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Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Navigation  ACCUEIL AINES DE LA PH

Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Navigation  ACCUEIL AINES DE LA PHYSIQUE SIERS THÉMATIQUES  FORMATS PROGRAMMES ntenu.|Aller à la navigation echerche avancée… U NUMERIQUE tion, notamment l'influence des paramètres de la conversion tels que la fréquence valeurs, alors que le signal numérique est un signal discret (discontinu), qui se résume en une succession de Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON ntient une quantité infinie d'amplitudes en un signal numérique contenant lui une quantité finie de valeurs. s : l'échantillonnage et la conversion analogique-numérique (CAN). mment grand pour pouvoir représenter le signal analogique de départ mais pas trop grand non plus pour ne la précision et la rapidité. NAGE s échantillons pour que la reconstruction du signal de sortie soit fidèle au signal d'entrée. La fréquence p faible, les variations rapides du signal ne pourront être retranscrites. ces fe1=1Te1fe1=1Te1 et fe2=1Te2fe2=1Te2. Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON de reproduire les variations du signal. Par contre dans le second exemple, il est clair que les échantillons ge à choisir pour un signal donné : aut choisir une fréquence d'échantillonnage au moins deux fois supérieure à la fréquence maximale contenue nent pas au signal de départ apparaissent. Ce phénomène est le repliement spectral ou aliasing. u signal sinusoïdal e<2fmax tère de Shannon Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON 'un signal quelconque e<2fmax tère de Shannon nnage est trop proche de la fréquence maximale du signal et on observe le mélange des fréquences hautes effectuer une séparation correcte des fréquences lorsque le critère de Shannon n'est pas respecté. rtisseur utilisé, autrement dit de l'électronique mise en oeuvre. La limite théorique de la résolution est définie s deux valeurs sont possibles pour ce bit soit « 0 » soit « 1 ». La précision est alors très faible et ne permet e deux valeurs (« 0 » ou « 1 »), 22 valeurs seront stockées soit un pas de quantification de 2,5 Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON ignal occupera de mémoire ! ge fixe. n des contraintes (taille du signal… ) et de l'utilisation souhaitée. Il faudra donc faire des compromis entre ologie du convertisseur utilisé. s que le passage dans le numérique s'accompagne d'une perte d'information puisque du signal analogique amment d'échantillons avec une cadence acceptable pour reconstruire au mieux le signal de départ tout en ique au laboratoire » tion Publitronic/Elektor Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON ue le fonctionnement du convertisseur qui reçoit en entrée un signal analogique continu pour le convertir en sortie en un que. Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON FICHE 1 PRÉSENTATION Titre NUMERISATION D’UN SIGNAL ANALOGIQUE Exemple des sons Type d'activité Séance de TP de 2h Objectifs de l’activité - Comprendre la différence analogique/numérique - Comprendre que la qualité d’une numérisation dépend d’un certain nombre de paramètres Références par rapport au programme Cette activité illustre le thème AGIR et le sous thème Transmettre et stocker l’information en classe de TERMINALE S (tronc commun) Notions et contenus Signal Analogique et signal numérique Conversion d’un signal analogique en signal numérique Echantillonnage ; quantification, numérisation Compétences attendues Reconnaître des signaux de nature analogique et des signaux de nature numérique Mettre en oeuvre un protocole expérimental utilisant un échantillonneur-bloqueur et/ou un convertisseur analogique numérique (CAN) pour étudier l’influence des différents paramètres sur la numérisation d’un signal (d’origine sonore par exemple) Conditions de mise en œuvre Prérequis : - grandeurs caractéristiques des ondes et relations entre elles maîtrisées (fréquence, période) - logiciel d’acquisition/tableur familier des élèves Durée : 2h Contraintes matérielles : - salle informatisée. - Casques audio et micros reliées à l’ordinateur. Remarques Il est possible, pour les collègues ne pouvant enregistrer de sons, d’utiliser les sons fournis avec le TP. Il est possible également de coupler la séance à « images numériques » et ainsi ne traiter qu’une seule fois la notions de bits. La notice du logiciel Audacity est en annexe Auteur Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON FICHE 2 LISTE DU MATÉRIEL NUMERISATION D’UN SIGNAL ANALOGIQUE Le matériel nécessaire aux manipulations disposé sur la paillasse du professeur.     Le matériel nécessaire aux manipulations disposé sur la paillasse des élèves.  GBF  Voltmètre sur AC  Centrale d’acquisition et son logiciel  Casques audio  Micro relié à l’ordinateur.  Logiciel AUDACITY installé (ou version portable)  Sons du TP sur le réseau  Notice Audacity Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON FICHE 3 FICHE POUR LE PROFESSEUR NUMERISATION D’UN SIGNAL ANALOGIQUE Compétences Reconnaître des signaux de nature analogique et des signaux de nature numérique Mettre en oeuvre un protocole expérimental utilisant un échantillonneur-bloqueur et/ou un convertisseur analogique numérique (CAN) pour étudier l’influence des différents paramètres sur la numérisation d’un signal (d’origine sonore par exemple) 1. Signal analogique, signal numérique : Un signal analogique est un ensemble continu d’informations. Les ordinateurs ne traitant que des données binaires (0 ou 1), pour numériser un signal, il faut discrétiser les informations : on parle de numérisation. Ces informations sont ensuite traduites en binaire , c'est-à-dire en ensemble de 0 ou de 1. La numérisation est faite par un convertisseur analogique-numérique : Signal analogique Signal numérique La numérisation est d’autant meilleure que le signal numérique se rapproche du signal analogique initial. Pour cela, plusieurs paramètres ont leur importance. 2. La fréquence d’échantillonnage : 2.1. Généralités : Pour numériser un signal, il faut le découper en échantillons (« samples » en anglais) de durée égale Te. La fréquence d’échantillonnage correspond au nombre d’échantillons par seconde : Fe = 1/Te Plus la fréquence d’échantillonnage sera grande, plus le nombre d’échantillons sera grand, plus le signal numérique « collera » au signal analogique et donc meilleure sera la numérisation : Auteur : Olivier CHAUMETTE Académie de LYON 2.2. Approche expérimentale:  Régler le GBF de la manière suivante : Le GBF délivre un signal électrique analogique (signal continu au sens mathématique du terme)  Relier ensuite le GBF à la centrale d’acquisition.  Nous allons réaliser une acquisition avec Latispro : régler les paramètres de manière à réaliser une acquisition de durée totale 10 ms  1er cas : faible fréquence d’échantillonnage : régler le nombre de points de manière à ce que la fréquence d’échantillonnage soit FE = 2 kHz. Observer et conclure. TE = 1/2.103 = 0,5 ms comme la durée totale d’acquisition est de 10 ms le nombre de point à saisir est : Npoints = 10/0,5 = 20 points. On rappelle que Tsignal = 2 ms. Comme TE = 0,5 ms, sur une période, seules 4 valeurs sont acquises. Très nettement insuffisant pour reproduire la forme du signal.  2nde cas : grande fréquence d’échantillonnage : régler le nombre de points de manière à ce que la fréquence d’échantillonnage soit de 20 kHz. Observer et conclure quant au choix de la fréquence d’échantillonnage. TE = 1/20.103 = 0,05 ms. On choisit alors N = 200 points. Tsignal = 2 ms. Donc sur une période, il y aura 40 valeurs pour tracer le signal numérique. On se rapproche alors de la forme du signal analogique. Il faut que FE soit grande. Théorème de Shannon Pour numériser convenablement un signal, il faut que la fréquence d'échantillonnage soit au moins deux fois supérieure à la fréquence du signal à numériser.  Expliquer pourquoi les sons des CD sont échantillonnés à 44,1 kHz. Le domaine de fréquences audibles par l’Homme est limité à 20 kHz. Il faut donc, dans un son, conserver les fréquences proches de 20 kHz si l’on veut le numériser correctement. D’où le choix de 44,1 kHz (supérieur au double du 20 kHz). NB : le 44,1 (et non 44,0) vient d’un choix technologique datant de l’époque du stockage des sons sur la bande magnétique d’un magnétoscope (oui j’ai bien écrit « scope » !)  La voix humaine est comprise dans une bande de fréquence comprise entre 100 et 3400 Hz. Quelle fréquence d’échantillonnage doit-on choisir pour la téléphonie ? Fe doit être supérieure à 2 x 3400 Hz = 6800 Hz . C'est pourquoi la fréquence échantillonnage de la téléphonie est de 8000 Hz . 2.3. Influence de la fréquence d’échantillonnage sur les hautes fréquences du signal analogique :  A l’aide du logiciel Audacity (voir notice ci-jointe) - enregistrer un son à l’aide du logiciel et d’un micro en 44kHz et 16 bits. L’enregistrer dans votre dossier personnel sous le nom : « 44.wav » - Ré-échantillonner le son à l’aide du logiciel en 8kHz. L’enregistrer sous le nom : « 8.wav » - Ecouter ces deux sons en passant par le poste de travail. Conclure Le son en 8 kHz est moins riche et surtout possède moins d’aigu. Ceci est en accord avec ce qui a été dit en cours : baisser uploads/Litterature/ ech-quzti-master1.pdf