Verschil tussen analoge en digitale signalen

Inhoudsopgave:

Belangrijkste verschil - Analoge versus digitale signalen
Wat zijn analoge signalen?
Wat zijn digitale signalen?
Verschil tussen analoge en digitale signalen

Belangrijkste verschil - Analoge versus digitale signalen

Analoog en digitaal zijn twee vormen die worden gebruikt om signalen over te dragen. De grootste verschil tussen analoge en digitale signalen is dat, in analoge signalen kan het signaal elke waarde binnen een bepaald bereik aannemen terwijl, in digitale signalen kan het signaal slechts één van een discrete reeks waarden vertegenwoordigen.

Wat zijn analoge signalen?

Analoge signalen zijn signalen die op continue schaal elke waarde kunnen aannemen. Er kan een bereik zijn voor de waarden die het signaal kan aannemen, maar binnen dit bereik kan het signaal elke waarde vertegenwoordigen. Een analoog signaal varieert continu en soepel met de tijd, omdat de hoeveelheid die het opneemt van waarde verandert.

Overweeg als voorbeeld voor een analoog signaal een vinylplaat. Wanneer muziek wordt afgespeeld in een studio, pikken microfoons variaties in luchtdruk op als gevolg van het geluid en zetten deze veranderingen in luchtdruk om in een verandering in spanning in een elektrisch circuit. De spanning varieert ook continu wanneer het geluid varieert. Het elektrische circuit is verbonden met een naald, die beweegt volgens de spanning. Wanneer de naald beweegt, ontstaan er groeven in een lak. Later worden deze groeven overgebracht op een vinylschijf. De variatie in de groeven is continu en deze variaties komen overeen met de continue variaties van het originele geluid. Wanneer muziek wordt afgespeeld op een vinylschijf, beweegt een naald in de speler langs de groeven en zet zijn bewegingen om in een continu elektrisch signaal. Het signaal kan naar een luidspreker worden overgebracht en de luidspreker kan zijn membraan heen en weer laten bewegen volgens het signaal dat hij ontvangt.

Een vergroting van een vinylplaat met continu variërende groeven die een continu signaal kunnen produceren.

Aangezien analoge signalen continu in de tijd variëren, wordt er gezegd dat ze een oneindige resolutie. Dat wil zeggen, een analoog signaal kan een verandering doorgeven die zich in een oneindig kleine tijdsperiode voordoet. Er kan echter nog steeds ruis worden geïntroduceerd, waardoor de kwaliteit van het signaal na verloop van tijd zal verslechteren.

Wat zijn digitale signalen?

In een digitaal signaal kan het signaal slechts een reeks discrete waarden aannemen. Het signaal zelf is ook discontinu en verandert de waarde met tussenpozen. Personal computers zijn goede voorbeelden van apparaten die digitale signalen gebruiken. Omdat computers communiceren met behulp van "bits" van enen en nullen, en omdat er een eindig aantal bits is dat in een bepaalde tijd kan worden verwerkt, kan een computer geen continu signaal aan. In plaats daarvan moet een signaal worden "opgesplitst" in een digitale vorm. Dit omvat eerst bemonstering het analoge signaal op verschillende tijdstippen. Dan is het signaal: gekwantiseerd: d.w.z. voor elk tijdsinterval krijgt het signaal een benaderende, discrete waarde om het oorspronkelijke signaal weer te geven. De betrokken tijdsintervallen zijn vaak erg klein, zodat we het verschil niet kunnen opmerken (een nummer of een video die op een computer wordt gehoord, lijkt continu!)

Hoe groter de discrete reeks waarden die het digitale signaal zou kunnen aannemen, hoe dichter het signaal bij de oorspronkelijke, analoge vorm komt. De voorwaarde oplossing geeft aan in hoeveel waarden een signaal kan worden opgesplitst. Een 1-bit conversie kan bijvoorbeeld maar twee waarden aannemen: 0 of 1. Bij een 2-bit conversie kan het signaal 4 verschillende waarden aannemen (00, 01, 10, 11). Het aantal waarden dat een digitaal signaal zou kunnen aannemen, varieert naarmate de twee worden verhoogd tot het aantal gebruikte bits. Hoe groter het aantal gebruikte bits, hoe beter de resolutie.

Omzetten van het continue analoge signaal (rood) naar een discreet digitaal signaal (blauw). Aan de linkerkant is de conversie gedaan met behulp van 2 bits, waardoor er 4 verschillende niveaus zijn ontstaan die het digitale signaal zou kunnen aannemen. Aan de rechterkant worden 3 bits gebruikt. Daarom kan het signaal worden weergegeven door 8 verschillende niveaus. Dit signaal heeft een hogere resolutie en ligt “dichter” bij het originele analoge signaal.

De afbeelding hieronder toont een uitvergrote afbeelding van een oppervlak van een compact disc (CD). Op een cd worden gegevens vastgelegd als een reeks putjes en bultjes. Elke put of bult komt overeen met een 0 of een 1, en dus is het signaal dat wordt geproduceerd als een cd wordt gelezen, een digitaal signaal. Vergelijk deze variaties op de cd met de meer doorlopende variaties op een vinylschijf (hierboven).

Putjes en oneffenheden op een cd-oppervlak (vergroot met een atoomkrachtmicroscoop)

Na verloop van tijd kan een digitaal signaal ook ruis krijgen. Het is echter gemakkelijker om de ruis te scheiden met behulp van een proces dat bekend staat als: regeneratie.