ ローパスフィルタ
> 
> 
> 参照サイト 
>  e-Words さま
> http://e-words.jp/
> Weblio辞書 IT用語辞典バイナリ
> http://www.weblio.jp/cat/computer/binit
> 
> ----------------------------------------------------------------------
> 
> ○さちさん へ
> 有難うございます。合格証書も届き、やはりうれしいです。
> さちさんは、高度受験ですね。
> 受験時間が長くなりますので、
> 頭の切り替えをすることと、あとは体力勝負ですね。
> 
> 午前1 免除は うらやましいです。^^
> 
> ○飯泉さん へ
> 合格おめでとうございます。
> 秋には帰京予定ですか?
> 受験・合格は大阪の一番の思い出?でしょうか。^^

 どうもありがとうございました。
 他の選択肢の説明、ありがとうございます。

 リクエストが来ていたので取り上げてしまいましたが
 僕もうまく説明できなくてすみませんでした。。。




━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
★これ、おしえてっ!(質問編)★ 回答期限:6月12日(月)の夜まで
----------------------------------------------------------------------
 「この問題がわからないっ!!」という、
 読者からの質問をみなさんに回答してもらおう!というコーナーです。


 今回の質問はこちらです。(出典:H29.春 基本情報 問72)
----------------------------------------------------------------------

 “かんばん方式”を説明したものはどれか。


 ア 各作業の効率を向上させるために、仕様が統一された部品、
   半製品を調達する。

 イ 効率よく部品調達を行うために、関連会社から部品を調達する。

 ウ 中間在庫を極力減らすために、生産ラインにおいて、後工程が自工程の
   生産に合わせて、必要な部品を前工程から調達する。

 エ より品質の高い部品を調達するために、部品の納入指定業者を
   複数定め、競争入札で部品を調達する。


--[回答のめやす(横幅:全角34文字)]--------------------------------
> 1234567890123456789012345678901234
----------------------------------------------------------------------

 今回は、優しそうなのを選びました。


 これに対する回答(解説)を6月12日(月)の夜までにお願いします。

 このコーナーで取り上げてほしい問題のリクエストも募集中です。
 回答&お便りはこちらからでもOKです。
 http://www.shunzei.com/about/mail.html



━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
▼選択肢で勉強しよっ!▼(答えはこのメールの一番下にあります)
----------------------------------------------------------------------

> アウトラインフォント(outline font) って?



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> *********************** 投稿募集中のテーマ *********************** <
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 ●「これ、おしえてっ!」で扱ってほしい問題のリクエストやその回答
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 のんびりやろう!情報処理試験! ~1問1問コツコツと~(週3日発行)
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 編集・発行:しゅんぜい mail_at_shunzei.com (_at_は @ に)
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▼選択肢で勉強しよっ!の答え▼
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 (基本情報平成27年春問24)
 (基本情報平成22年春問27)より

> ビットマップフォントよりも、アウトラインフォントの利用が適している
> ケースはどれか。
> 
> エ 任意の倍率で文字を拡大して表示する。

 アウトラインフォント(outline font)とは、文字の形状を
 直線や曲線などの数学的なベクトルデータで表現したフォントのことです。

 直線や曲線で構成されているので、任意のサイズへの変換が容易です。
 拡大や縮小しても、モニタやプリンタの解像度に応じたギザギザのない
 きれいな出力が得られます。

 ※ギザギザのことをジャギー(jaggies)って言います。

 outlineには「輪郭」という意味がありますね。

 一方、ビットマップフォント(bit-mapped font)とは、解像度ごとに
 あらかじめ用意されたビットマップイメージを利用するフォントのことです。

 ビットマップフォントは拡大縮小すると、ギザギザになってしまうため
 主に固定サイズを用いる画面出力用に用いられています。



=-=[あとがき]=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=

 大学の頃に学んだ知識を活かしていない仕事をしていると
 あの時、学んだことはなんだったんだろうなーって
 思ったりもしましたが、大学で学んだことをそのまま仕事にしている人って
 どれぐらいいるんだろうなーって思いました。

 医学部とか出てると確率高そうですが、工学部だった僕は
 ITの知識ぐらいしか活かせてないですね。
 ITの知識も大学で習ったというか、大学時代で身に付けたという方が
 正しいですが。

 今週取り上げた問題は疲れた(^^;;



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