Ein
Signal
(
lateinisch
signalis
?dazu bestimmt‘,
signum
?ein Zeichen‘) ist ein
Zeichen
mit einer bestimmten Bedeutung, die das Signal durch Verabredung oder durch Vorschrift erhalt. Eine
Information
kann durch ein Signal transportiert werden. Dazu benotigt man einen Sender und einen Empfanger (vgl. das
Funksignal
in der
Nachrichtentechnik
). Ohne technische Hilfsmittel kommt man bei der direkten menschlichen
Kommunikation
aus, dort konnen (oft nonverbale) Signale verschiedene Aufforderungen bedeuten.
Ein Signal enthalt im Allgemeinen eine Bedeutung und kann zur Ubertragung einer
Nachricht
genutzt werden. Es ist nur dann von Nutzen, wenn der Empfanger einen definierten Sinn darin erkennt, uber einen geeigneten
Sensor
verfugt und den
Informationsgehalt
entsprechend auswerten kann. Ein Gerat oder Gegenstand zur Signalerzeugung ist ein
Signalgerat
(Signalmittel).
Wird ein Signal zur Auswertung von Information genutzt, nennt man es
Nutzsignal
. Behindert es die Ubertragung nutzlicher Information, so heißt es
Storsignal
: In diesem Fall enthalt es selbst keine verwertbare Information.
Die Abgrenzung von
technischen
und
nicht-technischen
Signalen ist nicht in jedem Fall vollkommen eindeutig herzustellen. Ein nicht-technisches Signal aus dem Bereich Verkehrswesen ist ein Polizist, der mit Handzeichen den Verkehr regelt. Und ein technisches Signal aus dem Bereich Kommunikation ist das Signal in der Telefonleitung.
Lichtsignal
und
Tonsignal
lassen sich nach den verschiedenen Quellen eindeutig voneinander unterscheiden. Bekannte Quelle fur ein Lichtsignal ist die Beleuchtung fur Notausgange (
Piktogramm
).
Allgemein ist ein Signal eine reale zeitlich veranderliche Große deren Wesen die Information ist. Im technisch-physikalischen Zusammenhang ist es eine Wirkung, welche von einem physikalischen Objekt ausgeht und sich mathematisch als eine
Funktion
beschreiben lasst (beispielsweise ein elektrischer Spannungsverlauf uber der Zeit).
Unter dem Begriff
Signalverarbeitung
sind Bearbeitungsschritte zusammengefasst, die das Ziel haben,
Informationen
aus einem (empfangenen bzw. gemessenen) Signal zu extrahieren oder Informationen fur die Ubertragung von einer Informationsquelle zu einem Informationsverbraucher vorzubereiten.
Ein Fachgebiet, das sich mit dem Begriff
Signal
besonders auseinandersetzt, ist die
Nachrichtentechnik
, ein Bereich der
Elektrotechnik
. Von einem Signal spricht man, wenn man einer
messbaren physikalischen Große
wie z. B. einer
elektrischen Spannung
, einem
Schalldruck
oder einer
Feldstarke
eine Information zuordnet. Diese Information kann aus der Messung eines physikalischen Prozesses stammen, wie zum Beispiel der Messung einer Temperatur. Die Information kann einem Signal auch durch ein technisches
Modulationsverfahren
aufgepragt werden, um durch ein Signal beliebige Informationen an eine geeignete Empfangseinrichtung zu ubertragen. Im Allgemeinen andern Signale ihren Betrag als Funktion der Zeit und einer weiteren informationstragenden Große. Weiterhin sind Signale in allgemeiner Darstellung dimensionslos, haben also keine bestimmte
Maßeinheit
. Die Zuordnung der Information zu einem Signal ist zunachst willkurlich, sodass die Information im Allgemeinen nur sinnvoll ausgewertet werden kann, wenn die Eigenschaften der Quelle des Signals bekannt sind.
Eine analoge Informationsubertragung kann durch Modulation einer hochfrequenten
Tragerwelle
erfolgen, sodass das Signal durch Veranderung der
Amplitude
oder der
Frequenz
der Tragerwelle entsteht; man spricht dann von
Amplitudenmodulation
bzw.
Frequenzmodulation
.
Signale, die keinen kontinuierlichen Zeitverlauf besitzen, nennt man
zeitdiskret
. Falls in physikalischen Systemen die Zeit kontinuierlich ablauft, sind nur die von einem Messsystem beobachteten Zustandsgroßen (Werte des Signales zu bestimmten Zeitpunkten) zeitdiskret. Kann die messbare Große nur endlich viele Werte annehmen, im Extremfall nur zwei wie {an, aus}, {hell, dunkel} oder {0, 1}, so spricht man von einem
wertdiskreten
oder n-naren (im Falle von zwei Werten binaren) Signal. Ein gleichzeitig zeitdiskretes und wertdiskretes Signal wird als
Digitalsignal
bezeichnet. Im Gegensatz dazu bezeichnet man als
Analogsignal
ein Signal, dessen informationstragende Große
stetig veranderliche
Werte annehmen kann.
Beispiele fur Signale in der Nachrichtentechnik sind das
Zeitsignal
oder in der Fernseh- und
Videotechnik
das
Fernsehsignal
.
Als Signal bezeichnet man außerdem elektrische Wechselspannungen, die aus
Signalgeneratoren
stammen. Sie weisen einen charakteristischen Zeitverlauf auf und konnen außer zu Modulations- auch zu Steuerungs-, Test- und Messzwecken eingesetzt werden.
Das Modell eines Signals ist die
reelle Funktion
, die jedem Punkt der reellen Achse als Zeitstrahl einen reellen Wert zuweist. Mochte man auch raumliche Aspekte oder Variationen in weiteren Parametern in den Signalbegriff einbeziehen, wie es in der digitalen
Bildbearbeitung
geschieht, so modelliert man das Signal als Funktion mit dem
linearen Raum
?
d
oder einer Teilmenge davon als
Definitionsbereich
. Den Fall
d
= 1 assoziiert man mit zeitabhangigen Signalen, den Fall
d
= 2 mit ortsabhangigen Signalen.
Die
Zielmenge
muss ebenfalls nicht auf eine Dimension eingeschrankt zu bleiben. Verfolgt man die Entwicklung mehrerer Großen gleichzeitig, so bildet das
N
-Tupel der Messwerte einen Punkt in einem linearen Raum ?
N
.
Ist der Definitionsbereich
diskret
, besteht er also aus isolierten Punkten, so nennt man das Signal ebenfalls
diskret
. Fur die Signaltheorie relevant sind dabei endliche Mengen und regulare
Gitter
im ?
d
, wie z. B. die Menge ?
d
oder skalierte Varianten davon. (Jedes regulare Gitter im ?
d
ist gegeben durch einen Aufpunkt O, meist der Nullpunkt, und eine
Basis
, meist eine skalierte Instanz der kanonischen Basis.)
Ist zusatzlich zum diskreten Definitionsbereich der Wertevorrat eine endliche Menge, z. B. eine endliche Teilmenge des ?
N
, so nennt man das Signal
digital
, denn die endlich vielen Elemente konnen durch Bitfolgen aus {0,1}
M
fur ein genugend großes
M
aufgezahlt werden. Ein
elementares
digitales Signal ist eine Funktion auf einem Gitter, die in die Menge {0,1} bzw. die der Wahrheitswerte {wahr, falsch} oder die der Zustande {an, aus} abbildet. Uber Tupel, d. h. Bitfolgen, von
elementaren digitalen Signalen
kann jede Form von
digitalen Daten
kodiert werden.
Im
Verkehrswesen
ist das Signal ein fur den
Verkehrsteilnehmer
an der Strecke aufgestelltes Zeichen, das Regeln fur die Benutzung des Verkehrsweges definiert, also z. B. Aussagen uber Befahrbarkeit und Hochstgeschwindigkeit eines bestimmten Streckenabschnitts trifft. Man unterscheidet folgende Signale:
Fur die Ubertragung eines (elektrischen) Tonsignals im Sinne der
Tontechnik
hat der
Lautsprecher
weltweite Verbreitung gefunden. Mehrere Tonsignale lassen sich ggf. als
Akkord
(unterschiedliche Signale gleichzeitig) oder als
Melodie
(Abfolge von Signalen) wahrnehmen. Quellen fur Tonsignale sind:
Mikrofon
mit
Verstarker
,
Musikinstrument
, Tonwiedergabegerate (z. B.
CD-Spieler
,
Plattenspieler
etc.), Synthesizer (z. B.
Soundkarte
).
Als
Messsignal
bezeichnet man eine physikalische Große, die der zu messenden Große eindeutig zugeordnet ist
[1]
. Das Messsignal ist in der Regel zeitlich veranderlich. Im Zusammenhang mit Messeinrichtungen unterscheidet man zwischen Eingangs- und Ausgangssignal. Das Ausgangssignal kann eine
Anzeige
sein oder ein vorzugsweise
elektrisches Signal
in Form eines
Analog-
oder
Digitalsignals
.
Beispiel: Wenn die Frequenz einer akustischen Schwingung zu messen ist, wird das Messsignal eine elektrische
Wechselspannung
sein.
In der
Informationstechnik
bezeichnet man zwei unterschiedliche Dinge als
Signal
:
Im Militarwesen verwendet man Signale, um freundlichen oder feindlichen Truppen Informationen zukommen zu lassen; siehe auch:
Erkennungssignal
,
Signalmittel
,
Flaggensignal
,
Schamade
.
An Flughafen werden sogenannte
Marshaller
(Einwinker) eingesetzt, um Flugzeuge zu ihren gekennzeichneten Parkpositionen (
englisch
parking spots
) zu lotsen. Eine verbale Kommunikation zwischen Marshaller und Pilot ist dagegen gewohnlich nicht moglich. Daher muss die Verstandigung mit den
Piloten
durch standardisierte
Einwinkzeichen
(Leuchtstabe) erfolgen.
Im fruhen 19. Jahrhundert wurde
optisch telegrafiert
, d. h. die Information wurde durch die Stellung von Telegrafenarmen ubertragen.
Als
Notsignal
oder
Warnsignal
werden im Gebirge oder auf See
Signalraketen
verwendet, aber auch der
Morse-Code
fur SOS ?kurz-kurz-kurz-lang-lang-lang-kurz-kurz-kurz“.
Signalwesten
werden in verschiedenen Berufsbereichen getragen, um Fußganger in besonderen Situationen deutlich sichtbar zu machen: am
Flughafen
oder am
Hafen
, in
Baustellen
oder bei einer Panne am Fahrzeug.
Signale fur die Wahrnehmung durch den Menschen sind so beschaffen, dass einer der
Sinne
des Menschen diese wahrnehmen kann, beispielsweise als
Signalfarbe
oder
Klingelton
. Sie konnen einen bestimmten Zweck haben, z. B. als
Warnsignal
oder eine Information enthalten wie z. B. uber die ?freie Fahrt“ an einer grun leuchtenden
Verkehrsampel
.
In diesem Sinne werden in der Schweiz die Verkehrszeichen als
Strassensignale
bezeichnet.
Signale fur die Wahrnehmung durch den Menschen konnen im Ursprung
elektrotechnisch
,
chemischen
oder
korpersprachliche
generiert sein. z. B. bei einer
Geste
.
Auch im Umgang zwischen Mensch und Tier sind Signale ublich (vgl.
Dressur
), so zum Beispiel bei
Hund
oder
Pferd
. Hierbei mussen die Schritte des Signalerkennens, der Signalauswertung und einer entsprechend
antrainierten
Reaktion
vorher geubt werden.
Ein
politisches Signal
ist eine Handlung, von deren
Vorbild
- und anderer Wirkung oder deren
kulturell
implizierten
Bedeutungen eine Beeinflussung der
Akteure
eines
politischen Systems
erwartet wird.
In Lebewesen findet die
Signalubertragung
hauptsachlich durch
Botenstoffe
und elektrische Ladungen (
Nervenzellen
) statt. Auf ?Signalfalschung“ beruht das Phanomen der
Mimikry
.
- ↑
DIN 1319
-1:1995-01, Nr. 2.6