Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 10µs et 200 mesures.

Transcription

1 TP Conversion analogique numérique Les machines numériques qui nous entourent ne peuvent, du fait de leur structure, que gérer des objets s composés de 0 et de. Une des étapes fondamentale de l'interaction entre l'homme et la machine est donc la numérisation des sons, des images et des textes. Elle permet à la machine de pouvoir traiter l'information non numérique du monde qui nous entoure. Nous allons aujourd'hui nous intéresser à la conversion d'un son analogique en numérique. lancer Cassy puis charger le fichier «guitare mi.lab» situé sur (forum) f:\spc\sons. Comme son nom l'indique ce fichier correspond à l'enregistrement d'une corde de mi grave de guitare. C'est un son complexe, qui correspond aux variations de pression de l'air entourant la guitare sur laquelle l'enregistrement à été effectué. Ajuster les axes du (clic droit à gauche et sous les axes) entre -0,029 V et -0,026V en ordonnée et ente 0,5ms et 0,95ms en abscisse. ) Comment peut-on qualifier le observé? Le été transformé en numérique par l'interface d'acquisition cassy. C'est donc une série de mesure faites à intervalles régulier, chaque mesure étant codée en par l'ordinateur. Le logicel Cassy Lab regroupe la série de mesure pour en faire un. 2 ) En s'aidant de l'outil de mesure de différence (clic droit dans le repère, placer une marque mesurer une différence, affichages des résultats en bas à gauche) déterminer le pas temporel minimum et le pas minimum en pour les observé. I) Échantillonnage Nous allons maintenant étudier un sonore simple, pour éviter les problèmes de reproductibilité de l'enregistrement sonore, nous allons connecter un GBF à la voie UA de l'interface d'acquisition. Régler la voie UA sur -0V, 0V en cliquant sur la représentation de l'interface. Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 2ms et 2000 mesures. Réaliser une acquisition. ) La forme du obtenue semble-t-elle correcte? 2 ) En utilisant l'outil «mesurer une différence», déterminer la période puis la fréquence du enregistré. Conclure. Suivre au tableau les explications du professeur grâce à l'animation echantillonage.swf Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 0µs et 2000 mesures. 3 ) La forme du obtenue semble-t-elle correcte? 4 ) En utilisant l'outil «mesurer une différence», déterminer la période puis la fréquence du enregistré. Conclure... Le critère de Shannon précise que pour réaliser un échantillonnage de qualité, il est nécessaire que la fréquence de l'échantillonneur soit supérieure ou égale au double de la fréquence du F échantilloneur 2 F 5 ) Déterminer dans les deux cas précédents les fréquences du et de l'échantillonneur et conclure. Régler le GBF sur un sinusoïdal de fréquence 500kHz et de crête à crête 5V. Réalisez une acquisition de ce en réglant vous même les paramètres de mesure. 6 ) Cette acquisition est-elle réalisable? Quelle limite est atteinte? II) Résolution du convertisseur A) Résolution sous CASSY Nous allons maintenant nous intéresser à la résolution en du convertisseur analogique-numérique compris dans l'interface d'acquisition Cassy. Pour cela nous allons réaliser l'acquisition du du GBF en utilisant deux echelle de différentes et comparer ces deux s. Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 0µs et 200 mesures. Réglant la voie UA sur -3V, 3V puis réaliser une acquisition. Réglant la voie UA sur -00V, 00V puis réaliser une nouvelle acquisition sans effacer la précédente. ) Quelle différence apparaît entre les deux signaux? Comment expliquer une telle différence. Nous allons maintenant enregistrer le parasite apparaissant à vide sur la voie UA de cassy, pour cela déconnecter le GBF de la voie UA. Pour chacun des réglages suivants : (-0,3V;0,3V), (-3V;3V) et (-00V;00V), réaliser une acquisition puis utiliser le zoom et l'outil mesure de différence pour déterminer la plus petite variation de observée sur le.

2 2 ) Compléter le tableau ci-dessous -0,3V ; 0,3V -3V ; 3V Intervalle de Résolution de l'acquisition Nombre de mesures possibles Nombre de bits pour coder les mesures -00V ; 00V B) principe de fonctionnement du Convertisseur Analogique Numérique Le principe de nombreux convertisseurs analogique-numérique est basé sur la comparaison entre la à numériser et une de référence. Cette de référence est générée à partir d'un qui est ensuite utilisé après la comparaison comme valeur numérique du analogique. Cette opération est renouvelée à chaque pas de l'échantillonnage et génère ainsi un tableau. Horloge générant un etc... 0 Générateur de partir d'un numérique numériser de référence Comparateur Dès que la de référence est supérieur au analogique, on récupère le mot 0 Réaliser le montage ci-contre en réglant le générateur de sur 0V. Coder successivement chaque mot proposé dans le tableau en utilisant les interrupteurs I, I 2 et I 3 puis mesurer la correspondante avec le voltmètre. ) Compléter la colonne «mesurée» du tableau. 2 ) Compléter la colonne valeur décimal en convertissant le mot en base 0. 3 ) Quelle est la résolution de notre convertisseur? 4 ) Comment augmenter la résolution de notre convertisseur? C) Étude de documents Le son numérique Mot Valeur décimale mesurée 0 0 Compte tenu des contraintes théoriques de restitution d'un analogique de bonne qualité (pour l'oreille humaine) à partir d'un 0 échantillonné (théorème de Shannon), on a imposé aux CD audio un format de stockage du son ayant les données suivantes : Fréquence d'échantillonnage : 44, khz Données codées sur 6 bits Son stéréo 0 Ceci signifie que les échantillons prélevés sur le morceau de musique à numériser sont prélevés à la cadence de 44, khz, qu'ils sont codés sur 6 bits et que le son est stéréo soit pour un échantillon donné, la nécessité de stocker les voies droite et gauche. Avec ce standard, combien de place prend une minute de musique? [...] Il faut environ 0 Mo pour stocker une minute de musique!!!. On voit qu'un audio stocké sur un support numérique prend beaucoup de place d'où l'idée de chercher à le compresser et l'apparition de la norme MP3. )a) Comment peut-on justifier la fréquence d'échantillonnage choisie pour le son numérique? b) Pourquoi une fréquence supérieure n'améliorerai-t-elle pas sensiblement la qualité du son? 2 ) Chaque canal (droite et gauche) étant codé sur 6 bits, combien de valeurs de s sont ainsi codées? 3 ) Justifier la phrase en gras en s'appuyant sur un calcul simple. I 3 (2 2 ) I 2 (2 ) I (2 0 )

3

4 CORRECTION Conversion analogique numérique Les machines numériques qui nous entourent ne peuvent, du fait de leur structure, que gérer des objets s composés de 0 et de. Une des étapes fondamentale de l'interaction entre l'homme et la machine est donc la numérisation des sons, des images et des textes. Elle permet à la machine de pouvoir traiter l'information non numérique du monde qui nous entoure. Nous allons aujourd'hui nous intéresser à la conversion d'un son analogique en numérique. lancer Cassy puis charger le fichier «guitare mi.lab» situé sur (forum) f:\spc\sons. Comme son nom l'indique ce fichier correspond à l'enregistrement d'une corde de mi grave de guitare. C'est un son complexe, qui correspond aux variations de pression de l'air entourant la guitare sur laquelle l'enregistrement à été effectué. Ajuster les axes du (clic droit à gauche et sous les axes) entre -0,029 V et -0,026V en ordonnée et ente 0,5ms et 0,95ms en abscisse. ) Comment peut-on qualifier le observé? Le observé est affine par morceaux Le été transformé en numérique par l'interface d'acquisition cassy. C'est donc une série de mesure faites à intervalles régulier, chaque mesure étant codée en par l'ordinateur. Le logicel Cassy Lab regroupe la série de mesure pour en faire un. 2 ) En s'aidant de l'outil de mesure de différence (clic droit dans le repère, placer une marque mesurer une différence, affichages des résultats en bas à gauche) déterminer le pas temporel minimum et le pas minimum en pour les observé. Pas temporel 0,0ms ; pas en 0,5mV voir écran ci-contre I) Échantillonnage Nous allons maintenant étudier un sonore simple, pour éviter les problèmes de reproductibilité de l'enregistrement sonore, nous allons connecter un GBF à la voie UA de l'interface d'acquisition. Régler la voie UA sur -0V, 0V en cliquant sur la représentation de l'interface. Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 2ms et 2000 mesures. Réaliser une acquisition. ) La forme du obtenue semble-t-elle correcte? Forme ok une belle sinusoïde 2 ) En utilisant l'outil «mesurer une différence», déterminer la période puis la fréquence du enregistré. Conclure. T=,47s f=0.68hz!!!! le que l'on visualise n'est pas le fournit par le GBF, il y a un probleme d'échantillonnage Suivre au tableau les explications du professeur grâce à l'animation echantillonage.swf démonstration de ce qui s'est passé lors de cette acquisition, avec l'animation joint au mail ou l'on voit le d'origine et le échantillonné. Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 0µs et 2000 mesures. 3 ) La forme du obtenue semble-t-elle correcte? Forme ok une belle sinusoïde 4 ) En utilisant l'outil «mesurer une différence», déterminer la période puis la fréquence du enregistré. Conclure... cette fois la période et la fréquence sont correctes l'échantillonnage est correct Le critère de Shannon précise que pour réaliser un échantillonnage de qualité, il est nécessaire que la fréquence de l'échantillonneur soit supérieure ou égale au double de la fréquence du F échantilloneur 2 F 5 ) Déterminer dans les deux cas précédents les fréquences du et de l'échantillonneur et conclure. F = 500Hz F ech =/ms=000hz F ech2 =/0µs=00kHz Régler le GBF sur un sinusoïdal de fréquence 500kHz et de crête à crête 5V. Mot I 3 (2 2 ) I 2 (2 ) I (2 0 ) Valeur décimale mesurée 0 0, , , , , ,57 7 0

5 Réalisez une acquisition de ce en réglant vous même les paramètres de mesure. 6 ) Cette acquisition est-elle réalisable? Quelle limite est atteinte? La fréquence d'échantillonnage max de cassy est 00kHz on ne peut donc pas respecter le critère de Shannon, on a atteint la limite de notre échantillonneur II) Résolution du convertisseur A) Résolution sous CASSY Nous allons maintenant nous intéresser à la résolution en du convertisseur analogique-numérique compris dans l'interface d'acquisition Cassy. Pour cela nous allons réaliser l'acquisition du du GBF en utilisant deux echelle de différentes et comparer ces deux s. Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 0µs et 200 mesures. Régler la voie UA sur -3V, 3V puis réaliser une acquisition. Régler la voie UA sur -00V, 00V puis réaliser une nouvelle acquisition sans effacer la précédente. Exemple d'acquisitions ci dessous ) Quelle différence apparaît entre les deux signaux? Comment expliquer une telle différence. Il y a une différence de forme, le premier est normal le deuxième présente des «marches» des «échelons». le pas en dont on a parlé en introduction n'est pas adapté dans le deuxième cas. Nous allons maintenant enregistrer le parasite apparaissant à vide sur la voie UA de cassy, pour cela déconnecter le GBF de la voie UA. Pour chacun des réglages suivants : (-0,3V;0,3V), (-3V;3V) et (-00V;00V), réaliser une acquisition puis utiliser le zoom et l'outil mesure de différence pour déterminer la plus petite variation de observée sur le. 2 ) Compléter le tableau ci-dessous Intervalle de Résolution de l'acquisition Nombre de mesures possibles Nombre de bits pour coder les mesures -0,3V ; 0,3V 0,6V 0,000V V ; 3V 6V 0,00V V ; 00V 200V 0,05V B) principe de fonctionnement du Convertisseur Analogique Numérique Le principe de nombreux convertisseurs analogique-numérique est basé sur la comparaison entre la à numériser et une de référence. Cette de référence est générée à partir d'un qui est ensuite utilisé après la comparaison comme valeur numérique du analogique. Cette opération est renouvelée à chaque pas de l'échantillonnage et génère ainsi un tableau. Horloge générant un etc... 0 Générateur de partir d'un numérique numériser de référence Comparateur Dès que la de référence est supérieur au analogique, on récupère le mot 0 Réaliser le montage ci-contre en réglant le générateur de sur 0V. Coder successivement chaque mot proposé dans le tableau en utilisant les interrupteurs I, I 2 et I 3 puis mesurer la correspondante avec le voltmètre. ) Compléter la colonne «mesurée» du tableau.

6 Désolé pas encore testé mais c'est un classique, ces «mesures» sont donc des résultats de calculs... 2 ) Compléter la colonne valeur décimale en convertissant le mot en base 0. 3 ) Quelle est la résolution de notre convertisseur? 4 ) Comment augmenter la résolution de notre convertisseur? En augmentant le nombre d'étage du convertisseur, (résistances et interrupteur) pour coder sur 4, 5 etc.. bits

7 C) Étude de documents Le son numérique Compte tenu des contraintes théoriques de restitution d'un analogique de bonne qualité (pour l'oreille humaine) à partir d'un échantillonné (théorème de Shannon), on a imposé aux CD audio un format de stockage du son ayant les données suivantes : Fréquence d'échantillonnage : 44, khz Données codées sur 6 bits Son stéréo Ceci signifie que les échantillons prélevés sur le morceau de musique à numériser sont prélevés à la cadence de 44, khz, qu'ils sont codés sur 6 bits et que le son est stéréo soit pour un échantillon donné, la nécessité de stocker les voies droite et gauche. Avec ce standard, combien de place prend une minute de musique? [...] Il faut environ 0 Mo pour stocker une minute de musique!!!. On voit qu'un audio stocké sur un support numérique prend beaucoup de place d'où l'idée de chercher à le compresser et l'apparition de la norme MP3. )a) Comment peut-on justifier la fréquence d'échantillonnage choisie pour le son numérique? Le son audible va jusqu'à 20kHz, d'apres le critère de shannon il est inutile d'aller au dela de 2f soit environ 40kHz. b) Pourquoi une fréquence supérieure n'améliorerai-t-elle pas sensiblement la qualité du son? Si on augmente la fréquence on pourra numériser des son au dessus de 20kHz.des ultrasons! 2 ) Chaque canal (droite et gauche) étant codé sur 6 bits, combien de valeurs de s sont ainsi codées? Sur 6 bits on peut coder valeurs soit valeurs 3 ) Justifier la phrase en gras en s'appuyant sur un calcul simple. On remarque que 6 bits correspondent à 2 octet. Pour coder une minute de son il faut : 60*4400*2*2= soit environ 0Mo matos GBF (les «nouveaux» pour éviter de sortir les oscillos pour faire les réglages) Cassy générateur de constante réglable voltmètre plaquette 4 inter +3R et 5 2R 3 petits fils rouges 4 petits fils noirs 2 jumper opou petits fils