Numériser un signal sonore

Principe de la conversion numérique - analogique

Lorsque l’on numérise un signal, on transforme une valeur continue (qui peut prendre une infinité de valeurs) en une valeur discrète (qui ne peut prendre qu’une petit nombre de valeurs). Ainsi, avec un codage en 1 seul bit, les valeurs prises par le signal numérique sont 0 et 1, soit 2 valeurs différentes. Avec un codage sur 2 bits, les valeurs prises par le signal numérique sont au nombre de 4. Ce sont les valeurs : 0, 1, 2 ou 3. Convertir un signal de tension en 2 bits consiste alors à le transformer en une valeur qui va de 00 à 11, en binaire.

Le fichier numérique est alors constitué d’une suite de caractères binaires, comme sur l’image suivante :

Le travail suivant consiste à définir le rôle des paramètres de conversion analogique à numérique. On cherche à numériser un signal sonore dont la courbe est donnée ici :

Créez vos données numériques : Programmation python

• Le notebook python se trouve sur votre disque dur à l’emplacement documents/devoirs/tixidor/notebooks/CAN_3bits.ipynb : il s’agit du programme de numérisation. Pour l’executer, lancer le fichier .bat du dossier devoirs.
• Compléter ou modifier le programme python pour réaliser la numérisation du signal musical (voir graphique plus haut). La numérisation se fera sur 3 bits.
• Executer le programme : utilisez les valeurs de la tension lues sur la courbe.

Question a : Notez alors sur votre cahier les valeurs issues du programme de numérisation, telles qu’elles seraient enregistrées sur le fichier de données numériques.

Restitution du signal

Conversion numérique - analogique

Une fois le signal musical numérisé, et stocké sur disque dur, on peut souhaiter le jouer. Il faut alors le restituer, c’est à dire le (re) transformer en signal analogique. Le signal aura alors suivi la chaine suivante :

• Pour chacune des valeurs binaires que vous avez calculées, convertir cette valeur en décimal.
• Compléter alors le tableau de valeurs ci dessous, et afficher la courbe du signal numérisé.
• Recopier l’image de cette courbe à l’emplacement documents/devoirs/tixidor/notebooks, sur votre ordinateur.

Pour approfondir le sujet

travail d’écoute sur de vrais signaux sonores

Sur la page dont le lien est donné ici

Commencer l’écoute par le signal numérisé sur 2 bits et finir par ce même signal numérisé sur 8 bits : Comment évolue la qualité sonore ?

Question b : Sur votre cahier : Expliquer pourquoi.

Dégradation du signal sonore

A partir de la page suivante : ouvrir l’application Conversion analogique/numérique

• Observer les modifications apportées par le choix de la quantification.

• Répondre aux questions suivantes sur votre cahier :

Question c : Comment évolue la qualité sonore d’un signal numérisé sur 3 bits, 4 bits, et 5 bits ?

Question d: Quelle caractéristique visuelle de la courbe numérisée montre que la précision augmente ?

Question e: Comment pourrait-on obtenir une précision infinie sur la numérisation d’un signal sonore, c’est à dire telle que le signal numérisé est exactement conforme à celui d’origine ?

Question f: Quel autre paramètre influe également sur la qualité du signal numérisé ?

Quiz en 3 questions : Testez votre compréhension de la séance