「デジタル時計」ガイド!「デジタルとアナログどちらが正確?」「デジタル時計の時間が狂うのはなぜ?」

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はじめに

10月5日は「デジタル時計」の日。1973年のこの日、服部時計店が日本初のクォーツデジタル腕時計を発売しました。OKWAVEでのデジタル時計に関連したQ&Aをまとめました。
  • デジタル時計とアナログ時計、どちらが正確でしょうか
  • 仕事でアナログ時計のほうが時間配分がつかみやすいのはなぜ?
  • デジタル時計の時間が狂う理由は何ですか


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デジタルとアナログ、どちらが正確?

デジタル時計とクオーツ時計の精度

ウォシュレット付きのトイレのデジタル時計と一緒にトイレに置いてあるクオーツのアナログ時計の表示が3分違いました。そこでどちらの方が正確に時を刻んでいるのがが気になりました。どちらがより正確なのでしょうか?

http://www.jcwa.or.jp/knowledge/qa/qa5.html

クオーツウオッチ・・・平均月差±20秒

クオーツクロック・・・平均月差±30秒

ですが、合っていなければどちらも意味がありません。

たとえば、SEIKOのクォーツ時計に「年差時計」というのがあって、
年間で何秒しか狂わない、というものもあります。

一方で、SEIKOの時計がすべて年差時計かと言えば当然違います。

各社で「プラスマイナイス何秒以内」という基準を設けて、
その基準に入っていれば使う、入ってなければ使わないという状態のようです。

結局は、そのメーカーが出している時計の価格帯に見合った性能、
ということで割り切って商品化しているのだと思われます。

デジタル・クォーツ時計もアナログ・クォーツ時計も基準周波数になる「水晶発振子」の精度が高いものが正確に時を刻みます。

ご質問内容だけでは、どちらが精度が高いか判断出来ませんが、確認したいなら標準時の時報に秒単位まで正確に合わせた腕時計(アナログでもデジタルでも可)の時刻と同じ時刻に2つの時計を秒単位まで合わせてみてください。

そして、1ヶ月ぐらい経った時に標準時と正確に一致してる腕時計の時刻と2つの時計の時刻の誤差が少ないほうが精度が高い時計という結論になります。

但し、クォーツ回路の発振周波数調整が狂ってる場合がありますから、必ずしも水晶発振子の精度だけの問題ではない事がありますが、発振周波数が狂ってる時計は調整しないと直りません。

仕事でデジタル時計よりアナログ時計の方が時間配分がつかみやすいのはなぜですか?

仕事で、デジタル時計よりもアナログ時計の方が時間配

仕事で、デジタル時計よりもアナログ時計の方が時間配分がつかみやすいのはなぜですか?

数字は読まねばならんけど、アナログ式は見ればいいからでしょう。
針の位置で後どれくらいか今何時なのかを「量」としてひと目で把握できます。
数字であれば単に今の時間の数を示すだけですから、それ以外は頭の中で今何時だから後何分だとか計算しないと得られないです。
これが計器類には未だアナログが多い理由です。
数字を「量」や「位置」として見られるんです。

私は、仕事でも日常生活でも腕時計はアナログ式を用いてますが、アナログ式のほうが瞬間的に時間が分かるので、あと何分かという時間配分もしやすいです。

例えば、12時まであと5分という場合にデジタル腕時計では11時55分という表示を確認するため見なければならないですが、アナログ腕時計なら分針の位置で瞬間的に5分前ということが分かります。

これは当たり前のことで、経過が観測できるからです。
何分経過した、あと何分だ何秒だが肌の感覚でわかるとそれで行動はなめらかになります。デジタルの場合は、今がその時刻か、それより前か後かしかすぐに判断ができません。

したがって、病院の看護師とか飛行機のCAは必ず秒針つきのアナログ時計を持つことを義務付けられます。患者なり客の脈をとり呼吸を数えて軽い診断をする必要があるからです。

デジタル時計はどういう仕組みで時を刻むのですか、あとなぜ時間の狂いが生まれるのでしょうか?

時計の仕組みと狂う理由

デジタル時計はどうやって時を刻むのか仕組みを教えてください。
あとデジタル時計でも時間に狂いが生まれますよね?
それは何故おきてしまうのでしょうか?

あと大学にある程度の設備でそれらを確かめる実験方法を教えてください。

だいたいの場合は、内蔵されているクロック生成装置(以前は水晶発振子だったようですが最近はそうでもないようです)に電荷を掛けて、出力される周波数から時間を逆算するんじゃなかったかと思います。

時間が狂うのはまあクロック出力の精度の問題でしょう。具体的な仕組みに詳しくないんでアレですが、そもそも世界一正確とされる原子時計でさえ狂うんですから。

デジタル時計の仕組みは、水晶発信子かセラミック製の発信子からなる発信機によります。原子時計の場合には、この振動子をCs(セシウム原子)の電子励起状態の遷移によって生じる周波数を基にしています。この最後の、振動子が刻む時間が、現在のUTC(Universal Time of Clock)と呼び、全ての時刻測定の基準になっています(2007年現在)。さらに、水素メーザ発振を用いた原子時計もあり、これは、長期間運用するとずれますが、短い時間ならば精密な周波数を発振できるので、基準原子時計と一緒に用いることで、秒単位以下の精密な時刻あわせをするときに用いられます。
更に、現在、QOM理論に基づいた試作原子時計があり、こちらになると、原子核内における、様々な励起状態の遷移まで測定できるという、凄く高精度の時計で、僅かな重力場(重力加速度)の変化によってさえ、時刻がずれてしまうほどの原子時計です(一般相対性原理による)。

なお、原子時計の場合には、時刻と記述していますが、正確には基準周波数のことだと思ってください。この基準周波数と、光の速度(これは、定数値)によって、波長を求めたり、距離を測定するなどの事に用いられているのです。

この振動子の基準周波数を下にして、2のべき乗で分周を行うことで、1秒としています。

さて、普通のデジタル時計の場合には、時刻が狂ってしまうのは、温度などの要素によります。なぜならば、水晶やセラロックなどの場合には、電圧を加えることで、僅かに振動子が振動することによって発振しています。しかしながら、これは物質ですから、温度膨張などの影響によって、振動子の長さが変化し、発振周波数が変わります。そのため、狂いを生じるわけです。

実験をするとなると、温度を変化させることが出来る場所と正確な測定器具が必要です。温度を変えることによって、水晶やセラミック振動子の長さを測定すればよいのです。

注)うるう秒を挿入するのは、UTCは物理的に安定した時刻なのですが、月が地球の周囲を回る公転運動による潮汐によって、地球の自転は僅かですが遅くなっています(なんと、計算によれば45億年前の地球の自転は、僅か8時間)。そのため、天体観測などで得られた補正値を加えることで、時間を調整しています。なお、JJYの精度は約3万年で一秒となっています。これは、現在のグレゴリウス暦から生じる誤差分を含んでいるからなのです。

・・・本当は、この質問は物理だと思いますけどね・・。

まず、デジタルというのはあくまでも表示方式の問題であって、
『デジタル「でも」狂う』という質問はそもそもナンセンスです。
いまどきのアナログ(針式)腕時計だって内部はデジタル回路だったりします。

デジタルアナログに関係なく、時計が時刻を刻む方式は主に二つしかありません。
・物理的な「物」の振動
 振り子や水晶振動子などの振動数を数える
・外界からもらう
 電源周波数に同期する(電力会社の周波数管理に依存)
 人工衛星の電波を受け取る(GPS)
・双方の組み合わせ
 いつもは水晶で動いていて1時間に1回くらい電波で校正する電波時計
・現代人の生活では使われない方式
 線香が燃える速度とか水が水槽にたまる速度に基づく時計
 日時計


振り子と比べて水晶の振動は安定していますが、それでも温度変化などの影響は受けます。高級なものでも1ヶ月で1秒がいいところでしょう。パソコンの内蔵クロックモジュールあたりだと1ヶ月に数分ほど狂ったりします。
水晶よりはさらに原子時計のほうが精度はいいのですが、とても枕元に置いたり腕につけて持ち歩いたりできるような大きさではないので、一般には使われていません。GPS衛星に搭載したり、天文台に設置したりはされています。
大学にある程度の設備で、水晶時計の誤差を計測するのは難しいと思いますよ。GPSレシーバをつかって、原子時計の時刻を得てこれを水晶時計と比べるのなら、比較的安価にできるでしょう。

まとめ

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