周波数に関する知識は私たちの日常生活の中で重要な役割を果たしています。ラジオやテレビ、携帯電話、音楽再生など、様々な電子機器の基礎となる周波数について理解を深めましょう。本クイズでは、人間の可聴周波数範囲や、音声信号のサンプリング周波数、商用電源周波数、放送周波数帯域、脳波周波数、電波周波数帯域など、様々な分野での代表的な周波数情報を取り上げています。周波数に関する基礎知識を確認しながら、私たちの生活に密接に関連した周波数の世界を探っていきましょう。
Q1 : GPSのL1搬送波の公称周波数はどれか？
米国のGPS（米国政府が管理するGNSSの一つ）で一般に「L1」と呼ばれる搬送波の周波数は1575.42MHzです。L2は1227.60MHz、L5は1176.45MHzであり、それぞれ位置測位の精度向上や二周波測位への利用のために複数の搬送波が使われます。900MHzは携帯電話やその他の無線用途で使われる周波数帯の一例であり、GPSのL1とは異なります。GPSシステムでの搬送波周波数は技術的に厳密に定義されています。}
Q2 : 電話回線での標準的な音声帯域（人間の会話が電話で伝えられる周波数帯）はおおむねどれか？
従来のPSTN（公衆交換電話網）や多くの音声符号化システムで用いられる「音声帯域（voiceband）」は約300Hz〜3400Hzです。この帯域は会話理解に必要な音素の多くをカバーし、帯域幅を節約して伝送できるため電話通信の標準として採用されてきました。0〜20Hzはほぼ低周波振動、20Hz〜20kHzは人間の可聴全域、3.4〜8kHzは拡張音声帯域や高音質用途での一部帯域を示しますが、電話の標準的な帯域は300〜3400Hzです。
Q3 : 脳波に関する記述で、アルファ波（α波）の周波数帯域はどれか？
脳波は周波数帯域によりデルタ、シータ、アルファ、ベータなどに分類されます。一般にデルタ波は約0.5〜4Hz、シータ波は約4〜8Hz、アルファ波は約8〜13Hz、ベータ波は約13〜30Hzとされ、アルファ波は安静時や目を閉じてリラックスしているときに強く現れることが多い周波数帯です。用途や定義により境界に多少の差はありますが、医学・神経科学の基本的分類としては上記の範囲が用いられます。
Q4 : 短波（HF：High Frequency）帯と呼ばれる周波数範囲はおおむねどれか？
電波の分類で短波（HF：High Frequency）はおおむね3MHz〜30MHzの範囲を指します。この帯域は大気圏の電離層で反射されやすく、長距離通信（短波放送や国際通信、アマチュア無線のHF帯など）に利用されます。3〜30kHzは超長波・VLF、30〜300MHzは超短波（VHF）、300〜3000MHzはUHF帯に相当し、それぞれ伝搬特性や用途が異なります。
Q5 : 50Hzの交流において1周期の長さ（周期）はおおよそ何ミリ秒か？
周波数fと周期Tは互いに逆数の関係にあり、T=1/fで表されます。したがって50Hzの交流の1周期はT=1/50秒＝0.02秒＝20ミリ秒です。選択肢の約50ミリ秒は20Hzの周期、およそ2ミリ秒は500Hz付近の周期、約1秒は1Hzの周期に対応します。電気工学や信号処理で周期と周波数を相互に換算する基本的な関係の応用例です。
Q6 : 一般に健康な若年の成人が聞き取れる可聴周波数帯域の範囲はどれか？
人間の可聴周波数帯域は一般に約20Hzから約20kHzまでとされます。これは若年者での典型的な上限下限であり、加齢や騒音曝露により高周波側（上限）が低下することが多いです。20Hz以下は低周波数で振動として感じやすく、20kHz以上は超音波領域で通常の聴覚では聞こえません。可聴域は個人差があり、測定条件や評価法によっても変わりますが、問題で問われる一般的な範囲としては20Hz〜20kHzが広く用いられています。異なる選択肢にある周波数帯はそれぞれ非常に低い振動、超音波、電気周波数帯などを示しており、可聴域とは区別されます。
Q7 : ナイキストの標本化定理に基づき、最大20kHzの音声信号をエイリアシングなしでサンプリングするために必要な最低サンプリング周波数はどれか？
ナイキストの定理は「信号の最大周波数成分fmaxの少なくとも2倍のサンプリング周波数fsが必要」であるとします。したがって最大周波数が20kHzの場合、最低サンプリング周波数は2×20kHz＝40kHzとなります。実務ではフィルタ設計やマージンを考慮して44.1kHz（CD標準）や48kHzなどがよく使われますが、理論的な最低値は40kHzです。22.05kHzは20kHzの2倍に満たず、20kHzはサンプリング定義上明らかに不十分です。
Q8 : 日本の東部（例：東京）で一般的に使われる商用交流電源の周波数はどれか？
日本では地域によって商用交流電源の周波数が異なり、東日本（東京など）では50Hz、西日本（大阪など）では60Hzが一般的です。この歴史的な違いはかつての発電機の導入事情に由来します。400Hzは航空機など特殊用途で使われる高周波側の交流であり、16.7Hzは鉄道の一部で用いられる低周波の交流（ヨーロッパの一部路線など）です。したがって、東京を代表する東日本の商用周波数は50Hzが正解です。
Q9 : 標準的な音高で「A4」とされる音の周波数（国際標準チューニング）はどれか？
国際的に広く採用されている標準ピッチ（A4＝ラの音）の周波数は440Hzです。これは1939年以降に標準化され、オーケストラや楽器の調律で基準となることが多い値です。432Hzや445Hzは一部で代替基準として使われることがありますが、国際標準では440Hzが一般的です。220HzはA3（1オクターブ下）の周波数であり、A4の半分の周波数に相当します。
Q10 : 日本国内のFM放送の周波数帯域（FMラジオの一般的な割当）はどれか？
世界的にはFM放送帯域として87.5〜108MHzが一般的ですが、日本のFM放送帯域は歴史的経緯から76.0MHz〜95.0MHzが割り当てられています（拡張や個別の割当てを除く一般的な範囲）。選択肢の530〜1700kHzはAM（中波）放送帯、2.4GHzはWi‑FiやISMバンドの領域でありFM放送とは異なります。したがって日本国内のFM放送に関しては76〜95MHzが正しい割当範囲です。
まとめ
いかがでしたか？ 今回は周波数クイズをお送りしました。
皆さんは何問正解できましたか？
今回は周波数クイズを出題しました。
ぜひ、ほかのクイズにも挑戦してみてください！
次回のクイズもお楽しみに。
