音とは、空気などが振動していることで伝わります（真空では音は伝わりません）。
たとえば、輪ゴムを張って、指で弾いてみると音が鳴ります。
輪ゴムによって空気が振動しているためです。 早く振動するほど、音は高くなります。

音による空気の振動をグラフにできたとすると、図のようになります。横軸が時間、縦軸が振動の度合いです。 ちょうど輪ゴムと
同じで、一定の位置を往復しています。波のような形をしているので「波形」と呼びます。 マイナス方向の往復とプラス方向の往復を1セットだけ切り出したものを「1周期」と呼びます。 1周期の長さを波長といいます。
これら一連のことは、高校の物理で習う内容です。

前回に登場した「オシロスコープ」についても補足しておきます。
こちらがオシロスコープです。オシロスコープとは波形を見るための装置です。

オシロスコープの原理を簡単に紹介します。オシロスコープは電圧をグラフにして描きます。 図でたとえると、このような感じです。まず、電圧によって動くペンがあり、紙に線を引きます。紙は時間によって動きます。するとグラフが出来あがります。
オシロスコープはこれに加えて「紙の巻き戻し機能」が付いています。 何度も巻き戻って表示してくれるので、1周期あたりの波形を目で確認できるわけです。
、、、いかがでしょうか。やっぱり難しいでしょうか。もし、難しいと思ったら読み飛ばしてください。

いよいよ本題に入ります。
今回は電池（バッテリ）について考えてみたいと思います。
バッテリとは、電気を送り出すものです。電気が流れるという現象は小学校で習っていると思います。電池はプラス（+）から電流が流れます。
正確には「電子」というものがマイナス側から出ているのですが、今回は説明を省きます。

マインドストームでは単三型のアルカリ電池またはニッケル水素電池を6本使っています。電池は直列につながります。
たとえば、電圧が1.5Vの電池を6本直列につなぐと、合計の電圧は9Vになります。ちなみに「V」は電圧の単位で、ボルトと読みます。

電圧というのは、電気の圧力のことです。 圧力というのは、
イメージしにくいので、ここでは「電気＝水」「電圧＝高さ」として
図に表してみました。
高いところから水を落とすと、低い時よりも水車は勢いよく回ります。電気の世界でも同じです。

電池の残量が少なくなってくると電気のパワーが落ち、電圧が
下がってきます。
アルカリ電池だと最後には電圧が無くなって、ゴミになってしまいます。充電はできません。
ニッケル水素電池の場合だと0.9～0.8Vくらいまで電圧が下がったら、充電してください。電圧が下がりすぎると壊れてしまいます。

一般用には付属しませんが、レゴマインドストームにはリチウム
ポリマーバッテリというものがあります。リチウムポリマーバッテリとは「リチウム」「ポリマー（高分子）」という材料を使ったバッテリの種類の一つです。

このバッテリを単三電池の代わりに取り付けると、装着した状態のままで、充電ができるようになります。
電池代を節約できるメリットがありますが、厚みが増してしまうのが欠点です。

バッテリの残量はNXTソフトウェアを使ってパソコン上で確認できます。
たとえば「7.6」と表示されていたら、7.6Vという意味です。

バッテリの「電圧が減る」という現象を確認してみます。
電圧を計測した状態のままで、ためしにモーターを3分くらい回してみました。

モーターを回す前の状態で7.6Vだった電圧が、 7.4Vに落ちました。一応、確認できました。
ただし、モーターを止めてしまうと、電圧が7.6Vに戻ってしまいました。これは電池の特性の一つです。

バッテリの減り方をグラフにすると図のようになります（LEGO社がオープンソースとして公開しているHDKより）。モーター2個をフルスピードで回した状態（5秒おきに逆転）でバッテリの電圧を測ったものだそうです。電池にはアルカリ電池を使っています。赤いグラフはニッケル水素ではないかと思うのですが、HDKにはハッキリ書いてませんでした。
このグラフを見て分かることは、、、「電池がなくなるまでに5時間はかかる」「動作中はバッテリ電圧が2Vくらい上下する」などです。

続いて、リチウムポリマーバッテリでモーターを回した場合のグラフです。アルカリ電池と比べると、30分くらい尽きるのが早いですが、電圧があまりギザギザしていません。これはリチウムポリマーバッテリが大電流の放電に優れているためです。短時間でパワー勝負のロボット競技ならば、リチウムポリマーバッテリを使った方がいいかもしれません。

電圧がセンサの動作にどういう影響を与えるのか。検証してみました。
NXTにライトセンサをつないで、その正面に灰色のアームを取り付けました。

「View」をメニュー選択してライトセンサの輝度を計測してみました。表示は22～23％あたりをしめしています。

ここで、「電池残量の少ない状態」を再現してみます。ニッケル水素電池（約1.2V）を一本だけ外して、空いた部分にクリップをつないでみました。ショートすると危ないので、真似しないでください。

これで、1.2V x 5=合計6Vくらいになっていると思います。起動時に「LOW BATTERY（電圧が低い）」と表示されました。

NXTソフトウェアを使って、測定してみました。バッテリ電圧は6.3Vと表示されています。

この最低限ギリギリの電圧の状態で、ライトセンサの値を読みとってみました。結果は22～23％。値は変わりませんでした。

続いて、「バッテリ電圧が高い状態」を再現してみます。リチウムポリマーバッテリを付けて、満充電の状態にしてみました。充電が完了すると、赤色のLEDが消灯します。

これで電圧を測定してみます。
8.4Vでした。バッテリの限界まで電圧を高めた状態です。

この状態でライトセンサの値を読み取ってみました。
結果は、、、22～23％でした。
変化はありません。

何度見ても、カウント値に変化はありませんでした。
バッテリ電圧が 6Vでも8Vでもセンサには影響が出ないということになります。

なぜバッテリ電圧が変わってもセンサに影響がないか？
以下、推論なのですが、マイコンとセンサはそれぞれ「三端子レギュレータ」によって出力された電源で動いています。 マイコンは3.3V、センサ類は約5Vで動いています。この三端子レギュレータで電圧を安定化していることによって、動作が安定しているのではないでしょうか？

NXTソフトウェアには電圧を取り込むブロックがありませんので、「BricxCC」という開発環境でプログラムを作ります。プログラムの言語は「NXC」を使ってみました。
プログラムはいたってシンプルで、「BatteryLevel」という関数を呼ぶだけです。

【Download】電圧測定プログラム(zipファイル / 1115 Bytes)

実行結果です。画面に電圧が表示されました。電圧の単位はmV（ミリボルト）です。たとえば、「8000」と表示されたら、8.0Vという意味になります。

NXTインテリジェントブロックがどうやって、電圧を読み取っているのか？　説明しておきます。専門的なことなので、難しいと思ったら読み飛ばしてください。
写真はNXTインテリジェントブロックの回路図です（LEGO社がオープンソースとして公開しているHDKより）。中に2つのマイコンが入っているのですが、そのうちのサブCPU（MPU）側である「ATmega48」のAD入力がバッテリにつながっています。ここから電圧を読み取っています。
サブCPUで求めた電圧値はメインCPUに伝えなければいけません。ここでは、I2Cという通信技術を使って、メインCPUに伝えています。

電圧を読み取るためには、「AD変換（エーディー変換）」という技術を使っています。 AD変換はアナログ-デジタル変換の略です。
電圧はアナログ的なもので、それでデジタル的なものに変換しているわけです。