Analoogsignaal

Analoogsignaal on pidev signaal ehk signaal, millel on lõpmatu arv olekuid ning mis on igal hetkel määratud (s.t mida saab igal ajamomendil mõõta). Kuna enamik looduslikke ja tehislikke protsesse on pidevatoimelised, siis kajastavad analoogsignaalid neid vägagi adekvaatselt. Kõige laiemalt kasutatakse elektrilisi analoogsignaale, kuid kasutamist leiavad ka pneumaatilised, optilised jt. signaalid.
Elektrilise analoogsignaali kasutamisel on andmed protsessi või objekti mingi parameetri kohta esitatavad kas otseselt elektripinge, voolutugevuse või kogulaengu väärtuste (või nende muutuste) kujul, või siis kaudselt amplituudi, sageduse, faasi või mõne muu elektrisignaalile iseloomuliku parameetri (näiteks impulsi pikkus) vahendusel.
Andmed (mõnel juhul käsitletavad ka kui informatsioon) mingi füüsikalise suuruse kohta (heli, temperatuur, rõhk, asend, valgus) muundatakse elektrisignaaliks, kasutades selle suuruse andurit ehk muundurit, mis otsese toimega seadmete puhul muundab energiat ühest liigist teise (näiteks mikrofon, termopaar, piesoandur), või toimib mingil muul printsiibil (takistusandur, asendiandur, kiirendusandur jt.)
Eelised.
Analoogsignaali peamine eelis on selle mingi parameetri otsene (analoogne) vastavus sellele füüsikalisele parameetrile (infole), mida ta esindab (kannab). Analoogsignaalide lahutusvõimet (resolutsiooni) peetakse potentsiaalselt lõpmatult suureks. Seetõttu on analoogsignaalid oma olemuse poolest suurema (info)tihedusega, kui digitaalsignaalid.
Teiseks analoogsignaalide kasutamise eeliseks on see, et nende töötlemiseks saab kasutada suhteliselt lihtsaid signaalitöötluse vahendeid. Näiteks saab signaalide amplituudi muuta võimendamise teel ja sagedusala saab mürade nõrgestamiseks piirata suhteliselt lihtsate madalpääsfiltritega.
Kuna helisalvestuse tegemisel kasutatakse samu mikrofone ja taasesitamisel samu elektroakustilisi seadmeid, siis tavakuulaja jaoks pole kõrgekvaliteediline analoogsalvestus ja digitaalsalvestus (või vastavad signaaliedastused) eristatavad. Kõrge helikvaliteedi puhul osutub analoogsalvestus tihti mingis mõttes paremaks ja on seetõttu paljude asjatundjate poolt eelistatum. See paremus ei pruugi muidugi ilmneda igapäevases kasutuses (helitaustana kuulamisel), küll aga originaalhelide tasemel taasesitamisel (sellisel helitugevuse tasemel, nagu see on/oli kontserdil või stuudios). Eriti märgatav on analoogsignaalina edastatava heli paremus võrreldes kompresseeritud digitaalset helisalvestust ja heliedastust kasutavate lahendustega (mp3, digitaal-/Interneti-raadio, digi-TV, digi-filmid/-kino), seda eriti kõrvahakkavalt, näiteks, FM-raadio ja Interneti-raadio võrdleval kuulamisel.
Videosignaali puhul on analoogsignaali kasutamisel eeliseks suur liigsus, mis tuleneb pildikaadrite paljukordses skaneerimises (tavaliselt 25 kaadrit sekundis). Selle tõttu on hea pildi kvaliteedi korral nõutav lai sagedusriba (4...8 MHz vastavalt 500...800-realise pildi puhul). Heledus- ja värvussignaali osas vastab analoogsignaalil põhinev TV ja videosalvestus 6...8-bitisele digitaalesitusele.
Kuvarite osas on analoogliides kasutatav kuni HD-kvaliteedini ilma mingite nähtavate erinevusteta pildi kvaliteedi osas võrreldes digitaalse versiooniga, seda küll teatavate piirangutega kaadrisageduse osas videos tavalisele 25 või 30 Hz tasemele. Värvussignaali osas vastab 1 V analoogsignaal 1 mV eraldusvõime korral 10-bitisele digitaalsignaalile, mis 2...4 biti võrra ületab digitaalsignaalis tavalist 6...8-bitist värvussignaali esitust. Eriti oluline on see professionaalsete kasutuste korral (kunstiliste ja disainiga seotud tööde teostamine, jms.).
Puudused.
Analoogsignaalide kasutamisel on küllalt suureks probleemiks müra ja muud aditiivsed häired ehk juhuslikud või ka deterministlikud signaalid (elektrivõrgust lähtuvad häired), mis liituvad kasulikule signaalile selle edastamisel, vastuvõtmisel, salvestamisel, kopeerimisel ja töötlemisel.
Mida kaugemale signaali edastatakse, seda nõrgemaks muutub kasulik signaal selle vastuvõtja jaoks, samal ajal kui vastuvõtul lisanduvad mürad üldjuhul oluliselt ei muutu (näiteks raadiovastuvõtja omamüra). Mida rohkem on kasulikule signaalile liitunud müra, seda suurem on signaali järgi algse informatsiooni taastamise viga. Mõõtesüsteemides tähendab see lugemi võtmisel teatavat ebatäpsust ehk mõõtemääramatust (antud juhul liituvat ehk aditiivset viga).
Helisignaali puhul tähendab mürataseme tõus reeglina taustakahina (sahina) tugevnemist. Kasulik helisignaal ise jääb selle juures peaaegu muutumatuks. Kuna reeglina on müratase algses helisignaalis üsna madal (näiteks võiks rääkida suurusjärgust 1/1000 ehk -60 dB kasulikust signaalist), siis kopeerimise korral see mürataseme mõningane tõus erilist probleemi ei tekita (müratase kasvab 3 dB võrra). Küll aga tekib müraga probleeme helisignaali paljukordsel retransleerimisel, mida kasutati traat- ja raadiosides side loomiseks kauge maa taha), kus transleerimise lõigul liituv müra moodustab signaalist palju suurema osa (näiteks 1/20 ehk –26 dB).
Videosignaali puhul on analoogkujul pildi edastamise ja salvestamise puhul probleemiks suur liigsus videosignaalis. Pildi järgnevad kaadrid erinevad üksteisest väga vähe, kuid pideval pildi skaneerimisel ja edastamisel põhinev videosüsteem ei võimalda sellest liigsusest vabaneda. Samal ajal on analoogkujul toimuv pildiedastus selle tõttu ka kindlam (vaadake eespool eeliste osa), sest ka väga halbades müratingimustes on pildist võimalik midagi välja lugeda (aga digitaalpilt kaob rasketes vastuvõtu oludes hoopis). Analoogedastusega pildis kajastub müra ainult originaalis sellel mitte olnud juhusliku iseloomuga elementide ilmumise kujul (pildil ilmneb nn lumesajuefekt). Selleks peab aga müra tase olema nii kõrge, et saavutab võrreldava taseme pildi heledus- või värvussignaaliga. Märkusena olgu siinkohal öeldud, et sageli videopildi analoogedastuse puuduseks loetav pildi sünkroonimise probleem pole mitte analoogsignaali puudus, vaid vastuvõtuseadmes kasutatud kaadri- ja reasünkronisatsioonisüsteemide (tavaliselt faasilukusüsteemid) puudus. Sama probleemi esinemisel digitaalsignaali puhul ei toimuks enam mitte mingit pildiedastust.
Kopeerimise korral lisandub kasulikule signaalile müra iga uue koopia tegemisel. Juhuslike ja sõltumatute mürade korral liitub müra ruutjuure seaduspärasuse järgi, nii et müra tase kahekordistub neljandal kopeerimisel. Otse originaali pealt kopeerimisel langeb müraprobleem praktiliselt ära. Sama reegel kehtib ka signaali mittelineaarmoonutuste kohta. Sagedusmoonutused kasvavad aga igal kopeerimisel, mistõttu neid püütakse kompenseerida, nagu ka salvestiste vananemisest tingitud sagedusmoonutusi magnetsalvestiste puhul.
Modulatsioon.
Modulatsiooni kasutatakse signaali edastamiseks mingis teises etteantud või piiratud sagedusvahemikus (näiteks heli ülekandeks raadiosageduste alas).
Analoogsignaali kandesignaali levinumad moduleerimise tehnikad on amplituudmodulatsioon (AM), mille korral muudetakse kandelaine (sinusoidi) amplituudi, ja sagedusmodulatsioon (FM), mille korral muudetakse kandelaine sagedust. Väga laialdaselt kasutatakse tänapäeval aga faasmodulatsiooni (PM).