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Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingé

Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN Traitement d’une information analogique : le filtrage Signal sinusoïdale Un signal sinusoïdal est un signal dont l'amplitude dépend du temps suivant une loi sinusoïdale. Son expression mathématique U(t) est donnée par la relation suivante : U (t )=A ×sin ⁡(ωt+φ) + C avec :  A (parfois noté Umax, Ucrète ou Û) : la valeur maximale (ou amplitude, ou crête) du signal S sinusoïdal.  φ (phi) : la phase, en radians, par rapport à l'origine des temps.  ω (omega) : la pulsation, en rad∙s-1, peut s'exprimer en fonction de la période T ou de la frequence par la relation ω= 2π T =2πf  C : Offset, décalage par rapport à l’axe des ordonnées Exemple Q1. Indiquer les caractéristiques du signal sinusoïdal ci-dessus. A : 4 f : 1 4.25=0.235 ω : 2π 4.25=1.478rad .s−1 1/ 7 Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN φ : 0 C : 0 Q2. En déduire l’expression (équation) de ce signal. U (t )=A ×sin (ωt +φ)+C = 4 x sin(1.478 x 4.25+0)+0 = 4 x sin(6.2815) + 0 = 0.4376 Le spectre d’un signal sinusoïdal représente l’amplitude de ce signal en fonction de sa fréquence ou de sa pulsation : Q3. Dessiner le spectre de ce signal. Générer un son et visualiser son spectre Pour s’essayer au filtrage, nous utilisons le logiciel Audacity. Récupérer le fichier audacity-2.4.2.zip, et le décompresser sur votre bureau (clique-droit > 7zip > Extract to…). Ouvrir audacity.exe depuis votre bureau. Cliquer sur Générer/Son pour créer un son avec les caractéristiques suivantes : Signal 1 : sinusoïde, 880Hz, 3s, amplitude 0.6 Écouter le signal, cela correspond au La de la 3ème octave. Zoomer sur le signal avec l'outil loupe. Q4. Donner la période du signal et vérifier que l'on a bien une fréquence de 880Hz. 2/ 7 A(V) A(V) 4 4 ou ω (rad∙s-1) f(Hz) 1.478 0.235 Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN T = 1 f = 1 880=¿ 1,1363 x 10-3 s = 1 T =¿ 1 1.1363x 10−3 = 880 Hz On a bien une fréquence de 880Hz Cliquer sur Analyse/Tracer le spectre, vous voyez le graphique suivant : Q5. Donner la fréquence où le spectre est maximum. Est-ce normal ? 881Hz et oui Q6. Tracer le spectre que l’on obtiendrait si le signal avait les caractéristiques suivantes : Signal 2 : sinusoïde, 55Hz, 3s, amplitude 1 Q6. Tracer le spectre que l’on obtiendrait si le signal avait les caractéristiques suivantes : Signal 3 : sinusoïde 3520Hz, 3s, amplitude 0.1 Vérifier en générant les sons des signaux 2 et 3 sur Audacity et en visualisant leurs spectres. 3/ 7 A(dB) 1 55 f(Hz) A(dB) 0.1 3520 f(Hz) Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN Q7. Classer les signaux 1,2 et 3 dans les hautes, moyennes ou basses fréquences à l'aide du tableau suivant. Type Intervalle Exemple (signal 1, 2 ou 3) Infra son <20Hz Bass 20-200Hz Bass-medium 200-2 000Hz Haut-medium 2 000-12 000Hz Aigu 12 000-20 000Hz Ultra son >20 000Hz Les types de filtres et leurs effets Dans cette partie, on utilise différent type de filtre pour traiter un enregistrement. Le shéma ci- dessous représente les différents type de filtre et leurs courbes caractéristiques. Supprimer un bruit parasite d’un enregistrement Ouvrir le fichier « chanson_sifflement.mp3 ». Ecouter l’enregistrement et décrire le bruit parasite. Tracer le spectre de cet enregistrement. Q8. Repérer la fréquence du bruit parasite sur le spectre ci-dessus et reporter sa valeur. 4/ 7 Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN Q9. Indiquer s’il s’agit d’un bruit de moyenne, haute ou basse fréquence à l'aide du tableau utilisé précédemment. Le logiciel Audacity permet d’appliquer un filtre à un enregistrement. Pour cela, cliquer sur Effet > Low Pass Filter (pour un filtre passe bas) ou High Pass Filter (pour un filtre passe haut). Indiquer les caractéristiques du filtre et cliquer sur OK. Q10. Utiliser un filtre passe haut ou passe bas pour supprimer ce bruit en impactant le moins possible l’enregistrement. Préciser les caractéristiques choisies. Q11. Tracer le spectre après traitement. Qu’est-il arrivé à la fréquence du bruit parasite ? Appeler professeur pour faire écouter le résultat. Passer à la suite s’il n’est pas disponible Coupe du monde 2010 Durant l’été 2010, pendant le Mondial, vous avez certainement eu cette drôle d’impression d’avoir un essaim d’abeilles dans votre salon. La coupable : le vuvuzela dont se servaient les supporters dans les gradins. Inventée au début des années 1990 par un sud-africain, cette longue corne, que la FIFA a failli interdire avant de changer d’avis pour respecter la culture africaine, est devenue un véritable cauchemar pour les joueurs, les commentateurs et les téléspectateurs... L’objectif de cet exercice est de supprimer le bruit de fond du vuvuzéla Détecter la fréquence du son du vuvuzela et appliquer un filtre à l’enregistrement «coupe_du_monde.mp3 » pour supprimer le bruit de fond. Indiquer le type de filtre utilisé et ses caractéristiques. 5/ 7 Pente en dB par octave : Fréquence de coupure : Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN Tracer la courbe caractéristique de ce filtre en indiquant les valeurs importantes. Quel(s) avantage(s) et inconvénient(s) soulignent l’utilisation de ce type de filtre dans le traitement du son ? Pour aller plus loin… Une enceinte de chaine Hi-fi est composée de 3 membranes (haut-parleurs) :  Une membrane pour les sons « Bass-mediums »  Une membrane pour les sons « Haut-mediums »  Une membrane pour les sons « Aigus » Chacune de ces membranes reçoit le même signal, il est donc nécessaire de filtrer ce signal avant de le restituer sur telle ou telle membrane. Cas 1 : la membrane des aigus Rappeler à quelle plage de fréquence correspondent les sons aigus. Quel type de filtre doit ont donc relié à la membrane des aigus ? Donner la fréquence de coupure de ce filtre. Pour réaliser un filtre passe haut ou passe bas, on réalise simplement un pont diviseur de tension avec une résistance R et un condensateur C. 6/ 7 f(Hz) Gain(dB) Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable TSTI2D Ingénierie Innovation & Développement Durable Séquence Nature de la Séance et Durée Spécialité Seq4 : traitement du signal Activité Pratique SIN Passe Bas Passe Haut La fréquence de coupure du filtre dépend de la valeur de R et de C selon la relation : Avec R en ohm (Ω), C en Farad (F) et fc en Hertz (Hz). Proposer un montage pour réaliser le filtre relié à la membrane des aigus. Préciser les valeurs de R et de C choisie. Tester ce montage sur Tinkercad en utilisant un GBF pour générer un signal en entrée et un oscilloscope pour visualiser le signal en sortie du filtre. Mêmes questions pour la membrane des Bass-medium 7/ 7 uploads/Science et Technologie/ ap-filtrage.pdf