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Signaux analogiques et numériques – transmission dans un canal bruité

PhysiqueOscillations et ondes16–17 ans

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Envoyez une forme d’onde ou un court message texte dans un canal bruité comportant plusieurs relais. La copie analogique est amplifiée avec son bruit et se dégrade à chaque tronçon, tandis que les régénérateurs rétablissent exactement les bits numériques tant que le bruit ne franchit pas le seuil. Un onglet d’échantillonnage règle la fréquence d’échantillonnage et la résolution pour montrer l’erreur de quantification et la taille du fichier, et un autre code le texte en impulsions lumineuses dans une fibre optique ou en impulsions sonores dans l’air.

Leçon : Signaux analogiques et numériques ; bruit, répéteurs et régénération du signal ; échantillonnage et quantification ; transmettre une information par impulsions lumineuses et sonores

Ce qu’elle montre

Toute liaison de communication ajoute du bruit. Un signal analogique peut prendre n’importe quelle valeur : un relais ne peut qu’amplifier ce qui arrive, bruit compris, et le bruit s’accumule d’une liaison à l’autre. Un signal numérique n’utilise que deux niveaux : un régénérateur décide si chaque impulsion est au-dessus ou au-dessous d’un seuil et renvoie une impulsion propre, si bien que le message survit tant que le bruit ne franchit pas le seuil. Pour numériser un signal, on l’échantillonne et on le quantifie ; plus d’échantillons et plus de bits par échantillon réduisent l’erreur mais grossissent les fichiers.

Mode d’emploi

Dans l’onglet Canal bruité, choisissez Forme d’onde ou Message texte, réglez Bruit par liaison et Relais, appuyez sur Envoyer puis déplacez Observer pour comparer les copies analogique et numérique après chaque liaison. Dans Échantillonnage, réglez Fréquence d’échantillonnage et Résolution et suivez l’erreur et la taille du fichier. Dans Impulsions lumière et son, tapez un message, choisissez le milieu et appuyez sur Envoyer ; Nouveau bruit donne un autre tirage.

Paramètres modifiables

  • Écran Canal bruité et relais, Échantillonnage et quantification, Texte en impulsions lumineuses ou sonores
  • Signal envoyé Forme d’onde, Message texte
  • Message (8 caractères ASCII au plus)
  • Bruit par liaison (σ rapporté à l’amplitude du signal) 0–100 %
  • Nombre de relais sur le trajet 0–8 relais
  • Fréquence d’échantillonnage 1000–48000 Hz
  • Résolution (bits par échantillon) 1–16 bits
  • Durée de l’enregistrement (pour la taille du fichier) 1–600 s
  • Milieu des impulsions Impulsions lumineuses dans une fibre optique, Impulsions sonores dans l’air
  • Distance 1–1000 m

Questions à explorer

  1. Pourquoi la copie analogique se dégrade-t-elle à chaque relais alors que la copie numérique reste parfaite à faible bruit ?
  2. Comment varie la taille du fichier si vous doublez la fréquence d’échantillonnage et la résolution ?
  3. Pourquoi un seul bit inversé peut-il changer tout un caractère reçu ?

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