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Du son aux données : comment les signaux analogiques deviennent-ils des signaux numériques ?
Dans notre vie quotidienne, nous sommes entourés de divers signaux analogiques, de la musique à la parole. Avec l’avènement de l’ère numérique, ces signaux doivent être convertis en formats numériques afin de pouvoir être stockés, traités et transmis. La technologie clé derrière tout cela est le convertisseur analogique-numérique (ADC). Cet article examinera en profondeur le fonctionnement des CAN et expliquera comment les signaux analogiques sont convertis en signaux numériques.
La fonction principale d'un convertisseur analogique-numérique est de convertir des signaux analogiques continus, tels que le son capturé par un microphone ou la lumière d'un appareil photo numérique, en signaux numériques. Ce processus de conversion peut être considéré comme un processus d’échantillonnage et de quantification des valeurs changeantes de tension ou de courant. Cela signifie également que des erreurs de quantification sont inévitablement introduites dans la conversion, ce qui constitue un défi auquel sont confrontés les CAN.
L'erreur de quantification est un problème que tout CAN idéal rencontrera, car certaines erreurs sont introduites lors du processus d'échantillonnage et de quantification des signaux numériques.
Processus de conversion
Le processus de conversion de l'ADC peut être principalement divisé en trois étapes : l'échantillonnage, la quantification et l'encodage. Tout d'abord, l'ADC échantillonne le signal analogique, puis quantifie la valeur échantillonnée pour convertir la valeur de tension continue en une valeur discrète finie. Ces valeurs discrètes sont ensuite codées sous forme numérique binaire pour un traitement numérique ultérieur. Une telle série de processus permet à l'ADC de refléter avec précision le signal analogique d'origine.
Erreur de résolution et de quantification
La résolution de l'ADC détermine le nombre de valeurs discrètes pouvant être générées, ce qui à son tour affecte la taille de l'erreur de quantification. Par exemple, un CAN avec une résolution de 8 bits peut fournir 256 plages de représentation numérique différentes, de sorte que l'erreur de quantification correspondante soit également corrigée. L'erreur de quantification est causée par l'échantillonnage de signaux continus dans des niveaux numériques limités. Par conséquent, l'amélioration de la résolution de l'ADC est devenue l'une des orientations importantes pour améliorer la qualité audio.
Dans une situation idéale, si la résolution de l'ADC est plus élevée, le rapport signal/bruit (SNDR) qu'il peut fournir sera meilleur, obtenant ainsi un signal numérique plus réaliste.
Théorème d'échantillonnage et anti-aliasing
Afin de reconstruire un signal numérique, l'ADC doit suivre le théorème d'échantillonnage de Nyquist, ce qui signifie que la fréquence d'échantillonnage doit être supérieure à deux fois la fréquence la plus élevée du signal. Le non-respect de cette condition entraînera un anticrénelage, dans lequel les signaux haute fréquence seront identifiés par erreur comme des signaux basse fréquence. Par conséquent, avant d’effectuer l’ADC, le signal doit généralement être filtré passe-bas pour éliminer les composants à haute fréquence excessive.
Technologie de super échantillonnage
Le suréchantillonnage est une stratégie visant à améliorer la qualité de l'audio numérique en échantillonnant le signal à une fréquence beaucoup plus élevée que la fréquence d'échantillonnage requise. De cette manière, le bruit audio est supprimé dans la plage de fréquences supérieures et n'interfère pas avec la bande passante audio requise. Dans le même temps, cette technologie permet également aux CAN de mettre en œuvre plus facilement des filtres anti-aliasing analogiques, améliorant ainsi encore la qualité des signaux numériques.
Application ADC
Les CAN d'aujourd'hui sont largement utilisés dans divers appareils électroniques, tels que les appareils photo numériques, les téléphones intelligents et divers équipements audio. Alors que la demande du marché en audio de haute qualité continue d'augmenter, des ADC de différentes marques et modèles sont constamment introduits pour répondre aux besoins des différents utilisateurs. Surtout dans les domaines de la production musicale et de l'enregistrement professionnel, l'amélioration des performances de l'ADC peut directement déterminer la qualité du son.
Conclusion
Avec l’évolution de la technologie numérique, les convertisseurs analogique-numérique deviendront sans aucun doute un élément indispensable de la vie quotidienne de l’humanité. Comprendre la technologie et les principes qui la sous-tendent nous rendra sans aucun doute plus à l'aise lorsque nous profiterons de produits numériques ou créerons des créations. Cela a encore éveillé l'intérêt et l'exploration des gens pour l'audio numérique. Quelles nouvelles technologies émergeront à l'avenir pour améliorer la conversion des signaux numériques en signaux analogiques ?
