Дорошев В.П.

Сигнал и прибор

   Мраморную скалу дробят молотом в крошку, пилой - разрезают на панели, резцом - вытачивают колонну, а зубилом - высекают скульптуру. Если инструменты прочны и правильно заточены, то из скалы возникают предметы с новой формой и свойствами.
   Представим, что сигналы (физические величины, случайно изменяющиеся во времени) - это неотёсанные скалы, а измерительные приборы - суть инструменты для их "разрушения". В результате "разрушения"-преобразования прибором исходного сигнала появится новый сигнал, содержащий информацию, о существовании которой можно лишь предположить. Образно: прибор извлекает новое знание, как зубило вырубает скульптуру из мрамора скалы. Не забудем так же, что прибор должен быть "согласован" с сигналом, то есть, "правильно заточен".
     Аналогия сигнала с необработанной скалой даёт простой зрительный образ работы анализаторов и синтезаторов сигналов.
   А. Измерение скорости звёзд. Угол отражения  зеркалом луча света двигающейся   звезды  не зависит от скорости её движения. Однако, угол отражения лучей этой же звезды от зеркальной дифракционной решётки (ДР) принципиально зависит.
    Что же позволяет измерять скорости движения звёзд, при том, что ДР это фактически плоское зеркало, но только "поцарапанное"?  Почему периодические риски-царапины на поверхности зеркала так кардинально изменили его свойства?
    Будем считать, что отражённый плоским зеркалом луч света от звезды - это первичный материал типа "необработанной скалы", которую зеркало только перевернуло. Естественно, перевёрнутая скала не несёт никакой дополнительной информации, кроме одинакового угла поворота всех её точек. Значит, обычное зеркало это не инструмент для измерения скоростей звёзд.
     Отражённый ДР свет движущейся звезды, оказывается "препарирован" рисками и интерференцией, как бы, - "распилен на части". И, о, чудо: эти новые части сигнала (спектральные составляющие), волшебным образом содержат информацию о доплеровских сдвигах частот излучения движущихся атомов звезды относительно такого же излучения земных атомов! А частотный сдвиг связан с относительной скоростью звезды.
    Б. Измерение параметров частотных спектров. Предложенная здесь аналогия делает очевидным следующее не вполне очевидное утверждение учебника радиотехники: в произвольном периодическом сигнале объективно нет гармонических составляющих и только пройдя Фурье-анализатор они возникают. Только прибор с помощью резонаторов, "расчленяет" (как кассета алмазных пил - мрамор) сигнал на части и представляет его в виде спектра - набора амплитуд и фаз гармоник.
    В. Измерение вращения Луны. Из теоретической механики известно, что каждый участок вращающегося жёсткого диска обладает угловой скоростью и потенциально может вращаться вокруг своего центра масс. Однако, вращение такого участка запрещено связями твёрдого тела и становится возможным только при его механическом отделении от тела диска. Значит, для обнаружения потенциального движения надо исходный диск разрушить фактически, выделив требуемый участок и снабдив его осью вращения. Понимание смысла этого "разрушения" позволила создать правильную модель вращения Луны .
    Аналогия "скала- сигнал" помогает оценить влияние "заточки инструмента", то есть" качество сопряжение прибора сигналом. Примеры.
     Колебательный контур используется, как частотный дискриминатор. Если частотно-модулированный сигнал совместить с резонансной частотой контура, то сигнал не демодулируется, поскольку резонансная кривая здесь практически параллельна оси частот. Но, расположив несущую частоту сигнала на склоне резонансной кривой контура - демодуляция есть. А для селекции сигнала надо делать наоборот. Вот такое влияние "заточки".
    Оптическая призма преобразует скорость распространения света в стекле в угол преломления луча.
    Но существует исключение: при нулевом угле падения на переднюю грань призмы преобразование скорости в угол пропадает. Это можно трактовать, как отсутствие согласовании с сигналом, то есть, нулевой угол падения - это попросту "тупой инструмент".
     Выводы.
    1.Аналогиии, конечно, не являются доказательствами истинности, но они создают понятные образы явлений, помогая их пониманию.
    2. Изучаемый сигнал, как необработанная глыба, содержит множество случайных комбинаций его элементов. Прибор, на основе своего алгоритма, изменяет связи в исходном сигнале так, что тот преобразуется в информативный.
    3. Приборы (инструменты) должны соответствовать сигналу (материалу) - "заточены под него".
    Август 2026г.