FE EXAM

デジタル信号(パルス)

0と1の離散的な値(パルス)で情報を表す信号

INTERACTIVE VISUALIZATION
デジタル
アナログ(対比)
送るビット列
10110010
ビット数
8 bit
ビット列(クリックで反転)
プリセット
デジタル信号(0/1の矩形波)
1010110010
アナログ信号(対比 / 連続波)

上のビットをクリックして 0/1 を切り替えると矩形波が変わります。上段のデジタルは 2段階だけの階段状、下段のアナログは 無限の段階を持つなめらかな波。この違いが両者の本質です。

解説

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デジタル信号とは

010101

デジタル信号とは、0 と 1 の2つの値(パルス)だけで情報を表す信号のことです。電圧が「低い=0」「高い=1」のように、決まった段階の値しか取りません。波形は階段状(矩形波)になります。

身近な例で言うと、部屋の照明スイッチです。スイッチは「ON(点灯=1)」か「OFF(消灯=0)」のどちらかで、その中間の「半分点灯」はありません。コンピュータの中身もこれと同じで、すべての情報を 0 と 1 のパルスの並びで表しています。

上のツールで ビットをクリックして 0/1 を切り替えると、矩形波が階段状に変化します。下段のアナログ波と並べて見ると、デジタルが「とびとびの段階だけ」であることがよく分かります。

🔢
離散値の意味

01中間の値は存在しない=離散(とびとび)

離散(りさん)とは「とびとびで、間に値がない」という意味です。デジタル信号は離散値しか取らないので、0 と 1 のあいだの 0.5 や 0.7 は存在しません。これがアナログ(連続)との決定的な違いです。

離散値で情報を表すと、次のような利点があります。
正確にコピーできる:0 か 1 かなので、何度複製しても劣化しない
計算・処理しやすい:コンピュータは 0/1 の論理演算が得意
圧縮・暗号化できる:数値として扱えるので加工が自由

身近な例で言うと、階段が離散、スロープ(坂)が連続です。階段は「1段目・2段目」とはっきり区切られ、1.5段目には立てません。デジタルはこの「段」だけで世界を表す仕組みです。

🛡️
雑音耐性の利点

雑音が乗ってもしきい値で0/1に復元← 判定しきい値(これより上は1、下は0)

雑音(ノイズ)とは、信号に乗ってしまう余計な乱れのことです。デジタル信号の最大の利点は、この雑音に強い(雑音耐性が高い)ことです。多少波形が乱れても、「ある電圧より上なら 1、下なら 0」と判定し直せば元のビットを正確に取り戻せます。

一方アナログ信号は、乗ってしまった雑音を信号本体と区別できません。コピーや遠距離伝送のたびに少しずつ雑音が積み重なり、劣化していきます。カセットテープを何度もダビングすると音がこもっていくのがその例です。

身近な例で言うと、FAXのコピーを繰り返すと文字がにじんでいく(アナログ的)のに対し、PDFをコピーしても何度でも完全に同じ(デジタル的)、という違いです。「デジタルは雑音に強く劣化しにくい」というのがデジタル信号の大きな特長です。

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