方形波とは

方形波は、信号に2つのレベルしかない波形の一種です。 信号は定期的にこれらのレベルを切り替え、切り替えは瞬時に行われます。 これらの品質は、時間の経過に伴う波のグラフが角のある形状を生成することを意味します。 方形波は、デジタル回路や音楽で実用的です。

ほとんどの波形は、サインとして知られる明確なパターンに従います。 このような波形は、2つのレベル間で徐々に切り替わり、時間の経過に伴う波のグラフが一連の曲線になります。 海の波、光の波、海の波はすべて正弦波のパターンに従い、交流システムの電圧レベルも同様です。

他のすべての波形は、非正弦波として分類されます。 矩形波、三角波、のこぎり波など、これらの最も有名なものには、2つのレベル間で変動する信号も含まれます。 ただし、これらはそれぞれ異なる方法で動作し、片方向または両方向のスイッチが瞬間的か漸進的か、スイッチにかかる時間、スイッチ間の経過時間によって特徴付けられます。 名前は、時間の経過に伴う波のグラフが適切な形状を生成する方法に由来します。 両方向の方形波の瞬間的な変化は、グラフが城の砲塔のような形をしていることを意味します。

方形波は、人為的に生成するのが非常に簡単です。 これにより、回路のさまざまな部分が適切に同期されるようにするのに特に適しています。 方形波の規則的なパターンは、タイミングデバイスとして機能します。 方形波は、音楽のサウンドの合成にも使用できます。 方形波パターンに従う音波は、ホルン、トロンボーン、サックスなどの管楽器に似た音になります。

実際には、完全な方形波を生成することは不可能です。 これは、生成に使用するデバイスに物理的な制限があるためです。 たとえば、デバイスの電気回路で使用される配線には、電圧レベルの変化を遅らせる抵抗があります。

方形波は、Rademacher関数としても知られています。 その名前は、米国に移住したドイツの数学者、ハンス・アドルフ・ラデマッハーに由来しています。 数学の研究に彼自身の仕事を貢献するだけでなく、彼は多くの学生を教え、彼らはまた、この分野の主要な学者や研究者になりました。