Аналоговый и цифровой мир

В истории человечества можно насчитать единицы действительно гениальных, революционных изобретений. Одним из таких является изобретение Томаса Эдисона.

Нет, это не лампочка, как подумают многие. Меня удивляет, почему имя Томаса Эдисона ассоциируют именно с лампой накаливания, тогда как действительно гениальным его изобретением является фонограф. Эдисон - первый в мире человек, придумавший устройство для ЗАПИСИ ЗВУКА! Уже потом его устройство стали совершенствовать, дорабатывать. Так появились граммофоны, магнитофоны, аудиодиски, магнитные носители. Научились записывать не только звук, но и видео и любую другую информацию. Но началось все именно с записи голоса. 

Принцип работы фонографа удивительно прост и непостижим. Звук вызывает колебание мембраны (плоской поверхности), и это колебание передается на тонкую иглу, которая вырезает на вращающемся валике дорожку. Чем сильнее колебание мембраны, тем глубже оставляет след игла. Так происходит запись звука.

Для воспроизведения реализуется обратный процесс. Игла движется по вырезанной дорожке и передает колебания на мембрану. Усилив с помощью воронкообразной формы звук, мы слышим те самые звуки и голоса, которые произносились при записи.

Такой способ сохранения и воспроизведения информации называется аналоговым. Он не требует каких-либо вычислений. Достаточно реализовать процесс записи и воспроизведения. В первом случае движение преобразуется в материальный след, а во втором - материальная запись преобразвуется в колебание (движение), которое воспринимается нами непосредственно.

При этом большое значение имеет скорость вращения диска. Если при воспроизведении скорость будет больше, чем при записи, мы услышим смешной мультяшный голос. А если скорость будет меньше, чем при записи, то голос будет слышаться растянутым и более низким.

Изобретение кино (видео) стало возможно благодаря использованию принципа фотографии. Только в этом случае записывался не один кадр, а множество последовательных кадров на ленту, которую затем можно было проявить и проецировать на экран. При скорости воспроизведения 24 кадра в секунду мы воспринимаем последовательность изображений как непрерывное движение. Таким было первое немое кино.

Дальнейшим шагом стало изобретение аналогового телевидения, т.е. трансляции видеопотока в прямом эфире (без предварительной записи и воспроизведения). Это стало возможно только благодаря другому гениальнейшему изобретению, о котором очень редко вспоминают - диска Нипкова. Его изобрел немецкий техник Пауль Нипков. Без этого простого и гениального устройства было бы невозможно появление аналогового телевидения.

Диск Нипкова представляет собой диск из непрозрачного материала, на котором вырезаны одинаковые отверстия на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, но по спирали от центра (см.

рисунок).

При вращении этого диска свет проникает через отверстие и преобразуется на небольшом участке в почти горизонтальную строку. Т.е. изображение как бы сканируется построчно, сверху вниз. И их периодическая смена создает эффект движения. За счет того, что движение отверстия круговое, наблюдается геометрическая деформация изображения. Эту проблему решали с помощью увеличения диаметра диска.

Горизонтальное разрешение при этом получается очень высокое, а вертикальное зависит от количества отверстий на диске. В механическом телевидении использовались диски с диаметром 30-50 см. с 30-50 отверстиями.

По сути, аналоговым (непрерывным, естественным) может быть только передача звука. Передача видео невозможно без разбиения его на отдельные кадры или строки (кусочки) кадров. Передача видео - это преобразование радиального движения в линейное, т.е. превращение диаметра круга в последовательность отрезков. Приемник (телевизор), получая эти сигналы, преобразует их с помощью электронно-лучевой трубки в волновое излучение, которое формирует изображение на экране. Поэтому видео - это всегда в той или иной степени цифровые данные.

Что такое цифровая информация? Это разбиение непрерывной волновой функции на отдельные дискретные сигналы и их обработка. Её качество зависит от разрешения, т.е. количества точек, которые может обрабатывать цифровое устройство. Чем больше точек, больше память и скорость обработки, тем лучше качество цифрового сигнала.

И опять мы вернулись к понятию скорости. И это то самое универсальное понятие в природе, которое объединяет цифровой (квантовый) и аналоговый мир. И суть её состоит в том, что у каждого природного объекта и явления есть свои пределы скорости, которые он способен воспринимать и воспроизводить. Превышение этих пределов не добавляет нового понимания до тех пор, пока у организма не выработается новая способность, новый орган или функция нервной системы, которая позволит воспринимать эти потоки как последовательность осмысленных информационных сигналов.

Например, обоняние позволяет нам анализировать информацию о химическом составе воздуха. Мы не знаем точно, как работает этот механизм, но мы прекрасно отличаем приятный запах от зловонного. И эта способность выработалась в процессе эволюции и теперь дана нам от рождения. Мы можем создать химический анализатор воздуха, но принцип его действия не будет отличаться от того, что уже создано природой. Все искусственные изобретения людей основаны на природных принципах, которые созданы самим Творцом.