Utilisation du Logiciel Orfnum

I L'objectif

Permettre la comparaison d'un signal analogique (ou réputé tel) et du signal numérisé correspondant. Le signal de départ sera saisi dans l'univers physique.
Une comparaison visuelle fera apparaître la continuité du signal de départ, la discontinuité du signal numérisé. Elle mettra en évidence la notion d'échantillonnage, de seuils de quantification et de conversion en valeurs discrètes.
Une comparaison sonore mettra en évidence la qualité ou la dégradation du signal en fonction des caractéristiques de la numérisation : fréquence d'échantillonnage et nombre de bits.

II Le logiciel

La durée du signal enregistré sur ORPHY est d'environ 0,75 secondes. Il est numérisé sous 8 bits à la fréquence d'échantillonnage de 10 kHz .

L'utilisateur pourra simuler une numérisation à une fréquence d'échantillonnage inférieure et/ou sur un nombre réduit de bits.

A) Aspect visuel :

Deux fenêtres présentent le signal physique (prétendu tel) et le signal numérisé. Pour que le signal soit lisible dans ces fenêtres, la durée de représentation a été fixée à 25 ms, soit 1 période à 40 Hz ou 100 périodes à 4000 Hz.

Un "explorateur" permet de comparer point à point les signaux dans les deux fenêtres, et de lire la valeur numérique correspondante (décimale ou binaire).

B) Aspect auditif ou visuel :

Le signal enregistré peut être écouté soit dans son mode de restitution maximal (8 bits, 10 kHz), soit dans le mode numérique défini par l'utilisateur. Il peut être aussi visualisé sur un oscilloscope par la sortie analogique d'ORPHY.

C) Signaux sur fichier :

Un fichier de données du répertoire courant contient quelques signaux intéressants à étudier.

Pour charger ces signaux, une voie "Fichier" complète la liste des voies de saisie d'ORPHY. Pour les écouter, il faudra recharger ORPHY. Cette opération dure une quinzaine de secondes.

D) Configuration :

L'idéal est de pouvoir saisir divers types de signaux et de pouvoir les écouter : cela nécessite de disposer d'un ORPHY-GTS, d'un générateur TBF et/ou d'une source sonore, d'une enceinte amplifiée.

Cependant, le logiciel peut fonctionner (visuellement et sur fichier) sans ces accessoires.

III Mode d'emploi :

• brancher ORPHY sur une sortie série de l'ordinateur, allumer ORPHY, le mettre en mode alternatif.
• relier une source sur une entrée analogique d'ORPHY et une enceinte amplifiée et un oscilloscope en parallèle sur sa sortie analogique.
• lancer ORFNUM.

IV Manipulation

Cliquer sur Numériser après avoir choisi votre fréquence d'échantillonnage et votre quantification. Attendre 30 s que la numérisation soit envoyée dans la mémoire d'ORPHY par la voie série.

Deux boutons se présentent alors pour écouter et visualiser l'enregistrement numérisé:

• un bouton à 10 kHz, 8bits :
• un bouton avec la fréquence d'échantillonnage et la quantification choisies.

1. A partir d'un exemple : choisir une quantification par exemple 8 bits et faire varier la fréquence d'échantillonnage, observer le signal à l'oscilloscope et sur le graphique que peut-on dire sur la qualité sonore du signal numérisé restitué ?
2. A partir d'un enregistrement de voie, étudier la qualité de restitution sonore en jouant sur le nombre de bits de quantification à fréquence d'échantillonnage fixe.
3. Conclure sur la dégradation du signal restitué.

ll faut cependant remarquer que par la dynamique de l'oreille humaine, il n'est pas nécessaire de passer à des fréquences arbitrairement grandes. Les compacts disques audio, permettant des enregistrements de haute qualité, utilisent une fréquence d'échantillonnage de 44000 Hz. La fréquence d'échantillonnage dépendra de l'application utilisant les signaux sonores. Face aux compacts disques échantillonnés à 44KHz, les lignes téléphoniques numériques, destinées à enregistrer la voie humaine, échantillonnent les signaux à 8KHz.

Le taux d’échantillonnage est effectivement de 8000 échantillons par seconde. En fait, les harmoniques supérieurs à 4 kHz contenus dans la voix humaine sont effectivement filtrés avant d’être codés. L’absence de ces harmoniques les plus élevés explique en partie la notable réduction de la qualité de la voix téléphonée, comparée à un médium haute fidélité tel que la radio ou la télévision. La réduction de qualité peut-être considérée comme acceptable, cependant, pour les raisons suivantes :

• La majorité de l’énergie vocale, y compris la reconnaissance du timbre du locuteur, est contenue dans les fréquences inférieures à 4 kHz.
• Un taux d’échantillonnage plus élevé procurerait bien une meilleure qualité de la voix transmise mais nécessiterait des processeurs plus rapides et plus chers.

De par la nature même des signaux sonores numériques, la conversion analogique-numérique provoque automatiquement des pertes d'informations. Pour comprimer un signal, on joue très souvent sur la diminution de la fréquence d'échantillonnage, ce qui provoque des pertes de qualité du signal.