Fiche de révision : 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

⚠️ 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.