0と1の離散的な値(パルス)で情報を表す信号
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(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(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。