Logique et ensemblesNotion · Glossaire
signal
Un signal est une représentation physique ou logique d'une information, destinée à être transmise d'un point à un autre. On distingue généralement trois grandes catégories de signaux. Un signal analogique peut représenter une grandeur physique par une autre qui varie continûment ; par exemple, les vibrations mécaniques d'une corde de guitare converties en variations continues de tension électrique constituent un signal analogique périodique. Un signal logique, ou signal binaire, ne peut prendre que deux valeurs conventionnelles correspondant aux états vrai et faux (ou 0 et 1). Un signal numérique représente ou transmet des symboles discrets selon un code ; une séquence binaire en est un exemple, sans être la seule représentation possible. La distinction entre signal analogique et signal numérique est fondamentale en électronique, en télécommunications et en traitement du signal.
Sommaire
Ce que vous allez apprendre
- Relier un signal à l'information qu'il représente et à une convention d'interprétation.
- Distinguer signal analogique, signal logique et signal numérique.
- Suivre et vérifier le codage de quatre valeurs de tension en une séquence binaire.
En clair
Quand une corde de guitare vibre, son mouvement peut être transformé en une tension électrique qui monte et descend sans saut. Cette tension transporte une information sur la vibration : c'est un signal analogique.
Un appareil peut relever cette tension à des instants choisis, ramener chaque relevé à l'une des valeurs prévues, puis le coder par une suite de 0 et de 1. Chaque 0 ou 1 est un état logique ; dans cet exemple, la suite discrète ainsi transmise ou stockée constitue un signal numérique.
Définition
Un signal est une représentation d'une information conçue pour passer d'un point à un autre. Son support peut être physique, comme une tension électrique, ou logique, comme un état conventionnel. Le signal n'est donc pas seulement une valeur : cette valeur doit être interprétée selon une convention connue de l'émetteur et du récepteur.
Dans le modèle de signal analogique utilisé ici, une grandeur qui varie continûment en représente une autre. Une tension qui suit continûment les vibrations d'une corde en est un exemple ; si le motif se répète, le signal est périodique. Un signal logique, aussi appelé signal binaire, ne possède que deux valeurs conventionnelles, par exemple 0 et 1, associées à faux et vrai.
Un signal numérique représente ou transmet des valeurs au moyen de symboles discrets interprétés selon un code. Dans l'exemple de cette fiche, ces symboles sont binaires et regroupés par deux, mais un signal numérique n'impose ni plusieurs bits ni un alphabet binaire ; son support physique peut lui-même varier continûment. Ici, la représentation analogique repose sur la variation continue de la tension, le signal logique sur deux états possibles et le codage numérique sur des symboles discrets.
Un exemple, pas à pas
Considérons une tension analogique périodique produite par une corde de guitare. Sur une période, quatre relevés sont effectués à intervalles réguliers. Les tensions mesurées sont, dans l'ordre, 0 V, 1 V, 0 V et −1 V. Une convention associe 0 V au code 01, 1 V au code 10 et −1 V au code 00. Chaque code comporte deux états logiques.
1. On conserve l'ordre temporel des quatre relevés.
2. On remplace 0 V par 01, puis 1 V par 10.
3. On remplace le second 0 V par 01, puis −1 V par 00.
4. On concatène les quatre codes : 01 10 01 00.
2. On remplace 0 V par 01, puis 1 V par 10.
3. On remplace le second 0 V par 01, puis −1 V par 00.
4. On concatène les quatre codes : 01 10 01 00.
Le résultat est une suite numérique de huit bits, découpée en quatre mots de deux bits. Pour contrôler le codage, il suffit de relire chaque paire avec la convention : 01, 10, 01, 00 redonne exactement 0 V, 1 V, 0 V, −1 V. La figure matérialise le passage de la variation continue aux quatre valeurs codées.
En pratique
Avec une guitare électrique, une tension analogique convient tant que l'on veut suivre continûment la vibration. Si le stockage ou le traitement exige des valeurs repérables une à une, on relève la tension à des instants choisis et on la code numériquement.
Dans un circuit de commande, deux plages de tension peuvent signifier 0 et 1. Ce signal logique est adapté lorsque la question attend seulement deux réponses, par exemple faux ou vrai. Un codage numérique sert à représenter des valeurs discrètes selon une convention : un seul bit suffit pour deux valeurs, tandis que plusieurs bits ou un autre alphabet discret peuvent en représenter davantage.
En télécommunications, le récepteur doit connaître la convention de codage. Le geste décisif consiste à regrouper les états logiques comme prévu : dans l'exemple, lire 01100100 sans paires ferait perdre la correspondance avec les quatre tensions.
À ne pas confondre
Signal et information. L'information est ce qui doit être communiqué ; le signal en est la représentation transmissible. La même valeur de tension ne dit rien sans convention, tandis que 01 représente 0 V dans le codage choisi pour l'exemple.
Signal logique et signal numérique. Un signal logique porte un état parmi deux, 0 ou 1. Un signal numérique représente ou transmet des symboles discrets selon une convention ; il peut être binaire sans devoir regrouper plusieurs bits. Dans l'exemple, le code choisi utilise des paires : 10 représente ainsi 1 V.
Limites et pièges
Une suite de 0 et de 1 n'est pas auto-explicative. Le symptôme est une lecture qui change lorsqu'on décale les groupes. Avec deux états par valeur, 01 10 01 00 doit rester découpé par paires ; il faut conserver la convention et les limites de chaque groupe.
Échantillonner ne conserve pas toute la variation continue. Entre les quatre instants de l'exemple, la tension analogique continue d'évoluer, mais les quatre codes n'en donnent aucune valeur intermédiaire. Il faut augmenter le nombre de relevés si ces variations comptent.
Périodique ne signifie pas analogique. La périodicité décrit la répétition d'un motif, tandis qu'analogique décrit une représentation continue. Il faut vérifier séparément si le signal varie continûment et si son motif se répète.
Pour aller plus loin
À la base du traitement du signal prolonge la lecture vers les outils mathématiques employés pour analyser et transformer les signaux.
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