Lorsque l'on veut stocker une information sur un support numérique (CD, ordinateur...), il nous faut convertir le signal analogique (signal sonore, électrique, lumineux...) en un signal numérique.
On doit donc utiliser un dispositif de conversion analogique / numérique (Convertisseur Analogique Numérique : C.A.N.)
Exemples:
Si
l'on veut enregistrer un son pour le stocker dans la mémoire de
l'ordinateur ou sur le disque dur, ou encore sur un CD, il faut
brancher un micro sur la carte son de l'ordinateur. Le micro convertit
le signal sonore en un signal électrique analogique. Puis la
carte son dispose d'un C.A.N. qui convertit alors le signal reçu
en signal numérique.
Ce qui fait la qualité d'une carte son, c'est en grande partie la qualité de ce C.A.N.
Si
l'on veut enregistrer un signal électrique, par exemple les
variations d'une tension au cours du temps, sur l'ordinateur, il nous
faut faire parvenir ce signal électrique (analogique) à
la console GTS2.
Celle-ci contient un C.A.N. qui va effectuer la conversion en un signal
numérique que l'ordinateur sera capable de stocker et de traiter.
Comme
on le sait, la première étape de la conversion consiste
à prélever des "échantillons" de mesures à
intervalles de temps réguliers.
Cette opération est appelée "échantillonnage"
La qualité de cet échantillonnage dépend essentiellement de 2 paramètres dont nous allons aujourd'hui étudier les influences respectives:
la fréquence d'échantillonnage
le nombre de bit du convertisseur
Etude de la fréquence d'échantillonnage
Pour cette étude nous allons acquérir une tension
alternative sinusoïdale, et l'échantillonnage sera
réalisé par la console GTS2.
Vous allez dans un premier temps, en vous aidant d'un oscilloscope, régler le GBF de manière à ce qu'il délivre un signal alternatif sinusoïdal de fréquence 50Hz et d'amplitude 1,5V.
Vous pouvez visualiser sur l'écran de l'oscilloscope un signal continu: il s'agit d'un signal analogique.
Puis vous allez réaliser un échantillonnage de ce signal.
Pour cela vous devez choisir le mode temporel.
Vous pouvez alors régler les paramètres suivants qui dépendent tous les uns des autres:
- la durée d'acquisition
- le nombre de points, c'est à dire le nombre de mesures réalisées pendant la durée précédemment choisie.
- la durée entre deux mesures: on parle de période d'échantillonnage
- le nombre de mesures par seconde: on parle de fréquence d'échantillonnage
Ces deux derniers paramètres sont correctement choisis si:
- la tension visualisée a la même allure que la tension réelle (voir oscilloscope)
- la période de la tension visualisée est égale à la période réelle
Vous allez réaliser les 8 acquisitions
suivantes aves 8 périodes d'échantillonnage
différentes. A chaque nouvelle acquisition, pensez à
transférer les résultats dans régressi:
Enregistrement n°
1
2
3
4
5
6
7
8
Durée (ms)
100
200
500
1000
1100
1900
200
2100
Nombre de points
101
101
101
101
101
101
101
101
Période d'échantillonnage (ms)
1
2
5
10
11
19
20
22
Puis, dans Regressi, déterminez la période et la fréquence de chacune des tensions visualisées.
Connaissant l'allure et la fréquence du signal réel, quels sont les enregistrements
qui peuvent être considérés comme satisfaisants au
regard des 2 critères de qualité que nous nous sommes
fixés?
Quels enregistrements ne satisfont qu'un seul de ces deux critères? Quel est leur particularité?
Nombre de bit du convertisseur
L'influence de ce paramètre, mais aussi de la fréquence
d'échantillonnage, peut être particulièrement bien
mise en évidence avec le logiciel Wavnum.
Cette application permet d'ouvrir des fichier .wav. Vous disposez d'un
certain nombre de fichiers de ce type dans le dossier "echantillons".
Ces fichiers sonores sont bien entendu déjà
numérisés, mais la qualité de la conversion
analogique / numérique est tellement bonne qu'il nous est
impossible de faire la différence avec un signal analogique
(c'est généralement le but recherché, bien
entendu).
Wavnum vous permet de visualiser, et surtout d'entendre, la
transformation du signal si l'on réduit la fréquence
d'échantillonnage ainsi que le nombre de bit:
Vous pouvez écouter le son "analogique" en cliquant sur l'icône
Vous pouvez écouter le son correspondant au signal
numérique obtenu après transformations en cliquant sur
l'icône
Commentez et expliquez ce que vous obtenez.
Combien de "niveaux" différents peuvent être codés avec 16, 8, 4 ou 2 bit?
Vous avez également le droit d'observer les transformations
consécutives à une diminution du nombre de bit et/ou de
la fréquence d'échantillonnage sur un enregistrement
réalisé par vous même (un seul!).
Les différents standards
Retrouvez par une recherche sur internet les fréquences
d'échantillonnage et nombres de bit utilisés par les
principaux standard de stockage et de transmission numérique:
Si
l'on veut enregistrer un son pour le stocker dans la mémoire de
l'ordinateur ou sur le disque dur, ou encore sur un CD, il faut
brancher un micro sur la carte son de l'ordinateur. Le micro convertit
le signal sonore en un signal électrique analogique. Puis la
carte son dispose d'un C.A.N. qui convertit alors le signal reçu
en signal numérique.
Si
l'on veut enregistrer un signal électrique, par exemple les
variations d'une tension au cours du temps, sur l'ordinateur, il nous
faut faire parvenir ce signal électrique (analogique) à
la console GTS2.
