Fonctionnalités classiques (et non exhaustives) Partie 1
Les éléments qui suivent sont appréhendés sous l'angle fonctionnel. Les composants physiques qui les réalisent ont des limites physiques importantes à comprendre qui seront abordées au fur et à mesure. L'étude des structures généralement électriques qui réalisent les fonctions relèvent du « génie électrique ». Même si nous faisons ça ou là une incursion dans cet univers, il n'est toutefois pas l'objet de ce cours. Nous nous contentons de faire ici une liste à la Prévert et nous reviendrons plus tard au gré des besoins sur certaines notions esquissées ici.
Fonctionnalités bas niveau
Capteur / transducteur : les signaux les plus « plastiques » en ce sens qu'ils donnent lieu à une multiplicité de traitements relativement aisés sont les signaux électriques. Peu de signaux sont électriques natifs. Il convient donc de les convertir en signal électrique, tension ou courant. C'est le rôle du capteur appelé aussi transducteur plus rarement senseur (de l'anglais sensor). On utilise en général un effet physique ou une loi ou encore une combinaison de lois qui conduit à une relation finale dans l'idéal de proportionnalité entre le signal d'origine et son équivalent électrique. Du point de vue des fonctions mathématiques qui les représentent, elles ont même allure ou même forme, elles son analogues. On comprend à présent pourquoi on parle de signal analogique qui par abus de langage désigne aujourd'hui les signaux continus à variations temporelles (ou spatiales) continues.
Exemple : Microphone électrostatique
Le microphone est un capteur très répandu.
L'adjectif "électrostatique" est relatif à son principe de fonctionnement. La surpression acoustique fait vibrer une armature d'un condensateur et cette vibration est convertie en tension électrique analogique qu'on peut visualiser à l'oscilloscope.
Exemple : Réversibilité d'un dispositif
Les principes physiques à la base de la transduction peuvent être réversibles. Le haut parleur fonctionne aussi en capteur acoustique.
Exemple : Diamant d'une platine vinyle
Le diamant suit le profil du microsillon au gré de la rotation du disque. Le signal acoustique est codé spatialement sur le disque par les variations de hauteur du profil.
Le filtrage peut être réalisé indifféremment de manière analogique ou numérique.
Echantillonneur/bloqueur : pour assurer la numérisation au sens de la double discrétisation (cf. supra), il faut l'échantillonner puis effectuer une conversion analogique numérique. Concrètement, l'échantillonnage consiste à « figer » la valeur analogique d'un signal à un instant précis. On peut réaliser cette opération sur le plan de son principe en chargeant un condensateur en fermant un interrupteur qui le connecte au signal pendant un temps bref. Si la résistance série du condensateur est faible, la charge est rapide (mais pas instantanée). Lorsqu'on ouvre l'interupteur, la tension à ses bornes représente la valeur analogique échantillonnée du signal. Une fois échantillonnée, la tension analogique doit être numérisée par un convertisseur analogique numérique et pour ce faire, la tension échantillonnée doit rester constante pendant toute la durée de conversion. C'est le rôle du bloqueur.
Il existe bien d'autres fonctionnalités de haut niveau qu'on désigne généralement par « traitement du signal ». On évoquera pour conclure :
Débruiter : Le capteur d'entrée relève le signal d'intérêt mais aussi toutes sortes de signaux superposés au signal utile, indésirables dont il faut se débarrasser. On désigne l'ensemble de ces signaux indésirables par « bruit » par analogie avec le son à capter (désirable, la conversation de votre interlocuteur au restaurant) versus l'ensemble des signaux acoustiques de l'ambiance sonore du restaurant qui dérange la bonne perception du signal utile. On dira ainsi qu'une image est « bruitée ». Par ailleurs, la notion de bruit dépend du point de vue. Les rayons cosmiques perturbent les radiocommunications entre un avion et la tour de contrôle et sont pour les navigateurs aériens du bruit... mais pour les physiciens des particules, ça pourra être du signal utile.
Compresser : Une fonctionnalité assez moderne et capitale en traitement numérique des signaux est la compression. Les signaux numériques prennent de la place dans les mémoires. Un disque CD occupe environ 640 Mo (pour un peu plus d'une heure de musique). Moyennant des mathématiques avancées (que nous verrons plus loin), il est possible de compresser ce volume à typiquement 64 Mo sans perte notable de la qualité acoustique.
