アナログとデジタル

アナログとデジタルについて説明します。

 

 例として、Aさんがマイクで話した声を、離れたところにいるTくんに送って、スピーカーから音を出すという仕組みを考えます。

 

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 Aさんが話した声は、空気の振動としてマイクに入ります。マイクでは、空気の振動の強弱を電圧の強弱に変換します。この電圧の強弱(電気信号)は伝送路(電線)を伝わってTくんのところに届きます。Tくん側では、受け取った電圧の強弱に合わせてスピーカーの振動板を振動させるとAさんの声をTくんが聞くことができます。

 

 ところが、送った電気信号は伝送路を通っていく途中でノイズ(雑音)の影響を受けて少し歪んでしまいます。歪んでしまった電気信号は元に戻せないので、スピーカから出る音には雑音が混ざってしまいます。 

 

 このような方式をアナログといいますが、デジタルは少し違います。

 

 マイクで声(電気信号)を電圧の強弱に変換した後、アナログ/デジタル変換器(A/D(エーディー)変換)で0か1の数値に変換して伝送路(電線)に乗せます。その後、受け取った側では0か1の信号をデジタル/アナログ変換(D/A(ディーエー)変換)して元の電気信号に戻します。

 

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 もちろん、0か1の信号に変換するといっても0か1の文字が電気回路の中を伝わっていくわけではないので実際は次の絵のようになります。 

 

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 A/D変換した後、「0は0V」「1は5V」の電気信号になります。これを伝送路(電線)にのせてTくんのところに届けます。受け取った電気信号は絵のようにノイズが乗っていますが、「2Vより大きければ5V」「2Vより小さければ0V」というように判断して受け取った側と同じきれいな電気信号に戻すことができます。

 

 これがデジタルの強みで、アナログは一度歪んでしまうと本来の電気信号とノイズが混ざってしまいノイズを取り除くことができないのに対して、デジタルは伝送路で歪んでも元のきれいな信号に戻すことができるのです。

 

 もちろん、デジタル信号も結局は「0V」「5V」といったアナログ信号で送っているので、ノイズが大きい場合は元に戻せないこともあります。

 

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 ただし、デジタルの場合は一度誤ってしまった信号も訂正することができます。たとえば、下の絵のように送りたい信号が左側の7個の場合、おまけの一つを追加して全部で8個とします。おまけに追加する8個目の信号は8個全部足すと偶数(2で割り切れる数)になるようにします。たとえば、左側7個を全部足すと4だったらおまけの8個目は0、3だったら1という具合です。

 

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 こうしておくと、受け取った側で全部足して奇数(2で割り切れない数)だったらどこかあやまっていることがわかります。これを「誤り検出」といいます。これではどこが誤っているかわからないので誤りを直すことはできませんが、「誤りがあるみたいだからもう一度送り直して!」とお願いすることはできます。

 あやまりを直すのはもう少し複雑な仕組みが必要で、これを「誤り訂正」といいます。

 

 誤り訂正技術は、CD(コンパクトディスク)や地上波デジタルテレビ放送、深宇宙探査機との通信など世の中のいろいろな所に使われている重要な技術です。