QCM : Traitement numérique du signal (22 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un système enregistre un signal à des instants discrets, mais conserve une amplitude continue et ne la quantifie pas. De quel type de signal s’agit-il ?

Un signal échantillonné
Un signal numérique
Un signal analogique
Un signal quantifié

Un signal échantillonné

Explication

Un signal échantillonné est discret en temps et continu en amplitude. Le signal numérique est discret dans les deux dimensions, le signal quantifié a une amplitude discrète avec un temps continu, et le signal analogique est continu dans les deux dimensions.

2. Un signal analogique contient des fréquences allant jusqu’à 6 kHz. Quelle condition la fréquence d’échantillonnage doit-elle respecter pour satisfaire le théorème de Shannon ?

Être supérieure à 12 kHz
Être égale à 12 kHz
Être égale à 6 kHz
Être supérieure à 3 kHz

Être supérieure à 12 kHz

Explication

La fréquence d’échantillonnage doit être supérieure au double de la fréquence maximale : ici, elle doit donc dépasser 12 kHz. Une fréquence égale à 12 kHz ne respecte pas la condition stricte, tandis que 6 kHz et 3 kHz sont insuffisantes.

3. Après l’échantillonnage, quel rôle le CAN joue-t-il pour rendre les valeurs utilisables par un système numérique ?

Transformer les échantillons en codes binaires formant une séquence numérique
Effectuer les opérations mathématiques sur les séquences numériques
Transformer un code numérique en tension analogique proportionnelle
Restituer les valeurs analogiques à des instants continus

Transformer les échantillons en codes binaires formant une séquence numérique

Explication

Le CAN convertit les échantillons analogiques en codes binaires afin de former une séquence numérique. La conversion d’un code en tension relève du CNA, tandis que les opérations sur les séquences relèvent du calculateur.

4. Dans une installation, le signal est d’abord acquis, puis traité par un calculateur, et enfin reconverti en signal analogique. Quel ordre décrit la chaîne de traitement numérique ?

Traitement numérique, acquisition, restitution analogique
Acquisition, restitution analogique, traitement numérique
Acquisition, traitement numérique, restitution analogique
Acquisition, conversion analogique-numérique, restitution analogique

Acquisition, traitement numérique, restitution analogique

Explication

La chaîne comprend l’acquisition, le traitement numérique, puis la restitution du signal analogique. Placer la restitution avant le traitement inverse l’ordre fonctionnel, et la conversion analogique-numérique ne remplace pas l’étape de traitement.

5. Un code numérique doit être restitué sous forme d’une tension analogique. Quel composant effectue cette conversion et quelle relation lie la tension au code ?

Le CNA produit une tension indépendante du code
Le CNA produit une tension proportionnelle au code
Le calculateur produit une tension proportionnelle au code
Le CAN produit une tension proportionnelle au code

Le CNA produit une tension proportionnelle au code

Explication

Le CNA transforme le code numérique en une tension analogique proportionnelle à ce code. Le CAN réalise la conversion inverse, et le calculateur traite des séquences numériques plutôt que d’assurer directement cette restitution.

6. Pour un signal échantillonné avec une période Te=0,2 sT_e=0{,}2\,\text{s}, on mesure yn=3,4y_n=3{,}4 et yn−1=2,8y_{n-1}=2{,}8. Quelle valeur l’approximation d’Euler donne-t-elle pour la dérivée au temps nTenT_e ?

3 s−13\,\text{s}^{-1}
0,6 s−10{,}6\,\text{s}^{-1}
−3 s−1-3\,\text{s}^{-1}
0,12 s−10{,}12\,\text{s}^{-1}

$$3\,\text{s}^{-1}$$

Explication

L’approximation est yn−yn−1Te\frac{y_n-y_{n-1}}{T_e} ; ici, 3,4−2,80,2=3 s−1\frac{3{,}4-2{,}8}{0{,}2}=3\,\text{s}^{-1}. La valeur négative inverse la différence, 0,60{,}6 omet la division par TeT_e, et 0,120{,}12 la remplace par une multiplication.

7. Un algorithme linéaire combine l’entrée actuelle, deux entrées antérieures et une sortie antérieure. Quelle forme respecte l’écriture générale d’une équation de récurrence linéaire ?

yn=a0xn+a1yn−1+a2yn−2+b1xn−1y_n=a_0x_n+a_1y_{n-1}+a_2y_{n-2}+b_1x_{n-1}
yn=a0xn+a1xn−1+a2xn−2+b1yn−1y_n=a_0x_n+a_1x_{n-1}+a_2x_{n-2}+b_1y_{n-1}
yn=a0xn+a1xn−1+a2xn−2+b1yny_n=a_0x_n+a_1x_{n-1}+a_2x_{n-2}+b_1y_n
yn=a0xn+a1xn−1+a2xn−2y_n=a_0x_n+a_1x_{n-1}+a_2x_{n-2}

$$y_n=a_0x_n+a_1x_{n-1}+a_2x_{n-2}+b_1y_{n-1}$$

Explication

La forme générale peut associer à la sortie présente des entrées présentes et antérieures ainsi que des sorties antérieures. La forme sans sortie passée omet le terme de rétroaction, celle qui échange les rôles confond les familles de termes, et celle avec yny_n dans le terme de sortie n’utilise pas un échantillon antérieur.

8. Un calculateur produit chaque nouvel échantillon de sortie à partir des entrées actuelle et antérieures ainsi que de la sortie précédente. Comment classe-t-on cet algorithme ?

Un algorithme non récursif
Une équation différentielle
Un algorithme récursif
Une approximation d’Euler

Un algorithme récursif

Explication

Un algorithme est récursif lorsque le calcul de la sortie utilise aussi des échantillons antérieurs de sortie. La catégorie non récursive ne prend en compte que les entrées présentes et antérieures, tandis que l’approximation d’Euler et l’équation différentielle désignent d’autres notions.

9. Pour représenter structurellement un algorithme numérique qui additionne des termes, leur applique des coefficients constants et utilise des échantillons retardés, quels types d’opérations faut-il prévoir ?

Addition, multiplication par un coefficient variable et création d’une comparaison
Addition, multiplication par un coefficient constant et création d’un retard
Multiplication entre échantillons, comparaison et création d’un retard
Addition, dérivation et création d’une intégration

Addition, multiplication par un coefficient constant et création d’un retard

Explication

La représentation structurelle repose sur trois opérations : addition de termes, multiplication par un coefficient constant et création d’un retard. La dérivation et l’intégration ne remplacent pas ces opérations, tandis que la comparaison ou le coefficient variable ne font pas partie des trois types décrits.

10. Dans une séquence échantillonnée de période TeT_e, un bloc de retard est appliqué à un échantillon. Quel effet produit-il ?

Il fournit le même échantillon après une période d’échantillonnage
Il fournit l’échantillon suivant de la séquence
Il réduit la valeur de l’échantillon d’un coefficient constant
Il fournit le même échantillon après plusieurs périodes d’échantillonnage

Il fournit le même échantillon après une période d’échantillonnage

Explication

Un retard décale un terme vers un rang inférieur et correspond à la prise du même échantillon après une période d’échantillonnage. Une réduction d’amplitude relève d’une multiplication par un coefficient, le rang supérieur inverse le sens du décalage, et plusieurs périodes ne correspondent pas au retard décrit.

11. Une séquence causale commence par les échantillons x0=3x_0=3, x1=−1x_1=-1 et x2=2x_2=2. Quels sont les trois premiers termes de sa transformée en z ?

3+2z−1−z−23+2z^{-1}-z^{-2}
3−z−1+2z−23-z^{-1}+2z^{-2}
3z−1−z−2+2z−33z^{-1}-z^{-2}+2z^{-3}
3+z−1−2z−23+z^{-1}-2z^{-2}

$$3-z^{-1}+2z^{-2}$$

Explication

La définition associe à l’échantillon de rang nn le terme xnz−nx_nz^{-n} : les trois termes sont donc 3−z−1+2z−23-z^{-1}+2z^{-2}. Les puissances négatives sont indispensables; les signes des distracteurs changent les valeurs des échantillons ou leur association aux rangs.

12. Une séquence vaut 1 à chaque rang n≥0n\geq 0. Quelle expression représente sa transformée en z ?

zz−1\frac{z}{z-1}
z−1z\frac{z-1}{z}
11
zz+1\frac{z}{z+1}

$$\frac{z}{z-1}$$

Explication

La transformée en z de l’échelon unité est la somme géométrique 1+z−1+z−2+⋯=zz−11+z^{-1}+z^{-2}+\cdots=\frac{z}{z-1}. La valeur 11 correspond à l’impulsion unité; inverser le rapport ou remplacer z−1z-1 par z+1z+1 ne donne pas la transformée de cet échelon.

13. Pour un système échantillonné d’entrée de transformée X(z)X(z) et de sortie de transformée Y(z)Y(z), quel rapport définit sa transmittance ?

Y(z)+X(z)Y(z)+X(z)
X(z)Y(z)\frac{X(z)}{Y(z)}
Y(z)X(z)\frac{Y(z)}{X(z)}
Y(z)X(z)Y(z)X(z)

$$\frac{Y(z)}{X(z)}$$

Explication

La transmittance est définie comme le rapport de la transformée de la sortie à celle de l’entrée, soit H(z)=Y(z)X(z)H(z)=\frac{Y(z)}{X(z)}. Le rapport inverse échange entrée et sortie, tandis que la somme et le produit ne sont pas la définition de la transmittance.

14. On applique une impulsion unité à l’entrée d’un système échantillonné. Quelle relation obtient-on entre la transmittance et la transformée en z de la sortie ?

La transformée de la sortie est égale à z fois la transmittance
La transformée de la sortie est égale à la transmittance multipliée par zz−1\frac{z}{z-1}
La transformée de la sortie est égale à l’inverse de la transmittance
La transformée de la sortie est égale à la transmittance

La transformée de la sortie est égale à la transmittance

Explication

L’impulsion unité a pour transformée 11; puisque Y(z)=H(z)X(z)Y(z)=H(z)X(z), on obtient Y(z)=H(z)Y(z)=H(z). Le facteur zz−1\frac{z}{z-1} correspond à l’échelon unité, et ni un facteur zz ni l’inverse de la transmittance ne découlent de cette entrée.

15. Un système est décrit par yn=3xn+2yn−1y_n=3x_n+2y_{n-1}. En appliquant le retard en z et en isolant les transformées de sortie et d’entrée, quelle transmittance obtient-on ?

31−2z−1\frac{3}{1-2z^{-1}}
31+2z−1\frac{3}{1+2z^{-1}}
3+2z−11\frac{3+2z^{-1}}{1}
1−2z−13\frac{1-2z^{-1}}{3}

$$\frac{3}{1-2z^{-1}}$$

Explication

Le retard donne Y(z)=3X(z)+2z−1Y(z)Y(z)=3X(z)+2z^{-1}Y(z); en regroupant, Y(z)(1−2z−1)=3X(z)Y(z)(1-2z^{-1})=3X(z), donc H(z)=31−2z−1H(z)=\frac{3}{1-2z^{-1}}. Le signe plus oublie que le terme retardé est déplacé du membre de droite au membre de gauche; le numérateur avec retard omet son effet sur la sortie, et le rapport inverse échange sortie et entrée.

16. Un capteur produit un signal contenant une oscillation utile et des variations rapides parasites. Quel est le rôle du filtrage numérique dans ce traitement ?

Atténuer relativement certaines fréquences pour mieux extraire l’information utile
Supprimer toutes les variations du signal afin de ne conserver qu’une valeur constante
Convertir le signal numérique en signal analogique pour réduire les parasites
Amplifier toutes les fréquences de la même manière pour renforcer le signal

Atténuer relativement certaines fréquences pour mieux extraire l’information utile

Explication

Le filtrage numérique sélectionne une gamme de fréquences en atténuant relativement les autres, ce qui aide à extraire une information utile ou à améliorer la qualité du signal. L’amplification uniforme ne sélectionne pas les fréquences, la conversion analogique relève d’une autre opération et la suppression de toute variation ne correspond pas au filtrage décrit.

17. Dans un algorithme, la sortie courante est calculée à partir des entrées courante et précédente, sans utiliser de sorties passées. Comment classer ce filtre ?

Filtre non récursif
Filtre à réponse impulsionnelle infinie
Filtre récursif
Filtre à pôles hors du cercle unité

Filtre non récursif

Explication

Un filtre non récursif calcule sa sortie uniquement à partir des échantillons d’entrée. Un filtre récursif utilise aussi des sorties antérieures ; le nombre d’entrées employées et la stabilité ne déterminent pas à eux seuls cette distinction.

18. La réponse impulsionnelle d’un filtre ne devient jamais exactement nulle après un nombre fini d’échantillons. Quelle catégorie cela définit-il ?

Filtre non récursif à réponse impulsionnelle finie
Filtre à réponse impulsionnelle finie
Filtre dont la réponse impulsionnelle ne tend pas vers zéro
Filtre à réponse impulsionnelle infinie

Filtre à réponse impulsionnelle infinie

Explication

Un filtre RII possède une réponse impulsionnelle qui ne s’annule pas en un nombre fini d’échantillons, même si elle peut tendre vers zéro. Une réponse RIF s’annule après un nombre fini d’échantillons ; la récursivité et la convergence vers zéro sont des distinctions différentes.

19. Un filtre RII possède des pôles de modules 0,60{,}6 et 1,021{,}02. Quelle conclusion découle du critère de stabilité des filtres RII ?

Le filtre est stable, car les pôles de module proche de un sont admissibles
Le filtre est instable, car un pôle est à l’extérieur du cercle unité
La stabilité est indéterminée sans connaître les zéros de la transmittance
Le filtre est stable, car au moins un pôle est à l’intérieur du cercle unité

Le filtre est instable, car un pôle est à l’extérieur du cercle unité

Explication

Un filtre RII est stable si tous ses pôles ont un module strictement inférieur à un ; le pôle de module 1,021{,}02 viole ce critère. Vérifier un seul pôle ou considérer les zéros ne suffit pas, et un module supérieur à un n’est pas admissible.

20. Pour obtenir la réponse fréquentielle complexe d’un filtre numérique, quel changement de variable faut-il appliquer à sa transmittance, pour une fréquence ff ?

Remplacer zz par ejfTee^{j fT_e}
Remplacer zz par e2πfTee^{2\pi fT_e}
Remplacer zz par ej2πfTee^{j2\pi fT_e}
Remplacer zz par e−j2πfTee^{-j2\pi fT_e}

Remplacer $$z$$ par $$e^{j2\pi fT_e}$$

Explication

La réponse fréquentielle s’obtient en posant z=ejωTez=e^{j\omega T_e}, avec ω=2πf\omega=2\pi f, d’où z=ej2πfTez=e^{j2\pi fT_e}. Omettre le facteur 2π2\pi confond fréquence et pulsation, omettre jj retire le caractère complexe, et le signe négatif inverse la convention donnée.

21. À une fréquence donnée, un filtre a un module ∣H(z)∣=0,5|H(z)|=0{,}5. Quel est son gain en décibels selon la formule du gain ?

Environ −6,0 dB-6{,}0\,\mathrm{dB}
Environ −3,0 dB-3{,}0\,\mathrm{dB}
Environ +3,0 dB+3{,}0\,\mathrm{dB}
Environ +6,0 dB+6{,}0\,\mathrm{dB}

Environ $$-6{,}0\,\mathrm{dB}$$

Explication

Le gain vaut 20log⁡10(0,5)≈−6,0 dB20\log_{10}(0{,}5)\approx -6{,}0\,\mathrm{dB}. Le résultat −3,0 dB-3{,}0\,\mathrm{dB} vient de l’emploi de 10log⁡1010\log_{10}, tandis qu’un module inférieur à un donne un gain négatif, et non positif.

22. Un filtre moyenneur est échantillonné à fe=800 Hzf_e=800\,\mathrm{Hz}. Quelle fréquence de coupure à −3 dB-3\,\mathrm{dB} faut-il attendre ?

400 Hz400\,\mathrm{Hz}
800 Hz800\,\mathrm{Hz}
200 Hz200\,\mathrm{Hz}
100 Hz100\,\mathrm{Hz}

$$200\,\mathrm{Hz}$$

Explication

Pour un filtre moyenneur, fc=fe/4f_c=f_e/4 ; avec fe=800 Hzf_e=800\,\mathrm{Hz}, on obtient fc=200 Hzf_c=200\,\mathrm{Hz}. 400 Hz400\,\mathrm{Hz} correspond à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, tandis que 800 Hz800\,\mathrm{Hz} la reprend directement et 100 Hz100\,\mathrm{Hz} divise par huit.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 53 flashcards sur Traitement numérique du signal.

Quelles dimensions un signal analogique présente-t-il de façon continue ?

Le temps et l’amplitude.

Quelles dimensions un signal échantillonné présente-t-il de façon continue ?

L’amplitude seulement.

Quel auteur et quelle année sont associés au théorème imposant la fréquence minimale d’échantillonnage ?

Shannon, 1949.

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