Types de signaux : analogiques, numériques, discrets. Différence entre signal analogique et signal numérique Avec quels signaux les appareils numériques fonctionnent-ils ?

Très souvent, nous entendons des définitions telles que signal « numérique » ou « discret » ; quelle est la différence avec « analogique » ?

L'essence de la différence réside dans le fait que le signal analogique est continu dans le temps (ligne bleue), tandis que le signal numérique consiste en un ensemble limité de coordonnées (points rouges). Si nous réduisons tout aux coordonnées, alors tout segment d'un signal analogique est constitué d'un nombre infini de coordonnées.

Pour un signal numérique, les coordonnées le long de l'axe horizontal sont situées à intervalles réguliers, en fonction de la fréquence d'échantillonnage. Dans le format courant Audio-CD, cela représente 44 100 points par seconde. La précision verticale de la hauteur des coordonnées correspond à la profondeur de bits du signal numérique ; pour 8 bits elle est de 256 niveaux, pour 16 bits = 65536 et pour 24 bits = 16777216 niveaux. Plus la profondeur de bits (nombre de niveaux) est élevée, plus les coordonnées verticales sont proches de l'onde d'origine.

Les sources analogiques sont : les vinyles et les cassettes audio. Les sources numériques sont : les CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) et les fichiers aux formats WAVE et DSD (y compris les dérivés de APE, Flac, Mp3, Ogg, etc.).

Avantages et inconvénients du signal analogique

L'inconvénient d'un signal analogique est la capacité de stocker, transmettre et reproduire le signal. Lors de l'enregistrement sur bande magnétique ou vinyle, la qualité du signal dépendra des propriétés de la bande ou du vinyle. Au fil du temps, la bande se démagnétise et la qualité du signal enregistré se détériore. Chaque lecture détruit progressivement le support et la réécriture introduit une distorsion supplémentaire, où des écarts supplémentaires sont ajoutés par le support suivant (bande ou vinyle), les dispositifs de lecture, d'écriture et de transmission du signal.

Faire une copie d'un signal analogique revient à copier une photo en la reprenant.

Avantages et inconvénients du signal numérique

Le principal inconvénient est que le signal numérique est un étage intermédiaire et que la précision du signal analogique final dépendra du degré de détail et de précision avec lequel l'onde sonore est décrite par les coordonnées. Il est tout à fait logique que plus il y a de points et plus les coordonnées sont précises, plus l'onde sera précise. Mais il n'y a toujours pas de consensus sur le nombre de coordonnées et la précision des données suffisants pour dire que la représentation numérique du signal est suffisante pour restituer avec précision le signal analogique, impossible à distinguer de l'original par nos oreilles.

En termes de volumes de données, la capacité d'une cassette audio analogique ordinaire n'est que d'environ 700 à 1,1 Mo, tandis qu'un CD ordinaire contient 700 Mo. Cela donne une idée du besoin de supports de grande capacité. Et cela donne lieu à une guerre distincte de compromis avec des exigences différentes concernant le nombre de points de description et la précision des coordonnées.

Aujourd'hui, il est considéré comme tout à fait suffisant de représenter une onde sonore avec une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz et une profondeur de bits de 16 bits. Avec une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz, il est possible de reconstruire un signal jusqu'à 22 kHz. Comme le montrent les études psychoacoustiques, une augmentation supplémentaire de la fréquence d'échantillonnage n'est pas perceptible, mais une augmentation de la profondeur de bits donne une amélioration subjective.

Comment les DAC créent une vague

DAC multibits

L'entrée DAC reçoit la valeur de la coordonnée verticale suivante et à chaque cycle d'horloge, elle commute le niveau de courant (tension) au niveau approprié jusqu'au prochain changement.

Bien que l'on pense que l'oreille humaine ne peut entendre qu'à une fréquence supérieure à 20 kHz et que, selon la théorie de Nyquist, il est possible de restaurer le signal à 22 kHz, la qualité de ce signal après restauration reste une question. Dans la région des hautes fréquences, la forme d’onde « échelonnée » résultante est généralement loin de celle d’origine. Le moyen le plus simple de sortir de cette situation consiste à augmenter la fréquence d'échantillonnage lors de l'enregistrement, mais cela entraîne une augmentation significative et indésirable de la taille du fichier.

Une alternative consiste à augmenter artificiellement le taux d'échantillonnage de lecture du DAC en ajoutant des valeurs intermédiaires. Ceux. nous imaginons un chemin d'onde continu (ligne pointillée grise) reliant en douceur les coordonnées d'origine (points rouges) et ajoutons des points intermédiaires sur cette ligne (violet foncé).

Lors de l'augmentation de la fréquence d'échantillonnage, il est généralement nécessaire d'augmenter la profondeur de bits afin que les coordonnées soient plus proches de l'onde approchée.

Grâce aux coordonnées intermédiaires, il est possible de réduire les « marches » et de construire une vague plus proche de l'originale.

Lorsque vous voyez une fonction boost de 44,1 à 192 kHz dans un lecteur ou un DAC externe, il s'agit d'une fonction d'ajout de coordonnées intermédiaires, et non de restauration ou de création de son dans la région supérieure à 20 kHz.

Initialement, il s'agissait de puces SRC distinctes avant le DAC, qui ont ensuite migré directement vers les puces DAC elles-mêmes. Aujourd'hui, vous pouvez trouver des solutions où une telle puce est ajoutée aux DAC modernes, ceci afin de fournir une alternative aux algorithmes intégrés dans le DAC et parfois d'obtenir un son encore meilleur (comme par exemple, cela se fait dans le Hidizs AP100).

Le principal refus de l'industrie à l'égard des DAC multibits est dû à l'impossibilité de poursuivre le développement technologique des indicateurs de qualité avec les technologies de production actuelles et au coût plus élevé par rapport aux DAC « à impulsions » présentant des caractéristiques comparables. Cependant, dans les produits Hi-End, la préférence est souvent donnée aux anciens DAC multi-bits plutôt qu'aux nouvelles solutions aux caractéristiques techniquement meilleures.

Changer de DAC

L'amplitude du signal est la valeur moyenne des amplitudes des impulsions (les impulsions d'amplitude égale sont affichées en vert et l'onde sonore résultante est affichée en blanc).

Par exemple, une séquence de huit cycles de cinq impulsions donnera une amplitude moyenne (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Plus la fréquence porteuse est élevée, plus les impulsions sont lissées et une valeur d'amplitude plus précise est obtenue. Cela a permis de présenter le flux audio sous forme d'un bit avec une large plage dynamique.

La moyenne peut être effectuée avec un filtre analogique ordinaire, et si un tel ensemble d'impulsions est appliqué directement au haut-parleur, alors à la sortie nous obtiendrons le son et les ultra hautes fréquences ne seront pas reproduites en raison de la forte inertie de l'émetteur. Les amplificateurs PWM fonctionnent sur ce principe en classe D, où la densité d'énergie des impulsions n'est pas créée par leur nombre, mais par la durée de chaque impulsion (ce qui est plus facile à mettre en œuvre, mais ne peut être décrit avec un simple code binaire).

Un DAC multibits peut être considéré comme une imprimante capable d’appliquer des couleurs à l’aide d’encres Pantone. Delta-Sigma est une imprimante à jet d'encre avec une gamme de couleurs limitée, mais en raison de la possibilité d'appliquer de très petits points (par rapport à une imprimante en bois), elle produit plus de nuances en raison de la densité différente de points par unité de surface.

Dans une image, nous ne voyons généralement pas de points individuels en raison de la faible résolution de l'œil, mais uniquement le ton moyen. De même, l’oreille n’entend pas les impulsions individuellement.

A terme, avec les technologies actuelles dans les DAC pulsés, il est possible d'obtenir une onde proche de ce qu'il faudrait théoriquement obtenir en approchant des coordonnées intermédiaires.

Il est à noter qu'après l'avènement du DAC delta-sigma, la pertinence de tracer une « onde numérique » par étapes a disparu, car C’est ainsi que les DAC modernes ne construisent pas une vague par étapes. Il est correct de construire un signal discret avec des points reliés par une ligne lisse.

La commutation des DAC est-elle idéale ?

Mais dans la pratique, tout n’est pas rose et il existe un certain nombre de problèmes et de limites.

Parce que Étant donné que la grande majorité des enregistrements sont stockés dans un signal multi-bits, la conversion en signal impulsionnel utilisant le principe « bit à bit » nécessite une fréquence porteuse inutilement élevée, que les DAC modernes ne prennent pas en charge.

La fonction principale des DAC à impulsions modernes est de convertir un signal multi-bits en un signal monobit avec une fréquence porteuse relativement basse avec décimation des données. Fondamentalement, ce sont ces algorithmes qui déterminent la qualité sonore finale des DAC à impulsions.

Pour réduire le problème de la fréquence porteuse élevée, le flux audio est divisé en plusieurs flux d'un bit, chaque flux étant responsable de son propre groupe de bits, qui équivaut à un multiple de la fréquence porteuse du nombre de flux. De tels DAC sont appelés delta-sigma multibits.

Aujourd'hui, les DAC pulsés ont reçu un second souffle dans les puces à usage général à grande vitesse dans les produits NAD et Chord en raison de leur capacité à programmer de manière flexible des algorithmes de conversion.

Format DSD

Le format n'était pas largement utilisé pour plusieurs raisons. L'édition de fichiers dans ce format s'est avérée inutilement limitée : vous ne pouvez pas mélanger les flux, régler le volume ou appliquer l'égalisation. Cela signifie que sans perte de qualité, vous pouvez uniquement archiver des enregistrements analogiques et produire des enregistrements de performances live avec deux microphones, sans traitement supplémentaire. En un mot, on ne peut pas vraiment gagner d’argent.

Dans la lutte contre le piratage, les disques au format SA-CD n'étaient pas (et ne sont toujours pas) supportés par les ordinateurs, ce qui rend impossible leur copie. Pas de copies – pas de large public. Il était possible de lire du contenu audio DSD uniquement à partir d'un lecteur SA-CD distinct à partir d'un disque propriétaire. Si pour le format PCM il existe une norme SPDIF pour le transfert de données numériques d'une source vers un DAC séparé, alors pour le format DSD il n'y a pas de norme et les premières copies piratées de disques SA-CD ont été numérisées à partir des sorties analogiques de SA- Lecteurs de CD (bien que la situation semble stupide, mais en réalité certains enregistrements ont été publiés uniquement sur SA-CD, ou le même enregistrement sur Audio-CD a été délibérément réalisé de mauvaise qualité pour promouvoir le SA-CD).

Le tournant s’est produit avec la sortie des consoles de jeux SONY, où le disque SA-CD était automatiquement copié sur le disque dur de la console avant la lecture. Les fans du format DSD en ont profité. L'apparition d'enregistrements piratés a incité le marché à lancer des DAC distincts pour la lecture des flux DSD. La plupart des DAC externes prenant en charge DSD prennent aujourd'hui en charge le transfert de données USB en utilisant le format DoP comme codage séparé du signal numérique via SPDIF.

Les fréquences porteuses pour le DSD sont relativement petites, 2,8 et 5,6 MHz, mais ce flux audio ne nécessite aucune conversion de réduction de données et est assez compétitif par rapport aux formats haute résolution tels que le DVD-Audio.

Il n'y a pas de réponse claire à la question de savoir lequel est le meilleur, DSP ou PCM. Tout dépend de la qualité de mise en œuvre d'un DAC particulier et du talent de l'ingénieur du son lors de l'enregistrement du fichier final.

Conclusion générale

Un signal analogique enregistré directement sur une cassette audio ou un vinyle ne peut pas être réenregistré sans perte de qualité, tandis qu'une onde en représentation numérique peut être copiée bit par bit.

Les formats d'enregistrement numérique sont un compromis constant entre la précision des coordonnées et la taille du fichier, et tout signal numérique n'est qu'une approximation du signal analogique d'origine. Cependant, les différents niveaux de technologie pour l'enregistrement et la reproduction d'un signal numérique et le stockage sur support d'un signal analogique confèrent davantage d'avantages à la représentation numérique du signal, à l'instar d'un appareil photo numérique par rapport à un appareil photo argentique.

La conception de circuits numériques est la discipline la plus importante étudiée dans tous les établissements d'enseignement supérieur et secondaire qui forment des spécialistes en électronique. Un vrai radioamateur devrait également bien connaître cette question. Mais la plupart des livres et manuels sont rédigés dans une langue très difficile à comprendre, et il sera difficile pour un ingénieur électronicien débutant (peut-être un étudiant) d'apprendre de nouvelles informations. Une série de nouveaux supports pédagogiques de Maître Keith est conçue pour combler cette lacune : nos articles parlent de concepts complexes avec les mots les plus simples.

8.1. Signaux analogiques et numériques

Vous devez d’abord comprendre en quoi les circuits analogiques diffèrent des circuits numériques. Et la principale différence réside dans les signaux avec lesquels ces circuits fonctionnent.
Tous les signaux peuvent être divisés en deux types principaux : analogiques et numériques.

Signaux analogiques

Les signaux analogiques nous sont les plus familiers. Nous pouvons dire que tout le monde naturel qui nous entoure est analogique. Notre vision et notre ouïe, ainsi que tous les autres sens, perçoivent les informations entrantes sous forme analogique, c'est-à-dire en continu dans le temps. Transmission d'informations sonores - parole humaine, sons d'instruments de musique, rugissements d'animaux, sons de la nature, etc. – également réalisé sous forme analogique.
Pour mieux comprendre ce problème, dessinons un signal analogique (Fig. 1) :

Fig. 1. Signal analogique

On voit que le signal analogique est continu en temps et en amplitude. À tout moment, vous pouvez déterminer la valeur exacte de l’amplitude du signal analogique.

Signaux numériques

Analysons l'amplitude du signal non pas de manière constante, mais discrètement, à intervalles fixes. Par exemple, une fois par seconde, ou plus souvent : dix fois par seconde. La fréquence à laquelle nous faisons cela s'appelle la fréquence d'échantillonnage : une fois par seconde - 1 Hz, mille fois par seconde - 1 000 Hz ou 1 kHz.

Pour plus de clarté, dessinons des graphiques de signaux analogiques (ci-dessus) et numériques (ci-dessous) (Fig. 2.) :

Figure 2. Signal analogique (en haut) et sa copie numérique (en bas)

Nous voyons qu'à chaque intervalle de temps instantané, nous pouvons connaître la valeur numérique instantanée de l'amplitude du signal. Nous ne savons pas ce qui arrive au signal (selon quelle loi il change, quelle est son amplitude) entre les intervalles de « contrôle », cette information nous est perdue ; Moins nous vérifions le niveau du signal (plus la fréquence d'échantillonnage est basse), moins nous avons d'informations sur le signal. Bien entendu, l’inverse est également vrai : plus le taux d’échantillonnage est élevé, meilleure est la qualité de la représentation du signal. A la limite, en augmentant la fréquence d'échantillonnage à l'infini, on obtient quasiment le même signal analogique.
Cela signifie-t-il qu’un signal analogique est de toute façon meilleur qu’un signal numérique ? En théorie, peut-être, oui. Mais dans la pratique, les convertisseurs analogique-numérique (CAN) modernes fonctionnent avec un taux d'échantillonnage si élevé (jusqu'à plusieurs millions d'échantillons par seconde) et décrivent le signal analogique sous forme numérique de manière si qualitative que les sens humains (yeux, oreilles) peuvent ne ressent plus la différence entre le signal original et son modèle numérique. Un signal numérique présente un avantage très important : il est plus facile à transmettre par fil ou par ondes radio, les interférences n'ont pas d'effet significatif sur un tel signal. Par conséquent, toutes les communications mobiles modernes, la télévision et la radio sont numériques.

Le graphique du bas de la Fig. 2 est facile à imaginer sous une autre forme - comme une longue séquence d'une paire de nombres : temps/amplitude. Et les chiffres sont exactement ce dont les circuits numériques ont besoin. Certes, les circuits numériques préfèrent travailler avec des nombres dans une représentation spéciale, mais nous en parlerons dans la prochaine leçon.

Nous pouvons maintenant tirer des conclusions importantes :

Un signal numérique est discret et ne peut être déterminé que pour des instants individuels ;
- plus la fréquence d'échantillonnage est élevée, meilleure est la précision de la représentation du signal numérique.

Un signal analogique est un signal de données dans lequel chacun des paramètres représentatifs est décrit par une fonction du temps et un ensemble continu de valeurs possibles.

Il existe deux espaces de signaux - l'espace L (signaux continus) et l'espace l (L petit) - l'espace des séquences. L'espace l (L petit) est l'espace des coefficients de Fourier (un ensemble dénombrable de nombres qui définissent une fonction continue sur un intervalle fini du domaine de définition), l'espace L est l'espace des signaux continus (analogiques) sur le domaine de définition. Sous certaines conditions, l'espace L est mappé de manière unique dans l'espace l (par exemple, les deux premiers théorèmes de discrétisation de Kotelnikov).

Les signaux analogiques sont décrits par des fonctions continues du temps, c'est pourquoi un signal analogique est parfois appelé signal continu. Les signaux analogiques contrastent avec les signaux discrets (quantifiés, numériques). Exemples d'espaces continus et de grandeurs physiques correspondantes :

direct : tension électrique

cercle : position d'un rotor, d'une roue, d'un engrenage, d'aiguilles d'horloge analogique ou phase d'un signal porteur

segment : position d'un piston, d'un levier de commande, d'un thermomètre à liquide ou d'un signal électrique limité en amplitude divers espaces multidimensionnels : couleur, signal modulé en quadrature.

Les propriétés des signaux analogiques sont largement opposées à celles des signaux quantifiés ou numériques.

L'absence de niveaux de signaux discrets clairement distincts rend impossible l'application du concept d'information sous la forme telle qu'elle est comprise dans les technologies numériques pour la décrire. La « quantité d'informations » contenue dans une lecture sera limitée uniquement par la plage dynamique de l'instrument de mesure.

Aucune redondance. De la continuité de l'espace des valeurs, il s'ensuit que tout bruit introduit dans le signal est impossible à distinguer du signal lui-même et, par conséquent, l'amplitude d'origine ne peut pas être restaurée. En effet, le filtrage est possible, par exemple, par des méthodes fréquentielles, si des informations complémentaires sur les propriétés de ce signal (notamment la bande de fréquences) sont connues.

Application:

Les signaux analogiques sont souvent utilisés pour représenter des quantités physiques en constante évolution. Par exemple, un signal électrique analogique provenant d'un thermocouple transporte des informations sur les changements de température, un signal provenant d'un microphone transporte des informations sur les changements rapides de pression dans une onde sonore, etc.

2.2 Signal numérique

Un signal numérique est un signal de données dans lequel chacun des paramètres représentatifs est décrit par une fonction temporelle discrète et un ensemble fini de valeurs possibles.

Les signaux sont des impulsions électriques ou lumineuses discrètes. Avec cette méthode, toute la capacité du canal de communication est utilisée pour transmettre un signal. Le signal numérique utilise toute la bande passante du câble. La bande passante est la différence entre la fréquence maximale et minimale pouvant être transmise sur un câble. Chaque appareil sur ces réseaux envoie des données dans les deux sens, et certains peuvent recevoir et transmettre simultanément. Les systèmes à bande étroite (bande de base) transmettent des données sous la forme d'un signal numérique d'une seule fréquence.

Un signal numérique discret est plus difficile à transmettre sur de longues distances qu'un signal analogique, il est donc prémodulé côté émetteur et démodulé côté récepteur d'informations. L'utilisation d'algorithmes pour vérifier et restaurer les informations numériques dans les systèmes numériques peut augmenter considérablement la fiabilité de la transmission des informations.

Commentaire. Il convient de garder à l’esprit qu’un signal numérique réel est de nature physique analogique. En raison du bruit et des changements dans les paramètres de la ligne de transmission, il présente des fluctuations d'amplitude, de phase/fréquence (gigue) et de polarisation. Mais ce signal analogique (impulsionnel et discret) est doté des propriétés d'un nombre. De ce fait, il devient possible d’utiliser des méthodes numériques (traitement informatique) pour le traiter.

Les signaux sont des codes d'information que les gens utilisent pour transmettre des messages dans un système d'information. Le signal peut être donné, mais il n’est pas nécessaire de le recevoir. Alors qu'un message ne peut être considéré que comme un signal (ou un ensemble de signaux) qui a été reçu et décodé par le destinataire (signal analogique et numérique).

L'une des premières méthodes de transmission d'informations sans la participation de personnes ou d'autres êtres vivants a été les feux de signalisation. En cas de danger, les feux étaient allumés successivement d'un poste à l'autre. Ensuite, nous examinerons la méthode de transmission d'informations à l'aide de signaux électromagnétiques et nous nous attarderons en détail sur le sujet. signal analogique et numérique.

Tout signal peut être représenté comme une fonction décrivant les changements dans ses caractéristiques. Cette représentation est pratique pour étudier les dispositifs et systèmes d’ingénierie radio. En plus du signal dans l'ingénierie radio, il existe également du bruit, qui est son alternative. Le bruit ne véhicule pas d'informations utiles et déforme le signal en interagissant avec lui.

Le concept lui-même permet de faire abstraction de grandeurs physiques spécifiques lorsqu'on considère des phénomènes liés au codage et au décodage de l'information. Le modèle mathématique du signal en recherche permet de s'appuyer sur les paramètres de la fonction temps.

Types de signaux

Les signaux basés sur l'environnement physique du support d'informations sont divisés en signaux électriques, optiques, acoustiques et électromagnétiques.

Selon la méthode de réglage, le signal peut être régulier ou irrégulier. Un signal régulier est représenté comme une fonction déterministe du temps. Un signal irrégulier en ingénierie radio est représenté par une fonction chaotique du temps et est analysé selon une approche probabiliste.

Les signaux, selon la fonction qui décrit leurs paramètres, peuvent être analogiques ou discrets. Un signal discret quantifié est appelé signal numérique.

Traitement de signal

Les signaux analogiques et numériques sont traités et dirigés pour transmettre et recevoir des informations codées dans le signal. Une fois les informations extraites, elles peuvent être utilisées à diverses fins. Dans des cas particuliers, les informations sont formatées.

Les signaux analogiques sont amplifiés, filtrés, modulés et démodulés. Les données numériques peuvent également faire l'objet d'une compression, d'une détection, etc.

Signal analogique

Nos sens perçoivent toutes les informations qui leur parviennent sous forme analogique. Par exemple, si nous voyons passer une voiture, nous voyons son mouvement en continu. Si notre cerveau pouvait recevoir des informations sur sa position toutes les 10 secondes, les gens se feraient constamment écraser. Mais nous pouvons estimer la distance beaucoup plus rapidement et cette distance est clairement définie à chaque instant.

Absolument la même chose se produit avec d'autres informations, nous pouvons évaluer le volume à tout moment, sentir la pression que nos doigts exercent sur les objets, etc. En d’autres termes, presque toutes les informations pouvant survenir dans la nature sont analogiques. Le moyen le plus simple de transmettre ces informations consiste à utiliser des signaux analogiques, continus et définis à tout moment.

Pour comprendre à quoi ressemble un signal électrique analogique, vous pouvez imaginer un graphique qui montre l'amplitude sur l'axe vertical et le temps sur l'axe horizontal. Si nous mesurons, par exemple, le changement de température, une ligne continue apparaîtra sur le graphique, affichant sa valeur à chaque instant. Pour transmettre un tel signal en utilisant le courant électrique, nous devons comparer la valeur de la température avec la valeur de la tension. Ainsi, par exemple, 35,342 degrés Celsius peuvent être codés comme une tension de 3,5342 V.

Les signaux analogiques étaient utilisés dans tous les types de communications. Pour éviter les interférences, un tel signal doit être amplifié. Plus le niveau de bruit, c'est-à-dire d'interférence, est élevé, plus le signal doit être amplifié pour pouvoir être reçu sans distorsion. Cette méthode de traitement du signal dépense beaucoup d’énergie pour générer de la chaleur. Dans ce cas, le signal amplifié peut lui-même provoquer des interférences sur d’autres canaux de communication.

De nos jours, les signaux analogiques sont encore utilisés à la télévision et à la radio pour convertir le signal d'entrée dans les microphones. Mais en général, ce type de signal est partout remplacé ou remplacé par des signaux numériques.

Signal numérique

Un signal numérique est représenté par une séquence de valeurs numériques. Les signaux les plus couramment utilisés aujourd'hui sont les signaux numériques binaires, car ils sont utilisés dans l'électronique binaire et sont plus faciles à coder.

Contrairement au type de signal précédent, un signal numérique a deux valeurs « 1 » et « 0 ». Si nous nous souvenons de notre exemple avec la mesure de la température, alors le signal sera généré différemment. Si la tension fournie par le signal analogique correspond à la valeur de la température mesurée, alors un certain nombre d'impulsions de tension seront fournies dans le signal numérique pour chaque valeur de température. L'impulsion de tension elle-même sera égale à « 1 » et l'absence de tension sera « 0 ». L'équipement de réception décodera les impulsions et restaurera les données originales.

Après avoir imaginé à quoi ressemblera un signal numérique sur un graphique, nous verrons que le passage de zéro au maximum est brutal. C'est cette fonctionnalité qui permet à l'équipement de réception de « voir » le signal plus clairement. En cas d'interférence, il est plus facile pour le récepteur de décoder le signal qu'avec une transmission analogique.

Cependant, il est impossible de restituer un signal numérique avec un niveau de bruit très élevé, alors qu'il est toujours possible d'« extraire » des informations d'un type analogique avec une distorsion importante. Cela est dû à l’effet falaise. L'essence de l'effet est que les signaux numériques peuvent être transmis sur certaines distances, puis simplement s'arrêter. Cet effet se produit partout et est résolu par une simple régénération du signal. Là où le signal est interrompu, vous devez insérer un répéteur ou réduire la longueur de la ligne de communication. Le répéteur n'amplifie pas le signal, mais reconnaît sa forme originale et en produit une copie exacte et peut être utilisé de n'importe quelle manière dans le circuit. De telles méthodes de répétition de signaux sont activement utilisées dans les technologies de réseau.

Entre autres choses, les signaux analogiques et numériques diffèrent également par leur capacité à coder et à chiffrer les informations. C’est l’une des raisons de la transition des communications mobiles vers le numérique.

Signal analogique et numérique et conversion numérique-analogique

Nous devons parler un peu plus de la manière dont les informations analogiques sont transmises sur les canaux de communication numériques. Utilisons à nouveau des exemples. Comme déjà mentionné, le son est un signal analogique.

Que se passe-t-il dans les téléphones mobiles qui transmettent des informations via des canaux numériques

Le son entrant dans le microphone subit une conversion analogique-numérique (ADC). Ce processus comprend 3 étapes. Les valeurs des signaux individuels sont prises à intervalles de temps égaux, un processus appelé échantillonnage. Selon le théorème de Kotelnikov sur la capacité du canal, la fréquence de prise de ces valeurs devrait être deux fois plus élevée que la fréquence du signal la plus élevée. Autrement dit, si notre canal a une limite de fréquence de 4 kHz, la fréquence d'échantillonnage sera de 8 kHz. Ensuite, toutes les valeurs de signal sélectionnées sont arrondies ou, en d'autres termes, quantifiées. Plus il y a de niveaux créés, plus la précision du signal reconstruit au niveau du récepteur est élevée. Toutes les valeurs sont ensuite converties en code binaire, qui est transmis à la station de base puis parvient à l'autre partie, qui est le récepteur. Une procédure de conversion numérique-analogique (DAC) a lieu dans le téléphone du destinataire. Il s'agit d'une procédure inverse dont le but est d'obtenir en sortie un signal le plus identique possible à celui d'origine. Ensuite, le signal analogique sort sous forme de son provenant du haut-parleur du téléphone.

Un signal analogique est fonction d'un argument continu (le temps). Si le graphique est périodiquement interrompu, comme cela se produit par exemple dans une séquence d'impulsions, nous parlons déjà d'une certaine discrétion de la rafale.

Histoire du terme

Ingénierie informatique

Si vous regardez attentivement, il n'est écrit nulle part où la définition est venue au monde - analogique. En Occident, le terme est utilisé depuis les années quarante par les professionnels de l'informatique. C’est durant la Seconde Guerre mondiale qu’apparaissent les premiers systèmes informatiques, dits numériques. Et pour se différencier, il a fallu inventer de nouvelles épithètes.

Le concept de l'analogique n'est entré dans le monde de l'électroménager qu'au début des années 80, lorsque les premiers processeurs Intel sont sortis et que le monde jouait avec des jouets sur le spectre ZX. Aujourd'hui, vous pouvez vous procurer un émulateur pour les appareils sur Internet. Le gameplay a nécessité une persévérance, une dextérité et une excellente réaction extraordinaires. Avec les enfants, les adultes ont également collecté des cartons et battu les extraterrestres ennemis. Les jeux modernes sont bien inférieurs aux jeux précoces qui ont captivé l'esprit des joueurs pendant un certain temps.

Prise de son et téléphonie

Au début des années 80, la musique pop à traitement électronique a commencé à apparaître. Le télégraphe musical fut présenté au public en 1876, mais ne fut pas reconnu. La musique populaire séduit le public au sens le plus large du terme. Le télégraphe était capable de produire une seule note et de la transmettre à distance, où elle était reproduite par un haut-parleur spécialement conçu. Et bien que les Beatles aient utilisé un orgue électronique pour créer Sergeant Pepper, le synthétiseur a été utilisé à la fin des années 70. L’instrument est devenu vraiment populaire et numérique dès le milieu des années 80 : rappelez-vous Modern Talking. Auparavant, des synthétiseurs analogiques étaient utilisés, à commencer par Novachord en 1939.

Ainsi, le citoyen moyen n’avait pas besoin de faire la distinction entre les technologies analogiques et numériques jusqu’à ce que ces dernières soient fermement ancrées dans la vie quotidienne. Le mot analogique est dans le domaine public depuis le début des années 80. Quant à l'origine du terme, on pense traditionnellement que l'indicateur a été emprunté à la téléphonie et a ensuite migré vers l'enregistrement sonore. Les vibrations analogiques sont directement transmises au haut-parleur et la voix est immédiatement entendue. Le signal est similaire à la parole humaine et devient un analogue électrique.

Si vous appliquez un signal numérique au haut-parleur, une cacophonie indescriptible de notes de tons différents se fera entendre. Ce « discours » est familier à quiconque a chargé des programmes et des jeux depuis une bande magnétique dans la mémoire d’un ordinateur. Cela n’a pas l’air humain, parce que c’est numérique. Quant au signal discret, dans les systèmes les plus simples, il est envoyé directement au haut-parleur, qui sert d'intégrateur. Le succès ou l'échec d'une entreprise dépend entièrement de paramètres correctement sélectionnés.

Au même moment, le terme apparaît dans l’enregistrement sonore, où la musique et la voix passent directement du microphone à la bande. L'enregistrement magnétique est devenu un analogue des vrais artistes. Les disques vinyles sont comme les musiciens et sont toujours considérés comme le meilleur support pour toute composition. Bien qu'ils présentent une durée de vie limitée. Les CD contiennent désormais souvent de l'audio numérique décodé par un décodeur. Selon Wikipédia, la nouvelle ère a commencé en 1975 (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Mesures électriques

Dans un signal analogique, il existe une proportionnalité entre la tension ou le courant et la réponse sur l'appareil de lecture. Le terme sera alors considéré comme venant du grec analogos. Que signifie proportionnel ? Cependant, la comparaison est similaire à celle ci-dessus : le signal est similaire à une voix reproduite par des haut-parleurs.

De plus, en technologie, un autre terme est utilisé pour désigner les signaux analogiques : continu. Ce qui correspond à la définition donnée ci-dessus.

informations générales

Énergie du signal

Comme il ressort de la définition, un signal analogique a une énergie infinie et n'est pas limité dans le temps. Par conséquent, ses paramètres sont moyennés. Par exemple, 220 V présents dans les prises sont appelés valeur efficace pour la raison spécifiée. Par conséquent, des valeurs efficaces (moyennes sur un certain intervalle) sont utilisées. Il est déjà clair que la prise contient un signal analogique d'une fréquence de 50 Hz.

En matière de discrétion, des valeurs finies sont utilisées. Par exemple, lors de l'achat d'un pistolet paralysant, vous devez vous assurer que l'énergie d'impact ne dépasse pas une valeur particulière mesurée en joules. Sinon, il y aura des problèmes d'utilisation ou d'inspection. Depuis, à partir d'une valeur énergétique spécifique, le pistolet paralysant n'est utilisé que par les forces spéciales, avec une limite supérieure établie. Tout le reste est en principe illégal et peut entraîner la mort en cas d'utilisation.

L'énergie de l'impulsion est obtenue en multipliant le courant et la tension par la durée. Et cela montre la finitude du paramètre pour les signaux discrets. Les séquences numériques se retrouvent également dans la technologie. Un signal numérique diffère d'un signal discret par des paramètres strictement spécifiés :

1. Durée.
2. Amplitude.
3. La présence de deux états spécifiés : 0 et 1.
4. Les bits machine 0 et 1 sont ajoutés dans des mots préalablement convenus et compréhensibles par les participants (langage assembleur).

Conversion mutuelle du signal

Une définition supplémentaire d'un signal analogique est son caractère aléatoire apparent, l'absence de règles visibles ou sa similitude avec certains processus naturels. Par exemple, une onde sinusoïdale peut décrire la rotation de la Terre autour du Soleil. Il s'agit d'un signal analogique. Dans la théorie des circuits et des signaux, une sinusoïde est représentée par un vecteur d'amplitude rotatif. Et la phase du courant et de la tension est différente - ce sont deux vecteurs différents qui donnent lieu à des processus réactifs. Ce qui est observé dans les inductances et les condensateurs.

De la définition, il s'ensuit qu'un signal analogique est facilement converti en un signal discret. Toute alimentation à découpage coupe la tension d'entrée de la prise en faisceaux. Par conséquent, il consiste à convertir un signal analogique d’une fréquence de 50 Hz en rafales ultrasonores discrètes. En faisant varier les paramètres de coupe, l'alimentation ajuste les valeurs de sortie aux exigences de la charge électrique.

À l’intérieur d’un récepteur d’ondes radio doté d’un détecteur d’amplitude, le processus inverse se produit. Une fois le signal redressé, des impulsions de différentes amplitudes sont formées sur les diodes. L'information est contenue dans l'enveloppe d'un tel signal, la ligne reliant les sommets de la parcelle. Le filtre convertit les impulsions discrètes en valeurs analogiques. Le principe est basé sur l'intégration de l'énergie : pendant la période de présence de tension, la charge du condensateur augmente, puis, dans l'intervalle entre les pics, le courant se forme en raison de l'apport d'électrons préalablement accumulé. L'onde résultante est transmise à un amplificateur de basse, puis à des haut-parleurs, où le résultat est entendu par d'autres.

Le signal numérique est codé différemment. Là, l'amplitude de l'impulsion est contenue dans le mot machine. Il se compose de uns et de zéros, un décodage est nécessaire. L'opération est réalisée par des appareils électroniques : adaptateur graphique, produits logiciels. Tout le monde a téléchargé les codecs K-Lite sur Internet, c'est le cas. Le pilote est responsable du décodage du signal numérique et de sa conversion pour sa sortie vers les haut-parleurs et l'affichage.

Il n’est pas nécessaire de semer la confusion lorsqu’un adaptateur est appelé accélérateur 3D et vice versa. Le premier convertit uniquement le signal fourni. Par exemple, il y a toujours un adaptateur derrière l'entrée numérique DVI. Il s'agit uniquement de la conversion des nombres de uns et de zéros pour les afficher sur la matrice de l'écran. Récupère des informations sur la luminosité et les valeurs des pixels RVB. Quant à l'accélérateur 3D, l'appareil peut (mais ce n'est pas obligatoire) contenir un adaptateur, mais la tâche principale consiste en des calculs complexes pour la construction d'images tridimensionnelles. Cette technique permet de soulager le processeur central et d'accélérer le fonctionnement de votre ordinateur personnel.

Le signal analogique-numérique est converti en ADC. Cela se produit dans le logiciel ou à l'intérieur de la puce. Certains systèmes combinent les deux méthodes. La procédure commence par le prélèvement d’échantillons qui correspondent à une zone donnée. Chacun, une fois transformé, devient un mot machine contenant le chiffre calculé. Ensuite, les relevés sont conditionnés en colis, permettant de les envoyer aux autres abonnés du système complexe.

Les règles d'échantillonnage sont normalisées par le théorème de Kotelnikov, qui montre la fréquence maximale d'échantillonnage. Le plus souvent, il est interdit de faire un compte à rebours, car des informations sont perdues. En termes simples, un dépassement de six fois de la fréquence d'échantillonnage au-dessus de la limite supérieure du spectre du signal est considéré comme suffisant. Un approvisionnement plus important est considéré comme un avantage supplémentaire, garantissant une bonne qualité. Tout le monde a vu des indications sur le taux d’échantillonnage des enregistrements audio. Généralement, le réglage est supérieur à 44 kHz. La raison en est les particularités de l'audition humaine : la limite supérieure du spectre est de 10 kHz. Par conséquent, une fréquence d'échantillonnage de 44 kHz est suffisante pour une transmission sonore médiocre.

Différence entre signal discret et numérique

Enfin, une personne perçoit généralement des informations analogiques provenant du monde extérieur. Si l’œil voit une lumière clignotante, la vision périphérique captera le paysage environnant. Par conséquent, l’effet final ne semble pas discret. Bien sûr, il est possible d’essayer de créer une perception différente, mais cela est difficile et s’avérera entièrement artificiel. C'est la base de l'utilisation du code Morse, composé de points et de tirets facilement reconnaissables au bruit de fond. Les coups discrets d'une touche télégraphique sont difficiles à confondre avec des signaux naturels, même en présence d'un bruit fort.

De même, des lignes numériques ont été introduites dans la technologie pour éliminer les interférences. Tout amateur de vidéo essaie d'obtenir une copie codée du film en résolution maximale. Les informations numériques peuvent être transmises sur de longues distances sans la moindre distorsion. Les règles connues des deux côtés pour la formation de mots convenus à l'avance deviennent des assistants. Parfois, des informations redondantes sont intégrées dans un signal numérique, permettant ainsi de corriger ou de détecter des erreurs. Cela élimine les idées fausses.

Signaux d'impulsion

Pour être plus précis, des signaux discrets sont donnés par des lectures à certains moments. Il est clair qu’une telle séquence ne se forme pas dans la réalité du fait que la montée et la descente ont une durée finie. L'impulsion n'est pas transmise instantanément. Le spectre de la séquence n’est donc pas considéré comme discret. Cela signifie que le signal ne peut pas être appelé ainsi. En pratique, il existe deux classes :

1. Signaux d'impulsions analogiques - dont le spectre est déterminé par la transformée de Fourier, donc continu, au moins dans certaines zones. Le résultat de l’action de la tension ou du courant sur un circuit est trouvé par l’opération de convolution.
2. Les signaux d'impulsions discrètes présentent également un spectre discret ; les opérations avec eux sont effectuées via des transformées de Fourier discrètes. Par conséquent, la convolution discrète est également utilisée.

Ces précisions sont importantes pour les lettrés qui ont lu que les signaux d'impulsion peuvent être analogiques. Les discrets portent le nom des caractéristiques du spectre. Le terme analogique est utilisé pour différencier. L'épithète continue est applicable, comme déjà mentionné ci-dessus, et en relation avec les caractéristiques du spectre.

Précision : seul le spectre d'une séquence infinie d'impulsions est considéré comme strictement discret. Pour un pack, les composantes harmoniques sont toujours floues. Un tel spectre ressemble à une séquence d'impulsions modulées en amplitude.