伝搬遅延計算機 - 信号の伝送時間

伝搬遅延とは、信号が特定の媒体を通ってある地点から別の地点へ進むのにかかる時間です。この基本概念は、信号タイミングの理解がシステム設計や性能最適化に不可欠な通信、物理、工学の分野で重要です。 基本式は単純です。遅延 = 距離 ÷ 速度。ここで距離はメートル単位の経路長、速度は選択した媒体内を信号が伝わる速さです。式は簡単ですが、伝搬速度は媒体によって大きく異なり、真空中の電磁波ではほぼ毎秒 3 億メートル、室温の空気中の音では約 343 メートル毎秒まで下がります。 真空中の電磁波は、普遍的な光速である正確に 299,792,458 m/s で進みます。光ファイバーでは、ガラスコアの屈折率が約 1.5 であるため、信号はおよそ 200,000,000 m/s、つまり c の約 3 分の 2 で進みます。銅線は電気信号を約 230,000,000 m/s、すなわち c の約 77 % で伝えますが、これはケーブルの特性インピーダンスや誘電率によって変わります。20 °C の空気中の音速は約 343 m/s で、摂氏 1 度上がるごとにおよそ 0.6 m/s 増加します。水中の音はさらに速く、約 1,480 m/s です。これは水が空気より密度が高く、圧縮されにくいためです。 温度は特に音響計算で重要です。30 °C のコンサートホールでは、10 °C の場合とスピーカー調整用の遅延がわずかに異なります。また屋外 PA システムでは、ディレイタップ時間を設定する際に周囲温度を考慮する必要があります。温度値を入力すると、この計算機は空気中の音速を自動的に調整します。 周波数は、選択した媒体内での信号の波長を求めるための任意入力です。関係式は、波長 = 速度 ÷ 周波数です。波長を知ることで、エンジニアはアンテナ寸法を決め、回折効果を理解し、部屋や導波管内の定在波問題を診断できます。 往復時間 (RTT) は片道の伝搬遅延の単純に 2 倍であり、TCP、衛星電話、レーダーなどの対話型プロトコルにおける重要な指標です。静止衛星は赤道上空約 35,786 km に位置し、片道遅延は約 119 ms、RTT は 238 ms になります。これはリアルタイム音声をもたつかせるのに十分で、高スループットのファイル転送では大きな TCP 輻輳ウィンドウが必要になります。 ネットワーク工学では、伝搬遅延はエンドツーエンド遅延を構成する 4 要素の一つで、ほかに送信遅延（シリアル化）、処理遅延、キューイング遅延があります。データセンター内の短いケーブルでは伝搬成分は無視できますが、大陸間光ファイバーリンクや衛星ホップでは支配的になります。この計算機を使えば、こうしたシナリオをすばやく見積もり、システムのタイミング予算を検証できます。