Пример непрерывного сигнала: в чем разница с дискретным?

Непрерывные сигналы окружают нас повсюду - шелест листвы, журчание ручья, пение птиц. Но что если перевести эти звуки природы на язык науки? Давайте разберемся, чем отличается непрерывный сигнал от дискретного.

1. Понятие сигнала и его параметры

Для начала дадим определения базовым понятиям:

• Сигнал – это физический процесс, несущий информацию.
• Сообщение – последовательность сигналов.
• Параметр сигнала – его информационная характеристика, используемая для кодирования сообщений.

То есть сигнал - это носитель данных, а параметр - сами данные, закодированные при помощи физических свойств сигнала.

2. Непрерывный сигнал: свойства и примеры

Если параметр сигнала может принимать бесконечное множество значений в некотором диапазоне и плавно изменяется со временем, не имея разрывов, такой сигнал называется непрерывным или аналоговым .

Например,

примером непрерывного сигнала является человеческая речь.

Звуковые волны, создаваемые голосом, непрерывно изменяют свои характеристики. Также непрерывны сигналы музыкальных инструментов, шум ветра, жужжание пчелы.

Другой

пример непрерывного сигнала

- скорость движения автомобиля. Она может плавно меняться в широких пределах без разрывов.

Сигнал температуры наружного воздуха тоже является непрерывным, так как температура изменяется постепенно.

3. Дискретный сигнал: особенности и виды

Если параметр сигнала может принимать только определенный набор значений (обычно конечный), меняясь скачкообразно, а не плавно, такой сигнал называют дискретным или цифровым .

Приведите примеры непрерывных сигналов:

мигание лампочки, щелчки счетчика Гейгера, тактовый сигнал в компьютере и т.д. Все эти процессы имеют четко фиксированные состояния, быстро сменяющие друг друга.

Дискретна и цифровая информация, например знаки алфавита или цифры. Они могут принимать строго определенный конечный набор значений.

Как видно из таблицы, ключевое отличие двух типов сигналов - в свойствах параметра, его информационной характеристики.

4. Преимущества и недостатки обоих типов сигналов

У каждого типа сигналов есть свои плюсы и минусы. Рассмотрим на примерах.

Непрерывные сигналы более точно передают информацию в ее исходном виде.

Пример непрерывного сигнала:

аналоговая телефония давала очень реалистичное звучание голоса абонента.

Однако такой сигнал сильно подвержен помехам. Шумы, искажения могут полностью заглушить полезные данные. Поэтому с развитием цифровых технологий аналоговая телефония практически сошла на нет.

Дискретные же сигналы обладают высокой помехоустойчивостью за счет избыточности данных и наличия контроля ошибок. К примеру, современная цифровая телефония и интернет-звонки работают даже при сильных помехах, данные либо доходят, либо нет.

Основной минус дискретных сигналов в том, что они менее точно передают исходную информацию из-за ее дискретизации. Но с ростом количества градаций и увеличением частоты сигнала этот недостаток удается преодолеть.

5. Пример непрерывного сигнала: возможность дискретизации

Несмотря на различия, между аналоговыми и цифровыми сигналами есть тесная взаимосвязь. Любой непрерывный сигнал можно преобразовать в дискретный процессом, который называется дискретизацией или оцифровкой .

При дискретизации непрерывная функция разбивается на равные отрезки, в пределах которых ее значение считается постоянным. Эти усредненные значения и записываются как отдельные отсчеты - получается дискретный набор данных.

Чем мельче интервал дискретизации, тем выше точность передачи исходного аналогового сигнала цифровым. Например, для качественной оцифровки музыки или видео требуется очень высокая частота дискретизации.

6. Значение дискретизации для цифровых устройств

Процедура дискретизации чрезвычайно важна для работы цифровой техники. Ведь компьютеры, смартфоны и другие гаджеты - это цифровые устройства, работающие исключительно с дискретными данными.

А поскольку бо́льшая часть информации в реальном мире имеет аналоговую природу, ее необходимо предварительно оцифровать. Например, чтобы записать музыку или голос на компьютер, их сначала преобразуют в цифровой код.

Таким образом, благодаря дискретизации, аналоговые сигналы окружающего мира становятся доступны для хранения и обработки в цифровом виде. А это качественно расширяет возможности компьютерных технологий.

7. Применение на практике: советы пользователям

Давайте разберем, как можно использовать полученные знания о типах сигналов в повседневной жизни.

Во-первых, теперь вы знаете, как определить, является ли тот или иной процесс аналоговым или цифровым - по характеру изменения сигнала во времени.

Во-вторых, если вам нужно оцифровать аналоговые данные (музыка, видео, фото и т.д.), можете рассчитать нужную частоту дискретизации исходя из желаемого качества.

В-третьих, теперь понятно, почему цифровые форматы более устойчивы к шумам - вся "лишняя" информация при дискретизации отсеивается.

8. Примеры непрерывных и дискретных сигналов в быту

Давайте приведем примеры сигналов обоих типов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни:

• Непрерывные сигналы: аналоговое радиовещание, виниловые пластинки стрелки часов показания ртутного или спиртового термометра
• Дискретные сигналы: тактовый генератор в компьютере частота сердечных сокращений показания цифровых часов, будильника

Как видно из примеров, и аналоговые, и цифровые сигналы есть в нашей повседневности. Главное - уметь их различать и выбирать подходящий тип в зависимости от задачи.