13.1 : אותות ומערכות

אות x(t) הוא מערך נתונים או פונקציית זמן המייצגת משתנה בעל עניין. אותות בדרך כלל מעבירים מידע על תופעה, כגון טמפרטורה אטמוספרית, לחות, קול אנושי, תמונות טלוויזיה, נביחה של כלב או שירת ציפורים. באופן כללי יותר, אות יכול להיות פונקציה של יותר ממשתנה בלתי תלוי אחד. לדוגמה, תמונות תלויות במיקומים אופקיים ואנכיים ולכן ניתן להתייחס אליהן כאל אותות דו-ממדיים. עם זאת, טקסט זה יתמקד באותות חד מימדיים כאשר הזמן הוא המשתנה הבלתי תלוי.

מערכת היא אוסף של התקנים הפועלים על אות קלט x(t) (או עירור) כדי להפיק אות פלט y(t) (או תגובה). מערכת יכולה להיחשב גם כמודל מתמטי של תהליך פיזיקלי המקשר בין אות הקלט לאות הפלט. דוגמאות למערכות כוללות מעגלים חשמליים, תוכנות מחשב, שוק המניות, דפוסי מזג אוויר וגוף האדם.

למערכת עשויים להיות מספר מודלים או ייצוגים מתמטיים. המשתנים במודלים אלה מתוארים כאותות, שעשויים לייצג זרם, מתח או תזוזה. במערכות חשמליות, האותות הם לרוב זרמים ומתחי חשמל. במערכות מכניות, האותות בדרך כלל מייצגים טמפרטורות, כוחות ומהירויות. במערכות הידראוליות, האותות עשויים להיות תזוזות ולחצים.

אנו מסווגים את האותות הנכנסים למערכת כאותות קלט, בעוד שהאותות המיוצרים על ידי המערכת הם אותות פלט. לדוגמה, במעגל חשמלי, מתחי וזרמי החשמל כפונקציה של זמן נחשבים כאותות, בעוד שהמעגל עצמו נחשב כמערכת. במערכות הנדסיות, גם אותות הקלט וגם אותות הפלט יכולים לשאת אנרגיה או מידע.

מסגרת זו של אותות ומערכות היא הבסיסית לניתוח ותכנון מערכות המסוגלות לבצע פעולות ספציפיות בתחומים הנדסיים שונים.