Непрерывные сигналы: аналоговое представление и ограничения
Analog signal
Аналоговый сигнал: непрерывный во времени, в отличие от дискретного (цифрового). Особенности, ограничения и примеры аналоговых сигналов в различных системах.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Непрерывный сигнал, изменяющийся во времени
Continuous time varying signal
Аналоговый сигнал – это любой непрерывный по времени сигнал, представляющий некоторую другую величину, то есть аналогичный ей. Например, в аналоговом аудиосигнале мгновенное напряжение сигнала непрерывно изменяется в зависимости от давления звуковых волн. В отличие от этого, цифровой сигнал представляет исходную величину, изменяющуюся во времени, в виде дискретной последовательности квантованных значений. Дискретизация накладывает определенные ограничения на полосу пропускания и динамический диапазон представления и вносит погрешность квантования. Термин "аналоговый сигнал" обычно относится к электрическим сигналам, однако механические, пневматические, гидравлические и другие системы также могут передавать или рассматриваться как аналоговые сигналы.
An analog signal is any continuous time signal representing some other quantity, i. e., analogous to another quantity. For example, in an analog audio signal, the instantaneous signal voltage varies continuously with the pressure of the sound waves. In contrast, a digital signal represents the original time varying quantity as a sampled sequence of quantized values. Digital sampling imposes some bandwidth and dynamic range constraints on the representation and adds quantization error. The term analog signal usually refers to electrical signals; however, mechanical, pneumatic, hydraulic, and other systems may also convey or be considered analog signals.
Представительство
Аналоговый сигнал использует некоторое свойство среды для передачи информации. Например, анероидный барометр использует угловое положение в качестве сигнала для передачи информации о давлении. В электрическом сигнале для представления информации могут изменяться напряжение, ток или частота сигнала. Любую информацию можно передать с помощью аналогового сигнала; такой сигнал может быть измеренной реакцией на изменения физической величины, такой как звук, свет, температура, положение или давление. Физическая величина преобразуется в аналоговый сигнал с помощью датчика. Например, звук, воздействующий на мембрану микрофона, вызывает соответствующие колебания тока, генерируемого катушкой в электродинамическом микрофоне, или напряжения, генерируемого конденсаторным микрофоном. Напряжение или ток называют аналогом звука.
An analog signal uses some property of the medium to convey the signal's information. For example, an aneroid barometer uses rotary position as the signal to convey pressure information. In an electrical signal, the voltage, current, or frequency of the signal may be varied to represent the information. Any information may be conveyed by an analog signal; such a signal may be a measured response to changes in a physical variable, such as sound, light, temperature, position, or pressure. The physical variable is converted to an analog signal by a transducer. For example, sound striking the diaphragm of a microphone induces corresponding fluctuations in the current produced by a coil in an electromagnetic microphone or the voltage produced by a condenser microphone. The voltage or the current is said to be an analog of the sound.
Шум
Аналоговый сигнал подвержен воздействию электронного шума и искажений, вносимых каналами связи, записью и операциями обработки сигнала, что может постепенно ухудшать отношение сигнал/шум (SNR). При передаче, копировании или обработке сигнала неизбежный шум, возникающий на пути сигнала, накапливается в виде потерь поколения, постепенно и необратимо снижая SNR, пока в крайних случаях сигнал не будет полностью заглушен. Шум может проявляться в виде шипения и интермодуляционных искажений в аудиосигналах или "снега" в видеосигналах. Потери поколения необратимы, поскольку не существует надежного способа отличить шум от полезного сигнала. Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму вносит в сигнал низкоуровневый квантовый шум из-за конечного разрешения цифровых систем. После преобразования в цифровую форму сигнал может быть передан, сохранен и обработан без внесения дополнительных шумов или искажений с использованием методов обнаружения и коррекции ошибок. Накопление шума в аналоговых системах можно минимизировать с помощью электромагнитной экранировки, симметричных линий, малошумящих усилителей и высококачественных электронных компонентов.
An analog signal is subject to electronic noise and distortion introduced by communication channels, recording and signal processing operations, which can progressively degrade the signal to noise ratio (SNR). As the signal is transmitted, copied, or processed, the unavoidable noise introduced in the signal path will accumulate as a generation loss, progressively and irreversibly degrading the SNR, until in extreme cases, the signal can be overwhelmed. Noise can show up as hiss and intermodulation distortion in audio signals, or snow in video signals. Generation loss is irreversible as there is no reliable method to distinguish the noise from the signal. Converting an analog signal to digital form introduces a low level quantization noise into the signal due to finite resolution of digital systems. Once in digital form, the signal can be transmitted, stored, and processed without introducing additional noise or distortion using error detection and correction. Noise accumulation in analog systems can be minimized by electromagnetic shielding, balanced lines, low noise amplifiers and high quality electrical components.