samedi 19 décembre 2009

Le signal sonore est transformé en un signal électromagnétique

Introduction

Au fondement même des télécommunications se trouve l'idée de transformer un signal pour pouvoir en assurer la transmission. Ainsi le signal sonore, qui occupe une bande de fréquences de 15 Hz à 16 kHz et qui est transmis via des variations de pression grâce à l'élasticité de l'air, a une portée réduite à quelques mètres. Le principe de la téléphonie (comme de la radiophonie) est de transformer ce signal sonore en un signal électromagnétique porté par une onde qui peut aller loin sur un support approprié (espace hertzien dans le cas de la radiodiffusion, câble en cuivre, fibre optique ou faisceau hertzien dans le cas des télécommunications), puis de reconstituer le signal sonore à l'arrivée par décodage du signal électromagnétique.

Le codage du signal sonore sur les réseaux télécoms, comme celui du son sur le réseau radiophonique ou de l'image sur le réseau de télévision, s'est d'abord fait en utilisant un procédé qui, tout en le transformant pour pouvoir le transporter, reproduit la forme même du signal que l'on veut communiquer. On parle alors de transmission (ou de codage) analogique. Les procédés qui permettent de passer d'un signal sonore à un signal électromagnétique, et vice versa, sont des procédés de modulation et démodulation connus depuis longtemps.

Cependant le développement des outils informatiques a banalisé les équipements numériques (qui traitent des bits ou des octets, comme les composants des ordinateurs) dont le coût a baissé rapidement. Il est possible, nous le verrons, de coder un signal sonore sous la forme d'une suite de bits, la technique la plus courante associant au circuit téléphonique un débit numérique de 64 000 bit/s. Les calculs de coûts ont montré qu'il était rentable d'utiliser la technique numérique sur le réseau de transport, entre les commutateurs.

Dès lors le signal émis lors d'une conversation téléphonique subit deux codages : un signal analogique est émis par le téléphone et transmis au commutateur de rattachement, où il est codé à 64 kbit/s ; il sera ainsi véhiculé jusqu'au commutateur de rattachement du correspondant, où il subira un décodage numérique/ analogique avant d'être acheminé sur le réseau de distribution jusqu'au terminal téléphonique, qui assurera enfin le décodage analogique/son.

La coexistence de deux techniques de codage différentes dans le réseau comporte évidemment un coût : on a donc cherché à définir un réseau purement numérique, le codage numérique du signal se faisant dans l'installation même de l'utilisateur. Ce réseau est le RNIS (réseau numérique à intégration de services), dont nous aurons l'occasion de reparler.

Transmission analogique

Codage analogique

La sensibilité de l'oreille humaine va de 15 Hz à 16 kHz ; cet intervalle comprend les fréquences de la voix humaines, ainsi que celles utilisées en musique (en prenant en compte les harmoniques les plus aiguës).

Le téléphone utilise une bande de fréquences de 300 à 3400 Hz, jugée suffisante pour garantir l'intelligibilité de la parole. Il en résulte que la voix est déformée par le téléphone, ce qui rend parfois difficile la distinction entre certaines consonnes (les s et les f par exemple), et rend fatiguante une longue conversation. La largeur de bande du téléphone est notoirement insuffisante pour assurer une transmission musicale de qualité.

Pour transmettre le signal sonore, le réseau téléphonique utilise un codage analogique : le signal sonore est utilisé pour moduler une onde porteuse.

wpe7.jpg (6412 octets)

Onde porteuse avant modulation

wpe6.jpg (3904 octets)

Signal sonore à transporter

wpe8.jpg (5104 octets)

Onde porteuse modulée

Cette technique de codage est utilisée pour d'autres types de signaux : ainsi, on peut transporter sur un câble coaxial un signal de télévision qui occupe une largeur de bande de 5 MHz.

Le signal analogique peut subir trois sortes de modulation : en amplitude (c'est le dessin ci-dessus), en fréquence et en phase, en jouant sur les trois paramètres qui définissent une onde sinusoïdale S, l’amplitude A, la fréquence f = w /2p, la phase j :

S(t) = A sin(w t + j )

( source : site de Michel Volle )

L'appareil de mesure Fluke 199C , détecte un signal radar ( porteuse ) avec un signal électromagnétique ( sous porteuse ) et un un signal sonore .

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