On numérise un son pour faciliter son stockage, être modifié et son transport.
Pour convertir un signal sonore d’analogique à numérique on suit la chaîne suivante :
Cette conversion analogique numérique (CAN) la chaîne d’information suivante :
- acquisition : un capteur (micro) qui transforme l’onde analogique en signal électrique
- conversion : le signal électrique en code binaire
- transport : Le signal numérique est alors facilement transportable
- restitution : pour passer du code binaire au signal analogique la chaîne dans l’autre sens (CNA) en remplaçant le micro par des enceintes.
Les signaux sonores analogiques sont des signaux continus, c’est à dire sans interruption dans le temps.
Les appareils numériques utilisent le code binaire, 0 ou 1, on passe alors à un signal discret c’est à dire non continu.
Pour cela on choisit une fréquence d’échantillonnage, fe.
Cette fréquence fixe le temps,Te, entre deux échantillons.
fe =
À chaque échantillon on associe une valeur en binaire reliée à l’intensité.
Cette valeur est liée au nombre de bits : si la quantification est en 8 bits alors on 2 8 = 256 valeurs.
Exemples :
1) La quantification consiste à affecter une valeur numérique à chaque échantillon prélevé (point sur le graphe).
Pour chaque point on attribue une valeur quantifiée qui correspond à nombre en binaire.
Schématisé le signal numérique sur le graphe.
2) Recommençons la quantification avec un pas plus petit : p = 1 mV pour avoir une meilleure résolution.
Les enregistrements ont plusieurs « voies » n c’est à dire plusieurs sources sonores.
Par exemple en mono on a une voie, en stéréo deux voies, ...
Pour estimer la taille d’un fichier audio on utilise la formule suivante :
N =
Plus la fréquence et la quantification sont élevées plus le signal sera fidèle mais le fichier sera plus volumineux.
Exemple
Estimer la taille d’un fichier de 3 minutes en stéréo dont la fréquence d’échantillonnage est de 40 000 Hz et la quantification de 4 bits.
Cliquer sur le lien suivant : ici
Mettre les réglages suivants :
Quantification 3 bits et la fréquence d’échantillonnage au minimum (curseur à droite)
Questions :
1) Donner le nombre de valeur possible pour l’intensité (grandeur)
2) Cela correspond-t-il au nombre attendu ?
3) Sachant que le signal dure 10 ms donner T e et calculer f e.
4) Le signal est enregistré en mono (1 voie) calculer la taille du fichier.
Reprendre les questions avec une quantification de 4 bits et la fréquence d’échantillonnage au maximum (curseur à gauche)
aide : dans ce cas il y a 58 carreaux.
Exercice
Soit le courbe analogique suivante (en noir) et le résultat de sa conversion numérique (en vert) :
1) Sur combien de bits travaille ce convertisseur A/N (amplitude) ?
2) Combien de valeurs différentes sont-elles possibles (amplitude) ?
3) Déterminez la période d’échantillonnage Te utilisée par ce convertisseur.
4) Calculez la fréquence d'échantillonnage.
5) Sachant que les valeurs max et min du signal analogique sont 2V et – 2V, calculez le pas de ce convertisseur.
6) Pour mémoriser le signal numérique correspondant à ces 4ms, combien de bits de données va-t-on avoir ?
7) Si le signal total dure maintenant 5 minutes, combien de bits de données seront nécessaires pour mémoriser numériquement le signal?