ההבדל העיקרי - אותות אנלוגיים מול דיגיטליים

אנלוגי ו דִיגִיטָלי הן שתי צורות המשמשות להעברת אותות. ה ההבדל העיקרי בין אותות אנלוגיים לדיגיטליים הוא ש, באותות אנלוגיים, האות יכול לקחת כל ערך בטווח נתון ואילו, באותות דיגיטליים, האות יכול לייצג רק אחד מתוך קבוצת ערכים נפרדת.

מהם אותות אנלוגיים

אותות אנלוגיים הם אותות שיכולים לתפוס כל ערך בקנה מידה רציף. ייתכן שיש טווח לערכים שהאות יכול לקחת, אך בתוך טווח זה האות יכול לייצג כל ערך. אות אנלוגי משתנה באופן רציף וחלק עם הזמן, מכיוון שהכמות שהוא מקליט משנה את ערכו.

כדוגמה לאות אנלוגי, שקול תקליט ויניל. כאשר מוסיקה מושמעת באולפן, המיקרופונים קולטים וריאציות בלחץ האוויר עקב הצליל והופכים את השינויים הללו בלחץ האוויר לשינוי במתח במעגל חשמלי. המתח משתנה גם ברציפות בכל פעם שהצליל משתנה. המעגל החשמלי מחובר למחט, הנעה בהתאם למתח. כאשר המחט נעה, היא יוצרת חריצים בלכה. מאוחר יותר, חריצים אלה מועברים על דיסק ויניל. הווריאציה בחריצים היא רציפה, וריאציות אלה תואמות את הווריאציות המתמשכות של הצליל המקורי. כאשר מוסיקה מושמעת בדיסק ויניל, מחט בנגן נעה לאורך החריצים והופכת את תנועותיה לאות חשמלי רציף. ניתן להעביר את האות לרמקול, והרמקול יכול לגרום לקרום שלו לנוע קדימה ואחורה בהתאם לאות שהוא מקבל.

הגדלת תקליט ויניל המראה חריצים משתנים ללא הרף, המסוגלים לייצר אות רציף.

מכיוון שאותות אנלוגיים משתנים ללא הרף עם הזמן, אומרים שיש להם רזולוציה אינסופית. כלומר, אות אנלוגי יכול להעביר שינוי המתרחש בפרק זמן קטן עד אינסופי. עם זאת, עדיין ניתן להכניס רעש, מה שידרדר את איכות האות לאורך זמן.

מהם אותות דיגיטליים

באות דיגיטלי, האות יכול לתפוס רק קבוצה של ערכים נפרדים. האות עצמו גם אינו רציף, ומשנה את ערכו במרווחי זמן. מחשבים אישיים הם דוגמאות טובות להתקנים המשתמשים באותות דיגיטליים. מכיוון שמחשבים מתקשרים באמצעות "סיביות" של 1 ו 0, ומכיוון שיש מספר סופי של סיביות שניתן לעבד בזמן נתון, מחשב אינו יכול להתמודד עם אות רציף. במקום זאת, יש "לפרק" אות לצורה דיגיטלית. זה כרוך קודם כל דְגִימָה האות האנלוגי בנקודות זמן שונות. ואז, האות הוא לכמת: כלומר, לכל מרווח זמן, האות מקבל ערך משוער ונפרד לייצג את האות המקורי. מרווחי הזמן המעורבים הם לרוב קטנים מאוד, כך שלא נוכל להבחין בהבדל (שיר או סרטון שנשמע במחשב נראה רציף!)

ככל שמערכת הערכים הנפרדת שהאות הדיגיטלי יכול לקחת גדולה יותר, כך האות יתקרב לצורה האנלוגית המקורית. התנאי פתרון הבעיה מציין כמה ערכים שאפשר לפרק להם אות. לדוגמה, המרה של 1 סיביות יכולה לקחת שני ערכים בלבד: 0 או 1. עם המרה של 2 סיביות, האות יכול לקחת 4 ערכים שונים (00, 01, 10, 11). מספר הערכים שאות דיגיטלי יכול לקחת משתנה כאשר השניים עולים למספר הביטים המשמשים. ככל שמספר הביטים בשימוש גדול יותר הרזולוציה טובה יותר.

המרת האות האנלוגי הרציף (אדום) לאות דיגיטלי נפרד (כחול). בצד שמאל, ההמרה נעשתה באמצעות 2 סיביות, ובכך נוצרה 4 רמות שונות שהאות הדיגיטלי יכול לקחת. מימין משתמשים ב -3 סיביות. לכן, האות יכול להיות מיוצג על ידי 8 רמות שונות. לאות זה יש רזולוציה גבוהה יותר והוא "קרוב יותר" לאות האנלוגי המקורי.

התמונה למטה מציגה תמונה מוגדלת של משטח תקליטור (CD). בתקליטור הנתונים מוקלטים כסדרה של בורות וחבטות. כל בור או בליטה תואמים 0 או 1, ולכן האות המופק כתקליטור הוא אות דיגיטלי. השווה וריאציות אלה על התקליטור עם הווריאציות הרצופות יותר שנמצאות בדיסק ויניל (למעלה).

בורות וחבטות על משטח תקליטור (מוגדל באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי)

עם הזמן, אות דיגיטלי עשוי גם להשיג רעש. עם זאת, קל יותר להפריד את הרעש באמצעות תהליך המכונה הִתחַדְשׁוּת.

ההבדל בין אותות אנלוגיים ודיגיטליים

אופי האות

א אות אנלוגי יכול לקחת כל ערך בטווח נתון.

א אות דיגיטלית יכול לקחת רק אחד מתוך קבוצת ערכים נפרדת.

פתרון הבעיה

אותות אנלוגיים בעלי רזולוציה אינסופית.

אותות דיגיטליים בעלי רזולוציה סופית, שתלויה במספר הביטים המשמשים להעברת נתונים.

מסיר רעש

קשה להסיר רעש פנימה אותות אנלוגיים. רעש עלול להצטבר עם הזמן.

ב אותות דיגיטליים, הרבה יותר קל להסיר רעש.

תמונה באדיבות

"זריקת מאקרו של חריצי שיא, עם וריאציה שנראית בבירור." מאת שיין גאווין (יצירה משלו) [CC BY 2.0], באמצעות ויקימדיה

"רזולוציה של 2 סיביות עם ארבע רמות כימות…" מאת יקינתון (יצירה משלו) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה (משתנה)

"רזולוציה של 3 סיביות עם שמונה רמות כימות…" מאת יקינתון (יצירה משלו) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה (משתנה)

"מיקרוגרף של תקליטור שנעשה במיקרוסקופ כוח אטומי (מצב סטייה)" מאת freiermensch (יצירה משלו) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה