January 6th, 2021

Почему аналоговый сигнал так называется (на примере звука)

Когда людям понадобилось передать на расстояние информацию (данные, сообщение) они придумали несколько способов это сделать. Одним из них стал аналоговый сигнал.

Например, если требуется передать на расстояние информацию о звуке (музыка, песня, человеческая речь), может использоваться аналоговый сигнал.

Что такое звук? Это физический процесс, последовательные уплотнения и разрежения среды (например, воздуха), в которой распространяется звук.


Картинка из статьи про звук в википедии

На картинке слева изображен источник звука, справа — ухо человека. Последовательные уплотнения и разрежения воздуха показаны кусочками серых окружностей (окружностей — потому что звук распространяется от источника звука во все стороны вокруг). При уплотнениях воздуха окружности находятся ближе друг к другу и почти сливаются, а при разрежениях — дальше друг от друга, поэтому в этих местах образуются пробелы. Можно, кстати, заметить, что ближе к источнику звука на картинку попадает бОльшая часть окружностей, поэтому они выглядят более изогнутыми, чем кусочки окружностей, расположенные дальше от источника звука и ближе к уху человека.

Итак, стоит задача передать на расстояние информацию о звуке. Передавать сам звук — не вариант, далеко ли можно докричаться? Поэтому придумали передавать на расстояние не сам звук, а его аналог — некий сигнал, являющийся точным слепком характеристик передаваемого звука.

В качестве такого аналога часто выбирают электрический сигнал. Электрический ток передается на большие расстояния по проводам. Хоть скорость движения носителей электрического заряда (электронов) не очень большая, зато скорость распространения электрического поля, которое инициирует электрический ток, сравнима со скоростью света.

То есть звук преобразуют в переменный электрический ток. Это можно сделать с помощью микрофона.


Схема преобразования звука в переменный электрический ток из статьи о звуке Дениса Дубровского

На рисунке вверху слева с помощью множества точек изображены уплотнения и разрежения воздуха, то есть, собственно, звук. Под этими уплотнениями и разрежениями нарисован график изменения плотности воздуха при передаче звука в воздухе с течением времени. Можно видеть, что этот график похож на идущие друг за другом волны, поэтому уплотнения и разрежения воздуха при передаче звука часто называют звуковыми волнами. Еще процесс уплотнения и разрежения воздуха при передаче звука можно назвать колебаниями плотности воздуха, потому что плотность воздуха колеблется возле некоего среднего значения плотности, поэтому такие уплотнения и разрежения воздуха при передаче звука еще называют звуковыми колебаниями.

На рисунке вверху в центре изображена схема микрофона. Звук воздействует на мембрану, заставляя ее колебаться. Мембрана заставляет колебаться соединенную с ней подвижную катушку (катушка — это провод (проводник), намотанный на цилиндрический каркас), которая находится в постоянном магнитном поле. При таком движении катушки в постоянном магнитном поле в проводнике вызывается переменный электрический ток. На рисунке внизу справа изображен график изменения напряжения индуцируемого в микрофоне электрического тока с течением времени.

Волна на графике справа является аналогом (слепком) волны на графике слева. При преобразовании звука в переменный электрический ток получили аналоговый сигнал в виде этого переменного электрического тока, который и будет передан на расстояние по проводам. На принимающей стороне для получения звука необходимо будет выполнить обратную операцию по преобразованию электрического сигнала в звук.

Выводы. Аналоговый сигнал предназначен для передачи «аналога-слепка» информации (данных, сообщения) в отличие от противопоставляемого ему цифрового сигнала, который предназначен для передачи цифр (чисел), а не «аналога-слепка» данных. Цифровой сигнал передает информацию об информации, но это тема для отдельного поста.