キロヘルツ (キロヘルツ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

キロヘルツ (キロヘルツ) の読み方

日本語表記

キロヘルツ (キロヘルツ)

英語表記

kilohertz (キロヘルツ)

キロヘルツ (キロヘルツ) の意味や用語解説

キロヘルツ（kHz）は、周波数を示す単位の一つであり、情報技術分野だけでなく、無線通信、音響、電子回路など幅広い領域で用いられる非常に基本的な概念である。この単位は、時間の経過に伴って波形や信号が繰り返される速度を表す「ヘルツ（Hz）」に、国際単位系（SI）で用いられる接頭辞「キロ（k）」を組み合わせたものである。 ヘルツは、1秒間に発生する周期的な現象の繰り返し回数を意味する。例えば、1Hzは1秒間に1回繰り返される現象を示し、10Hzは1秒間に10回繰り返される現象を示す。音であれば、空気の振動が1秒間に何回繰り返されるかを表し、電波であれば、電磁波の波が1秒間に何回振動するかを表す。この繰り返し回数が多いほど、周波数は高いと表現される。 「キロ」は、ラテン語の「mille（千）」に由来し、SI接頭辞として「10の3乗」、すなわち「1000倍」を意味する。したがって、1キロヘルツ（1kHz）は1000ヘルツ（1000Hz）に等しい。これは、1秒間に1000回、波形や信号が繰り返されることを意味する。例えば、10kHzであれば1秒間に10,000回、500kHzであれば1秒間に500,000回繰り返されることになる。大きな周波数を扱う際に、単位がヘルツのままだと非常に大きな数値になってしまうため、キロヘルツやメガヘルツ（MHz）、ギガヘルツ（GHz）といった接頭辞を用いることで、より簡潔に数値を表現できるようになる。 キロヘルツは、現代のITシステムを理解する上で、直接的あるいは間接的に多くの場面で登場する。例えば、初期のコンピューターやマイクロコントローラーのクロック周波数は、キロヘルツ帯であった。CPU（中央演算処理装置）は、クロック信号と呼ばれる周期的な電気パルスに合わせて内部の演算処理やデータ転送を行う。このクロック信号の周波数が高ければ高いほど、CPUはより多くの処理を短時間で行えるため、処理速度が速くなる。初期のCPUは数キロヘルツから数十キロヘルツのクロック周波数で動作していたが、技術の進歩に伴いメガヘルツ、ギガヘルツへと高速化されていった。しかし、現在でも消費電力を抑える必要があるIoT（モノのインターネット）デバイスや組み込みシステムでは、数十キロヘルツから数メガヘルツ程度のクロック周波数を持つ低消費電力マイクロコントローラーが多数利用されている。 また、無線通信においてもキロヘルツ帯は重要な役割を担っている。特にAM（振幅変調）ラジオ放送では、日本の放送局は522kHzから1629kHzの周波数帯を使用している。この周波数帯の電波は、比較的波長が長く、障害物を回り込みやすいため、都市部や山間部でも比較的安定して受信できる特徴がある。また、夜間には電離層に反射して遠くまで伝播するため、遠距離の放送を受信できることもある。これらの特性は、電波の周波数と波長の関係によって決まる。一般に、周波数が低いほど波長は長くなり、高いほど波長は短くなる。 オーディオ信号、つまり音の周波数もキロヘルツ帯で表現されることが多い。人間の耳が聞き取れる音の周波数範囲、いわゆる可聴域は約20Hzから20kHzまでとされている。この範囲の中で、ピアノの最高音は約4kHz、オーケストラの楽器音の倍音成分は10kHz以上にも達する。CDなどのデジタルオーディオでは、アナログの音声をデジタルデータに変換する際に、サンプリングレートと呼ばれる処理が行われる。このサンプリングレートは、通常44.1kHzや48kHzといったキロヘルツ単位で表現され、1秒間に何回音の波形を測定するかを示す。サンプリングレートが高いほど、元の音の情報を忠実に再現できる。 さらに、データ通信の分野でもキロヘルツは登場する。例えば、かつての電話回線を用いたインターネット接続技術であるADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）では、音声通話に使用される周波数帯とは異なる高周波数帯（数百キロヘルツから数メガヘルツ）を利用してデータを送受信していた。これにより、電話とインターネットを同時に利用できた。モデム（MODEM: MOdulator-DEModulator）は、デジタル信号をアナログ信号に変換（変調）し、またアナログ信号をデジタル信号に変換（復調）する装置であり、その変調に用いるキャリア周波数もキロヘルツ単位で表現されることがあった。 システムエンジニアを目指す上で、キロヘルツという単位やそれに関連する周波数の概念を理解しておくことは非常に重要である。なぜなら、ネットワーク機器の仕様書には動作周波数や帯域幅が記載されており、無線LANやBluetoothなどの無線通信技術では使用する周波数帯が法律で定められているため、それらを適切に設定・管理する必要があるからである。また、特定の周波数帯で発生するノイズがシステム性能に影響を与えたり、異なるシステム間で電波干渉が発生したりする可能性もあるため、周波数に関する知識はトラブルシューティングやシステム設計においても役立つ。例えば、あるデバイスが特定の周波数で誤動作する場合、その周波数帯域の電磁波ノイズが原因である可能性を疑うことができる。 電子回路の設計においては、水晶発振器と呼ばれる部品が基準となる周波数信号を生成するために広く用いられている。これらの水晶発振器の多くは、数キロヘルツから数ギガヘルツの周波数で動作するが、特にRTC（Real-Time Clock）などの正確な時刻を維持する用途では、低消費電力で安定した32.768kHzの水晶発振器が頻繁に採用される。この32.768kHzという周波数は、2の15乗であるため、デジタル回路で簡単に分周して1秒を生成できるという利点がある。 このように、キロヘルツは単なる物理量の単位に留まらず、情報技術の様々な側面、特にハードウェア、通信、組み込みシステムの動作原理を理解するための基盤となる概念である。システムの性能、信頼性、互換性、さらには省電力性といった要素を評価し、設計する上で、周波数の理解は不可欠である。