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La numérisation du son

En 5 minute

Sommaire.

1.Qu'est ce qu'un son ?.

3.Signale analogique et numérique.

6.Quantification

2. Codage binaire.

4.De l'analogie au numérique

5.Echantillonage

01.

Qu'est ce que le son ?

Le son est tout d'abord un phénomène physique.
Il provient des vibrations des molécules d'air qui se propagent dans l'air, dans l'eau ou dans un autre milieu formant ainsi des sons.

Ceux-ci sont ensuite captés par nos oreilles(tympan) et transmis au cerveau qui les décode ensuite.

Exemple avec un diapason

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Le son se mesure grâce à deux paramètres qui le caractèrise:

La hauteur (grave, aigu) qui est associée à la fréquence et se mesure en hertz (Hz).
Plus un son est grave, plus sa fréquence est basse, plus il est aigu, plus sa fréquence est élevée.

L’intensité (fort, faible) qui se mesure en décibel (dB).

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Le chien dont l'ouïe est particulièrement développée peut entendre un son faible émis à plusieurs dizaines de mètres .
Cette particularité s’explique par sa capacité à percevoir les ultrasons, de 20 000 à 50 000 hertz, et les infrasons, dont la fréquence est inférieure à 20 hertz

En comparaison, l’ouïe de l’homme, bien moins développée, est capable de percevoir entre 16 000 et 30 000 hertz.

Les chauves-souris utilisent un système d’écholocation. Elles émettent des sons très aigus à l’aide de leurs cordes vocales. Ces ultrasons transmis par la gueule ont une fréquence oscillante entre ≈ 8 000 et 120 000 hertz .

Le codage binaire

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Le codage est une opération consistant à représenter des informations à l'aide d'un code

Il s'effectue en binaire utilisant exclusivement des suites de 0 et 1 appelé bit.Les ordinateurs fonctionnent suivant une logique binaire.

C'est la plus petite unité d'information manipulable numérique. Il permet de stocker un caractère, tel qu'une lettre, un chiffre

Un mot est groupe de "n" bits.
8 bits s'appelle un octet.

Signal analogique et numérique

03.


À l’aide d’un micro, un son peut être capté et converti en un signal analogique
modélisé mathématiquement par une fonction représentant, par exemple une tension en fonction du temps

Un signal analogique est un signal continu dont la valeur varie de façon continue au cours du temps.

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Donc, l'amplitude électrique du signal analogique sera l'image plus ou moins fidèle du signal à enregistrer.

Pendant la copie d'un signal analogique, le signal à enregistrer est retranscris le plus fidèlement possible sur un support (magnétique en général).

Un tel signal présente l'inconvénient d'être sensible à toute perturbation électromagnétique.

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Un signal numérique est un signal qui varie de façon subtil dans le temps. On dit qu'il est quantifié. C'est un signal binaire

Un signal numérique sert uniquement au transport, au stockage et au traitement des données. Le signal numérique est beaucoup plus facile à reproduire que le signal analogique : la copie numérique produit un clone parfait de l'original.

Il est aussi très facile à traiter informatiquement. De plus, un tel signal est insensible aux perturbations électromagnétiques, car les valeurs des tensions sont distinctes. En revanche, lors de la recomposition, le signal d'arrivée n'est pas la copie conforme du signal analogique de départ : il présente des échelettes.

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Exemple d'un signale analogique

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De l'analogie au numérique.

Le signal analogique à enregistrer est converti en signal numérique grâce à un convertisseur analogique/numérique aussi appelé "CAN". Le CAN traduit le signal en une séquence de nombres binaires.

Après cette conversion, le signal numérique n'est plus qu'une suite de 0 et de 1, au contraire de l'analogique, qui peut prendre une infinité de valeurs possibles.

La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée conversion numérique ou encore numérisation. Un signal analogique, pour être converti en signal numérique, doit être numérisé par un CAN.

La numérisation consiste à prélever un certain nombre d'échantillons à une " fréquence d'échantillonnage ", puis à les coder sur un certain nombre de bits, "la quantification ".

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Comment marche l'échantillonage.

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Lors de l'échantillonnage on préleve périodiquement des échantillons d'un signal analogique selon une période que l'on appellera période d'échantillonnage.

La première étape pour numériser le signal consiste à mesurer son amplitude à intervalles de temps réguliers, c'est l'échantillonnage.

Plus la fréquence d'échantillonnage utilisée sera grande, plus les mesures seront fidèles au signal original.

Dans le cas où le nombre d'échantillons par cycle est trop faible, ils peuvent être interprétés comme la représentation d'une forme de signal différente de celle du signal d'origine. Ce problème est connu sous le nom de repliement de spectre

Afin de représenter les détails du signal, il faut prélever un grand nombre de ces échantillons chaque seconde.

Pour éviter ce problème, on utilise le théorème de Shannon : pour pouvoir numériser correctement un signal, il faut échantillonner à une fréquence au moins deux fois plus grande que la fréquence du signal analogique que l'on échantillonne.

Avec le repliement de spectre, le signal de droite sera reconstruit comme un signal de fréquence supérieure, car les échantillons ne sont pas suffisamment nombreux.

Par exemple, la gamme de fréquences de l'audition humaine se situe entre 20 Hz et 20 kHz, soit 20 kHz de bande passante. C'est pourquoi la norme du CD est 44,1 kHz (20 kHz × 2 + 10 % d'erreur).

06.

Quantification

Ce procédé permet d'attribuer à l'amplitude de chaque échantillon un mot binaire unique. La quantité de nombres binaires possibles est la résolution R. Plus le nombre de bits utilisés pour quantifier le signal est grand et plus la numérisation sera précise

La quantification consiste à affecter une valeur numérique à chaque échantillon prélevé.? Le quantificateur détermine dans quel intervalle de quantification l'échantillon se situe, et lui affecte une valeur qui représente le point central de cet intervalle.

En résumé:

Vous avez maintenant les base!

https://cache.media.eduscol.education.fr/file/les_mathematiques_de_l_ES/39/7/RA19_Lycee_G_1_MATH_Enseignement-scientifique_NumerisationCodageSon_1149397.pdf

https://www.assistancescolaire.com/eleve/1re/enseignement-scientifique/reviser-le-cours/1_sci_30

https://www.fondationpourlaudition.org/fr/quest-ce-que-le-son-514

https://fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_num%C3%A9rique_du_signal