振幅：波の振動の大きさと測定値

一般的な尺度と定義

振幅の表し方には、用途に応じて異なる慣例がある。代表的な尺度は次のとおりである。

• ピーク振幅：一方向における、平衡位置からの絶対変位の最大値。
• ピーク・ツー・ピーク振幅：波形の最大の正値と最大の負値との間の、全体の縦方向の幅。
• 二乗平均平方根（RMS）振幅：変動する量の実効値に関係する統計的尺度。純粋な正弦波では、RMS＝ピーク値／√2となる。
• 包絡線振幅または瞬時振幅：変調された信号のピーク値が時間とともにどのように変化するかを表す、緩やかに変動する関数。

物理的意義と例

振幅は、波が運ぶエネルギーまたは強度を左右することが多い。多くの線形波動系では、エネルギーまたは強度は振幅の二乗に比例するため、振幅を2倍にすると、一般にエネルギーは4倍になる。例として、以下が挙げられる。

• 音：音圧振幅が大きいほど、一般に知覚される音は大きくなる。ただし、人間の音の大きさの知覚は周波数や持続時間にも依存する。
• 光と電磁波：電場または磁場の振幅が、波の強度および伝送される電力を決定する。
• 電気信号：振幅は、オシロスコープなどの電子計測器が表示・測定する電圧または電流の変動幅である。
• 機械振動と地震学：記録された振幅は運動の特徴を捉えるのに役立ち、地震などの事象で放出されたエネルギーの推定にも用いられる。

区別と測定上の注意

振幅は、波長、周波数、位相といった関連する波の性質と区別する必要がある。周波数は周期がどの程度の頻度で繰り返されるかを定め、振幅はその周期の大きさを定める。信号の瞬時値は正にも負にもなり得るが、測定の文脈での振幅は慣例上、絶対的な大きさであり、したがって非負である。正弦波以外の信号では、ピーク値とRMS値の関係は波形の形状に依存する。

歴史と解析上の文脈

波形とその大きさに関する形式的な研究は、音響学、光学、電気工学の発展とともに進んだ。フーリエ解析などの手法により、複雑な運動を正弦波成分へ分解できるようになり、各成分は振幅、周波数、位相によって記述される。現代では、振幅は信号処理、通信（例えば振幅変調）、計測、および物理学・工学の多くの分野における中心的なパラメータである。

測定技術と実用上の考慮事項

振幅は対象分野に適した機器で測定される。音響にはマイクロホンと騒音計、電気信号にはオシロスコープと電圧計、機械的変位にはレーザー振動計、地盤運動には地震計が用いられる。実際の測定では、校正、帯域幅の制限、ノイズに注意を払う必要がある。これらの要因は、観測されるピーク値やRMS値に偏りを生じさせる可能性があるためである。詳細な方法や規格については、関連する技術資料や計測機器の手引きを参照するか、振動と信号測定に関する入門資料を参照するとよい。