Lernzettel: Introduction aux Signaux Analogiques et Numériques

📋 Plan du Cours

1. Signal analogique et signal numérique
2. Vocabulaire : signal et bruit
3. Transmission numérique et information binaire
4. Immunité au bruit des signaux numériques
5. Échantillonnage et convertisseur analogique-numérique
6. Période et fréquence d’échantillonnage
7. Influence de la fréquence d’échantillonnage sur le son
8. Durée d’acquisition et nombre de points

📖 1. Signal analogique et signal numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal analogique : Un signal analogique représente l’information par des variations continues d’une grandeur physique.
• Signal numérique : Un signal numérique représente l’information par des valeurs discrètes.
• Oscillogramme : Un oscillogramme est une représentation graphique d’une grandeur électrique en fonction du temps.
• Microphone : Un microphone convertit le son en une grandeur électrique exploitable pour l’analyse du signal.

📝 Points essentiels

• Dans le document 1, la grandeur observée sur l’oscillogramme est une tension (en volt).
• La figure a correspond à un microphone branché directement sur l’oscilloscope et montre un signal analogique.
• La figure b correspond à un microphone branché sur une carte d’acquisition d’ordinateur et montre un signal numérique.
• Un signal numérique se reconnaît à sa forme en valeurs discrètes avec des sauts.
• Un signal analogique apparaît comme une variation continue de la tension au cours du temps.

💡 Astuce mémo

Analogique = continu ; Numérique = sauts.

📖 2. Vocabulaire : signal et bruit

🔑 Notions clés & Définitions

• Signal : Un signal est une grandeur physique qui transmet de l’information.
• Signal de nature analogique : Un signal analogique transmet l’information via des variations continues d’une grandeur physique.
• Signal de nature numérique : Un signal numérique transmet l’information via des valeurs discrètes.
• Bruit : Le bruit regroupe des perturbations qui modifient un signal pendant sa transmission.

📝 Points essentiels

• Le signal peut être une tension ou un champ électromagnétique, selon l’exemple du cours.
• Le bruit est une cause de modification du signal lors de la transmission.
• Le passage analogique→numérique transforme la représentation en valeurs discrètes.
• Le cours relie la nature du signal (analogique ou numérique) à la façon dont l’information est codée.
• Le bruit peut rendre la réception moins fidèle du signal transmis.

💡 Astuce mémo

Signal = info ; Bruit = perturbation.

📖 3. Transmission numérique et information binaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Valeurs binaires : Les valeurs binaires sont des états discrets utilisés pour coder l’information transmise.
• Signal numérique bruité : Un signal numérique bruité est un signal reçu dont les valeurs binaires ont été perturbées par le bruit.
• Information binaire : L’information binaire est l’ensemble des bits transmis pour représenter le message.

📝 Points essentiels

• Le document 3 illustre une transmission d’un signal numérique avec des valeurs binaires.
• L’exemple de bits transmis est 101010101.
• Le document 3 montre aussi une différence entre le signal numérique à transmettre et le signal effectivement reçu.
• Le signal reçu présente des fluctuations par rapport aux valeurs binaires idéales.
• La présence de bruit peut dégrader la forme reçue même si le codage reste binaire.

💡 Astuce mémo

Idéal : 101010101 ; Reçu : fluctue.

📖 4. Immunité au bruit des signaux numériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Immunité au bruit : L’immunité au bruit est la capacité d’un système à conserver l’information malgré des perturbations lors de la transmission.
• Précision du signal : La précision du signal décrit à quel point la représentation reçue suit fidèlement la forme d’origine.

📝 Points essentiels

• D’après l’exemple du document 1, un signal numérique est moins précis qu’un signal analogique correspondant.
• Le cours explique que l’usage accru des signaux numériques vient de leur immunité face au bruit.
• La justification demandée s’appuie sur le fait que l’information numérique reste exploitable malgré des perturbations.
• L’immunité au bruit est présentée comme valable pour l’information numérique, pas pour la forme analogique continue.
• La question du cours vise à distinguer précision de la forme et robustesse de l’information codée.

💡 Astuce mémo

Moins précis en forme, mais plus robuste à cause du codage.

📖 5. Échantillonnage et convertisseur analogique-numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Échantillonnage : L’échantillonnage consiste à prélever périodiquement des valeurs d’un signal analogique.
• Convertisseur analogique-numérique (CAN) : Le CAN transforme un signal analogique en une suite de valeurs numériques en prélevant des échantillons.
• Période d’échantillonnage : La période d’échantillonnage est l’intervalle de temps entre deux prélèvements successifs du signal.
• Blocage de la valeur : Le blocage de la valeur correspond au maintien de la valeur échantillonnée pendant la durée de la période.

📝 Points essentiels

• Lors de l’échantillonnage, le CAN prélève des échantillons à intervalles de temps égaux Te.
• Chaque valeur échantillonnée est bloquée pendant la durée Te jusqu’au prélèvement suivant.
• Le prélèvement se fait sur le signal analogique à des instants séparés par Te.
• Le cours relie l’échantillonnage à une suite de valeurs issues du signal analogique.
• Le schéma d’échantillonnage montre à la fois les prélèvements et le maintien (blocage) des valeurs.

💡 Astuce mémo

CAN = prélève puis bloque Te.

📖 6. Période et fréquence d’échantillonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Période d’échantillonnage Te : Te est l’intervalle de temps entre deux échantillons successifs.
• Fréquence d’échantillonnage fe : fe est le nombre de prélèvements effectués par seconde.
• Relation fe et Te : La relation entre fe et Te relie le rythme des prélèvements à l’intervalle de temps.

📝 Points essentiels

• La fréquence d’échantillonnage fe se mesure en hertz (Hz).
• fe correspond au nombre de prélèvements par seconde.
• La période d’échantillonnage Te correspond à l’intervalle de temps entre deux prélèvements.
• Le cours donne la relation f = 1 / T.
• La relation relie directement le rythme (fréquence) au pas temporel (période).
• Le symbole utilisé relie la fréquence à la période d’échantillonnage.

💡 Astuce mémo

fe = 1/Te : plus Te est grand, moins on échantillonne.

📖 7. Influence de la fréquence d’échantillonnage sur le son

🔑 Notions clés & Définitions

• Son pur : Un son pur est un signal sonore correspondant à une fréquence unique.
• Générateur (GBF) : Le GBF est utilisé pour produire un signal électrique sinusoïdal de fréquence choisie.
• Fréquence du son : La fréquence du son correspond à la fréquence du signal sinusoïdal simulant le son pur.

📝 Points essentiels

• Le cours simule un son pur de 500 Hz à l’aide d’un générateur.
• Le GBF est réglé pour délivrer un signal sinusoïdal de fréquence f = 500 Hz.
• L’amplitude du GBF est réglée à mi-course dans l’activité.
• Le signal du GBF est relié à la centrale d’acquisition Sysam-SP5° entre la voie EA0 et la masse.
• Le logiciel LatisPro est utilisé pour paramétrer l’acquisition en mode temporel.
• La fréquence d’échantillonnage est étudiée via des acquisitions paramétrées par le logiciel.

💡 Astuce mémo

Son pur 500 Hz : GBF sinusoïde, puis acquisition.

📖 8. Durée d’acquisition et nombre de points

🔑 Notions clés & Définitions

• Durée totale d’acquisition Δt : Δt est la durée globale pendant laquelle le système enregistre le signal.
• Nombre de points N : N est le nombre total d’échantillons (points) enregistrés pendant la durée d’acquisition.
• Période d’échantillonnage Te : Te est l’intervalle de temps entre deux points successifs enregistrés.

📝 Points essentiels

• La durée totale d’acquisition Δt est reliée au nombre de points N et à Te par Δt = N × Te.
• Le cours fixe la durée totale de toutes les acquisitions à Δt = 10 ms.
• Le mode d’acquisition utilisé est « Temporelle » lors de la configuration.
• Le paramétrage active la voie EA0 dans le logiciel d’acquisition.
• Le nombre de points dépend donc de N et du choix de Te pour respecter Δt.
• La relation Δt = N × Te relie directement le temps d’enregistrement au rythme d’échantillonnage.

💡 Astuce mémo

Δt = N × Te : temps = points × pas de temps.

📊 Tableaux de synthèse

Analogique vs numérique

Aspect	Analogique	Numérique
Variation	Continue	Discrète
Représentation	Courbe sans sauts	Suite de valeurs avec sauts
Précision (forme)	Plus précis dans l’exemple	Moins précis dans l’exemple
Robustesse au bruit	Moins mis en avant	Immunité au bruit mise en avant

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre la précision de la forme (signal numérique moins précis que l’analogique) avec la robustesse de l’information (immunité au bruit).
2. Croire que « numérique » signifie « sans bruit » : le document montre un signal numérique bruité reçu avec des fluctuations.
3. Inverser la relation entre période et fréquence : il faut utiliser fe = 1 / Te (ou f = 1 / T selon la notation du cours).
4. Confondre Δt et Te : Δt est la durée totale, Te est l’intervalle entre deux échantillons.
5. Penser que N est une durée : N est un nombre de points, et la durée vient de Δt = N × Te.

✅ Checklist Examen

1. Identifier si un signal est analogique ou numérique à partir de sa représentation (continu vs valeurs discrètes avec sauts).
2. Définir correctement un signal, un signal analogique, un signal numérique et le bruit.
3. Expliquer ce que signifie « information binaire » et reconnaître l’exemple 101010101 comme suite de valeurs binaires.
4. Justifier l’idée que les signaux numériques sont plus adaptés à cause de leur immunité au bruit, tout en sachant que la forme numérique est moins précise dans l’exemple.
5. Décrire le rôle du CAN dans l’échantillonnage : prélèvement à intervalles Te et blocage de la valeur pendant Te.
6. Utiliser la relation fe = 1 / Te (ou f = 1 / T) et donner l’unité de fe (Hz).
7. Relier la durée totale d’acquisition à N et Te via Δt = N × Te et appliquer la valeur fixée Δt = 10 ms.
8. Savoir que le cours simule un son pur de 500 Hz avec un GBF réglé à f = 500 Hz et que l’acquisition se fait en mode temporel.