Fachbeitrag «Analog versus Digital»

Der Coputer versteht nur Digital

Analog- versus Digitalanzeige

  • Ein Vorteil der analogen Anzeige besteht darin, dass innerhalb des Anzeigebereichs viele beliebige Werte kontinuierlich angezeigt werden können.
  • Ein Nachteil der analogen Anzeige ist aber, dass Werte je nach Sicht auf die Zeigernadel, ungenau abgelesen werden. (Ablesefehler)
  • Für eine digitale Anzeige spricht, dass keine Ablesefehler gemacht werden können.
  • Allerdings werden bei der digitalen Anzeige die Werte nicht kontinuierlich, sondern zeitdiskret angezeigt. Je nach Samplingrate kann da ein kurzer Ausschlag übersehen werden. Ausserdem können bei obiger digitaler Anzeige nur Werte von 00.0 bis 99.9, also 1000 verschiedene Werte, angezeigt werden.

Analog-Digitalwandlung

Soll eine analoge Grösse wie z.B. ein Spannungswert von einem Rechner bearbeitet werden, muss dieser zuerst in seine digitale Form umgewandelt werden.

Ein digitale Signal kann aus einem Analogsignal, welches den zeitlich kontinuierlichen Verlauf einer physikalischen Grösse beschreibt, durch die Quantisierung und eine Abtastung/Sampling, welche zu definierten Zeitpunkten erfolgt, gebildet werden. Die digitalen Werte sind üblicherweise als Binärzahlen/Dualcode kodiert, so dass ihre Quantisierung in Bits angegeben wird. Analog-Digitalwandlung eines Audiosignals:

Die Digitalisierung eines analogen Signals hat immer zur Folge, dass das originale analoge Signal nicht mehr verlustlos rekonstruiert werden kann. Je nach Abtastrate und Auflösung kann man aber das digitale Signal in ein qualitativ befriedigendes analoges Signal zurückverwandeln. Der von der Digitalisierung herführende Treppeneffekt bzw. die dadurch entstehenden Oberwellen beim zurückverwandelten Analogsignal können mit entsprechenden analogen Filtern unterdrückt werden.

Beispiel MusicCD:

Bei der MusicCD wird das analoge Signal mit einer Samplingrate von 44.1kHz bei einer Auflösung von 16 Bit (65'536 verschiedene Analogwerte) abgetastet.

Abtasttheorem

Das Abtasttheorem besagt, dass ein Signal exakt rekonstruiert werden kann, wenn es mit mindestens der doppelten oberen Grenzfrequenz des analogen Signals abgetastet wurde. Bei der MusicCD mit Audio im hörbaren Bereich von 20Hz bis 20kHz bedeutet dies eine Abtastfrequenz von mindestens 40kHz.