ナイキスト周波数

(nyquist frequency)
サンプリング周波数の1/2の周波数のこと。標本化(サンプリング)したい信号がナイキスト周波数よりも大きい周波数のとき(ナイキスト周波数よりも高い周波数成分を含んでいるとき)は、サンプリングした信号には折り返しひずみ(エリアシング)が生じる。また、サンプリングしたデータから元の信号を再生しようとしても(ナイキスト周波数より高い周波数が欠落しているので)正確な元の信号には戻らない(再現に限界がある)。
測定器にはサンプリング周波数が規定されている(サンプリング周波数は無限大に大きくはない)。また、測定した信号に含まれる周波数成分は未知である。そのため、測定器に信号を入力する前にフィルタ(LPS:ローパスフィルタ)で帯域制限(高い周波数をカット)して、エリアシングを防止(回避)する。
サンプリング(標本化)とは連続した信号(アナログ値)をある時間間隔で間引いて瞬間の値(デジタルデータ)にすることで、AD(アナログ・デジタル)変換である(表記:ADコンバータ、ADC、A/D変換器、アナログ/デジタル変換器)。AD変換器は計測器に限らず、電子回路を搭載した電気機器に多く使われている。自然界の現象はアナログだが、デジタルデータに変換して取り扱うと、コンピュータで処理を行うことができるので、AD変換器は数多く使われる。たとえばスマホで歩数を計測できるのは振動センサ(加速度ピックアップ)が検知したアナログ値をADCで変換して画面に表示している。
AD変換器の性能(分解能、ビット数)によってサンプリング周波数は決まる。電子部品であるAD変換器のメーカ(Analog Devices アナログ・デバイセズやTexas Instruments テキサス・インスツルメンツなどの半導体デバイスメーカ)の製品データブックにはナイキスト周波数が記載されている。電子回路の設計技術者は、信号周波数から適切なADコンバータを選定してエリアシングが起こらないように機器設計を行う。
1928年にハリー・ナイキストはサンプリングの再現限界について発表し、サンプリング定理(標本化定理)の元となったことが、この用語の由来。サンプリング周波数はオシロスコープ(もちろんデジタルオシロスコープ)ではサンプリングレートやサンプルレートと呼称され、ナイキスト周波数ということばは使われない。FFTアナライザではナイキスト周波数やナイキスト線図という用語は良く使われる。