3.2.1 Le convertisseur numérique

La théorie (théorème de Shannon) et l'expérience montrent que pour reconstituer correctement un signal formé de fréquences inférieures à f, il suffit de disposer de la valeur de ce signal à des instants suffisamment rapprochés (ces instants sont appelés instants d'échantillonnage), écartés au plus d'un temps T = 1/(2f), T étant la période d'échantillonnage exprimée en secondes. Si donc f₀ est la fréquence d'échantillonnage (f₀ =1/T), il nous faut avoir dans notre cas $f_0 \gt 2\, F_{max}$, où F_max est comme précédemment la fréquence maximale normalisée du signal de parole, à savoir F_max = 3400Hz.

Figure 3.1: Quantification sur un arc

 Les boîtiers dont nous disposons ici échantillonnent en fait à f₀ = 10kHz, ce qui signifie que le signal analogique de parole est sondé tous les 1/10000 de seconde, soit toutes les $100\mu s$. La valeur du résultat de la mesure est ensuite traduite en informations susceptibles d'être transmises en ligne et convenablement détectées à l'arrivée. Le procédé utilisé dans notre cas, dénommé M.I.C. (modulation par impulsions codées), consiste à traduire le résultat de la mesure en numération binaire (cf figure 3.1). Avec, ici, une suite de 8 bits (donc 0 ou 1), on dispose de 2⁸= 256 valeurs possibles d'amplitudes étalons dont on retient celle qui se rapproche le plus possible de la valeur exacte mesurée; une telle opération est ainsi appelée quantification.

En résumé, le signal téléphonique analogique d'une voie fait l'objet, à la cadence de 10000 fois par seconde, de trois opérations: échantillonnage, quantification et codage, dont une est susceptible d'apporter une altération (bruit de quantification) du fait de l'approximation de la valeur réelle par la valeur étalon retenue pour l'amplitude (c'est d'ailleurs pour réduire cet inconvénient que le système M.I.C. européen a été normalisé avec 256 niveaux étalons de quantification grâce à 8 bits de codage). La fréquence de passage d'un mot de 8 bits à un autre étant de 10kHz (fréquence d'échantillonnage), celle de passage d'un bit à un autre est: $8\times 10000 = 80kHz$, qui est donc la fréquence d'horloge des boîtiers utilisés pour la maquette.

Figure 3.2: Numérisation d'un signal analogique: 1-Signal analogique; 2-Échantillonage; 3-Quantification; 4-Mise en série

 L'avantage de ce procédé réside d'abord dans l'insensibilité du signal numérique aux bruits et aux distorsions puisqu'il suffit de détecter correctement l'information numérique pour reconstituer le signal analogique dans son état d'origine (un bruit de transmission modifiera légèrement l'amplitude du signal numérique, i.e. la succession de paliers hauts et bas correspondant à la suite de 0 et de 1, ce qui, si les amplitudes de ces paliers sont suffisamment écartées, ne modifiera pas l'état des bits, donc aussi les valeurs correspondant à la succession de bits, et donc finalement l'amplitude du signal recueilli correspondant à la valeur quantifiée). D'autre part, afin de bénéficier d'une protection contre des perturbations plus importantes, on peut utiliser un système permettant de corriger les erreurs de transmission; c'est l'objet du dispositif suivant.