サンプリングレートと分解能の違い ― オシロスコープの性能を正しく理解するために

オシロスコープのカタログや画面でよく見かける「サンプリングレート（Sampling Rate）」と「分解能（Resolution）」という2つの言葉。
どちらも“波形をどれだけ細かく見ることができるか”に関係しますが、意味と役割はまったく異なります。
この記事では、この2つの指標の違いと、それぞれが波形観測に与える影響について整理します。

サンプリングレートとは ― 時間方向の細かさを表す

サンプリングレートとは、1秒間に信号を何回測定するかを示す値です。
単位は「サンプル毎秒（S/s：Samples per second）」で表されます。

例えば「1GSa/s（ギガサンプル／秒）」のオシロスコープは、1秒間に10億回のデータを取得できます。
これは“時間軸の細かさ”を示しており、波形の再現性や正確な形状観測に直結します。

サンプリングレートが高いほど、波形の細部や短い変化を正確に描くことができます。
逆に、サンプリングが粗いと、波形が角ばったり、周期が正しく表示されなかったりします。
いわば、サンプリングレートは「時間をどれだけ細かく刻むか」を示す性能です。

分解能とは ― 電圧方向の細かさを表す

一方、分解能（Resolution）は、アナログ信号をデジタル値に変換するときの「電圧の刻みの細かさ」を表します。
これはオシロスコープ内部のA/Dコンバータ（ADC：Analog to Digital Converter）の性能で決まります。

分解能は「ビット数」で表され、8ビット、10ビット、12ビットなどがあります。
8ビットでは2⁸＝256段階、12ビットでは2¹²＝4096段階に電圧を分けてデジタル化します。

つまり、分解能が高いほど、波形の微小な変化をより滑らかに表示できます。
8ビット機ではわずかなノイズや段差が目立ちますが、12ビット機では細部まで連続的に描写されます。
これは“縦軸のきめ細かさ”を決める性能といえます。

サンプリングレートと分解能の関係 ― 横と縦の精度のバランス

サンプリングレートと分解能は、時間方向（横軸）と電圧方向（縦軸）の精度をそれぞれ担当しています。
高いサンプリングレートがあっても分解能が低ければ、細かい時間変化は捉えられても電圧の微妙な差は表現できません。
逆に、分解能が高くてもサンプリングが遅ければ、急激な変化を見逃してしまいます。

つまり、正確な波形観測には両方のバランスが必要です。
“時間のきめ細かさ”と“電圧のきめ細かさ”の両立こそが、オシロスコープの本当の性能を決めます。

サンプリングレート不足によるエイリアシング

サンプリングが信号の周波数に対して不足していると、エイリアシング（aliasing）という現象が起こります。
これは、実際には高周波の信号が低い周波数として誤って表示される現象です。

例えば、10MHzの信号を5MSa/sでサンプリングすると、
波形がゆっくり変化しているように見える場合があります。
これはサンプリング間隔が信号周期より粗いため、正しい波形形状が再現できないためです。

このため、正確な波形を得るには、信号の最高周波数の少なくとも10倍以上のサンプリングレートが推奨されます。

分解能不足によるノイズ感と階段状波形

分解能が不足している場合、波形が階段状になったり、微小信号がノイズに埋もれたりします。
これは、電圧を粗い段階でしか表現できないため、細かい変化が省略されてしまうからです。

たとえば、1Vレンジを8ビットで扱うと1ステップあたり約3.9mVの刻みになります。
一方、12ビットでは約0.24mVと16倍も細かくなるため、より滑らかな波形表示が可能です。
電源リップルや微弱なセンサ信号などの解析では、高分解能が大きな効果を発揮します。

両者を理解して正しいモデルを選ぶ

高速デジタル信号やクロック波形など、短時間で急変する信号を観測するなら、
高サンプリングレートが重視されます。

一方、アナログ回路や電源、センサー測定など、微小な電圧変化を観測する場合は、
分解能の高さがより重要になります。

つまり、サンプリングレートは「速さ」を、分解能は「なめらかさ」を決める性能といえます。
どちらを優先すべきかは、扱う信号の性質によって異なります。

OWONオシロスコープで体感する“縦と横の精度”

OWONのデジタル・オシロスコープは、サンプリングレートと分解能のバランスに優れています。
シリーズによっては12ビットADCを採用し、微細な波形変化を正確に再現します。
また、高速サンプリングと長時間メモリを組み合わせることで、
短周期波形から低周波変動まで幅広く対応できます。

教育現場では、8ビットと12ビットの比較を通じて波形の“見え方”を学ぶ教材としても最適です。
時間軸と電圧軸の両面から信号を理解することが、正確な解析への第一歩となります。

まとめ ― オシロスコープの精度は2つの軸で決まる

サンプリングレートは時間軸の細かさ、分解能は電圧軸の細かさを示す性能です。
どちらか一方だけを重視しても、正しい波形は得られません。
目的に応じて両者のバランスを理解し、最適な設定と機種を選ぶことが大切です。

OWONのオシロスコープは、初心者から専門家まで、
「速さ」と「細かさ」を両立させた波形観測を可能にします。
サンプリングと分解能、この2つを意識することで、
オシロスコープの本来の性能を最大限に引き出すことができます。