Was ist Analog?

Ist ein Signal nicht digital, muss es logischerweise analoger Natur sein. Aber was genau steckt hinter diesem Begriff, der auch außerhalb von technischen Abläufen durchaus gebräuchlich ist?

Die Herleitung aus dem Griechischen fördert gleich mehrere Eigenschaft zu Tage, die ebenfalls auch auf unsere analogen Audiosignale zutreffen:

• „Analog“ im allgemeinen Sprachgebrauch: ähnlich, gleichartig, entsprechend
• „Analog“ im wissenschaftlichen Sinn: stufenlos, kontinuierlich.

Ähnlichkeiten von Signalen

Um die stets gleichartige, beziehungsweise ähnliche Erscheinungsform zu zeigen, denken wir uns eine alltägliche Signalkette: Eine Schallquelle wird über ein Mikrofon auf Tonband aufgezeichnet und zur Kontrolle direkt „Tape-Return“ auf einem Lautsprecher abgehört.

Schall

Unsere Schallquelle erzeugt Audiosignale in Form von Druck- und Dichteschwankungen, die sich in Wellenform durch die Luft ausbreiten. Diese Schwankungen lassen sich natürlich messen, ein Manometer zeigt bei einem reinen Sinus in etwa folgende Grafik.

Mikrofon

Unser Mikrofon ist geschickterweise ein Druckgradientenempfänger, dessen Membran vom Luftdruck bewegt wird und dabei über Induktion Strom erzeugt. Sowohl die erfolgte Auslenkung als auch der Strom lässt sich aufzeichnen und beispielsweise mit einem Oszilloskop darstellen.

Tonband

Um Audiosignale auf Tape zu bannen, wandeln wir die Spannung in ein magnetisches Wechselfeld und richten damit die Magnetpartikel auf der Kassette aus. Auch dieses Feld lässt sich messen und die resultierende Grafik kommt uns irgendwie bekannt vor.

Lautsprecher

Zeit das Signal wieder hörbar zu machen. Aus einem Magnetfluss entsteht Strom, der wiederum zu einem Magnetfeld wird und damit den Lautsprecher antreibt. Dieser bewegt einen Membran und zeichnet man diese Schwingung auf, kommt ebenfalls der Sinus zum Vorschein.

Ob als geladene Magnetpartikel, Druckschwankungen in der Luft oder elektrischer Strom, unabhängig des physikalischen Zustands behalten analoge Signale eine unverkennbare Übereinstimmung und bleiben stets ähnlich.

Dass wir nie eine exakte Kopie erhalten und damit von “genau gleich” sprechen können, verhindern “nichtlineare Verzerrungen” in Form kleiner Fehler in Frequenz, Phase und Pegel. So ist etwa der Membran am Mikrofon zu träge um feinste Schwingungen umzuwandelnd oder die Bandmaschine färbt den Klang durch Sättigungseffekte. Hochwertiges Equipment vorausgesetzt, müssen wir diese Veränderungen jedoch nicht fürchten und können sie in vielen Fällen sogar als gewollt klangfärbend betrachten.

Kontinuität und Stufenlosigkeit

Das zweite Merkmal analoger Signale ist ein zu jedem Zeitpunkt definierter und (theoretisch) unendlich genauer Wert. Oder anders gesagt, entgegen digitalen Signalen existieren weder Lücken, noch feste Raster oder sprunghafte Wertewechsel. Diese Unterschiede offenbaren sich deutlich, wenn wir beide Wellenformen direkt mit einander vergleichen:

Nehmen wir es noch etwas genauer und betrachten nur die tatsächlich aufgenommen digitalen Daten, reduziert sich die Grafik auf einzelne, fixe Werte die nur zu bestimmten Zeitpunkten existieren. Dazwischen bleibt das Signal unbestimmt und nur bei Bedarf annähernd genau errechnet.

Alternative Beispiele

Gamepad

An einem modernen Gamepad gibt es üblicherweise zwei Arten von Steuermöglichkeiten, ein direktionales, digitales Steuerkreuz namens “D-Pad” sowie den “Analogstick”. Wie sich aus den Bezeichnungen erahnen lässt, sendet das “D-Pad” nur digitale Signale wie “1/0”, “An/Aus” oder “Ja/Nein”, die bei einem Autorennspiel etwa in Steuersignale wie “Vollgas, Vollbremsung, Lenkrad hart Links und hart Rechts” umgesetzt werden und zu einem eher ruppigen Fahrverhalten führen.

Nutzen wir hingegen den analogen Stick, sind auch Zwischenschritte sowie Kombinationen mehrere Befehle möglich. In der Mittelstellung sendet der Sensor eine Null, dann stufenlos ansteigende Werte bis der Vollanschlag erreicht ist. Wie auch im echten Leben lässt sich unser Fahrzeug sanft beschleunigen und angepasst in die Kurve steuern.

Messwerte

Ob Uhrzeit, Temperatur oder Geschwindigkeit, dargestellt auf einer digitale Anzeige zeigt diese uns schnell und eindeutig den aktuellen Messwert. Die Genauigkeit beziehungsweise die gewählte Auflösung variiert dabei zwischen mehreren Nachkommastellen bis hin zu lediglich ganzen Zahlen. In jedem Fall ist das Ergebnis gerundet oder unvollständig und wechselt sprunghaft zwischen den einzelnen Werten.

Solch ein Verhalten liegt analoge Instrumenten fern. Treten wir aufs Gaspedal, dreht sich die Tachonadel kontinuierlich weiter oder die Flüssigkeit im Thermometer passt sich sanft fließend der aktuellen Temperatur an. Mit dem richtigen Mess- und Vergrößerungswerkzeug ausgestattet, können wir den Wert nahezu beliebig genau bestimmen.