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Concevoir et réaliser un filtre

Concevez un filtre passe-bas numérique en utilisant le bloc Digital Filter Design et incorporez le bloc à un modèle pour simuler la présence de bruit à basse fréquence.

Vous pouvez concevoir des filtres passe-bas, passe-haut, passe-bande et coupe-bande en utilisant le bloc Digital Filter Design ou le bloc Filter Realization Wizard. Ces blocs peuvent calculer les coefficients des filtres pour diverses structures de filtres. Dans cette rubrique, nous utilisons le bloc Digital Filter Design pour convertir le bruit blanc en bruit à basse fréquence afin de pouvoir simuler ses effets sur le système.

En guise d’application concrète, imaginez qu’un pilote parle dans un micro dans le cockpit d’un avion. Le bruit du vent qui souffle sur le fuselage parvient aussi jusqu’au micro. Un capteur mesure le bruit du vent à l’extérieur de l’avion. Ainsi on cherche à estimer le bruit du vent à l’intérieur du cockpit et à le soustraire au bruit entrant dans le micro afin d'émettre seulement la voix du pilote.

Dans la première section de cette rubrique, découvrez comment modéliser le bruit à basse fréquence qui parvient jusqu’au micro. Dans la seconde section de cette rubrique, découvrez comment supprimer le bruit pour que seule la voix du pilote soit entendue.

Concevoir un filtre numérique dans Simulink

Dans cette section, un bloc Digital Filter Design est utilisé pour créer un bruit à basse fréquence, qui modélise le bruit du vent à l’intérieur du cockpit :

  1. Ouvrez le modèle en saisissant

    dans l’invite de commande MATLAB®. Ce modèle contient un bloc Scope qui affiche l’onde sinusoïdale originale et l’onde sinusoïdale sur laquelle le bruit blanc a été ajouté.

    Snap shot of the model block diagram. On left, there is a Sine Wave block and a Random Source block feeding into an adder. The original sinusoidal signal with no noise and the noisy sinusoidal signal are fed into a Scope.

  2. Ouvrez la bibliothèque DSP System Toolbox™ en saisissant dsplib dans l’invite de commande MATLAB.

  3. Convertissez le bruit blanc en bruit à basse fréquence en introduisant un bloc Digital Filter Design au modèle. Dans le scénario de l’avion, l’air qui souffle sur le fuselage crée un bruit blanc qui est mesuré par un capteur. Le bloc Random Source modélise ce bruit. Le fuselage de l’avion convertit ce bruit blanc en bruit à basse fréquence, un type de bruit coloré, qui est entendu à l’intérieur du cockpit. Ce bruit ne contient que certaines fréquences et est plus difficile à éliminer. Dans cet exemple, on modélise le bruit à basse fréquence en utilisant un bloc Digital Filter Design. Ce bloc utilise la fonctionnalité du Filter Design and Analysis Tool (FDATool) pour concevoir un filtre.

    Double-cliquez sur la bibliothèque Filtering, puis double-cliquez sur la bibliothèque Filter Implementations. Cliquez et faites glisser le bloc Digital Filter Design dans le modèle.

    Snap shot of the model block diagram. A Digital Filter Design block has been added to ex_gstut3. The block is not yet connected.

  4. Configurez les paramètres du bloc Digital Filter Design pour concevoir un filtre passe-bas et créer du bruit à basse fréquence. Ouvrez la boîte de dialogue dans les paramètres du bloc en double-cliquant sur le bloc. Configurez les paramètres comme suit :

    • Response Type = Lowpass

    • Design Method = FIR et dans la liste, sélectionnez Window

    • Filter Order = Specify order et saisissez 31

    • Scale Passband — Supprimé

    • Window = Hamming

    • Units = Normalized (0 to 1)

    • wc = 0.5

    En se basant sur ces paramètres, le bloc Digital Filter Design conçoit un filtre passe-bas FIR avec 32 coefficients et une fréquence de coupure de 0,5. Le bloc multiplie la réponse temporelle de votre filtre par une fenêtre de Hamming de 32.

  5. Cliquez sur Design Filter en bas et au centre de la boîte de dialogue pour afficher la réponse en amplitude de votre filtre dans le volet Magnitude Response. La boîte de dialogue Digital Filter Design devrait maintenant ressembler à la figure suivante.

    Snapshot of the Digital Filter Design interface.

Vous avez maintenant fini de concevoir un filtre passe-bas numérique avec le bloc Digital Filter Design.

Vous pouvez à présent faire des expérimentations en utilisant le bloc Digital Filter Design pour concevoir votre propre filtre. Pour plus d’information sur les fonctionnalités du bloc, voir la page de référence du bloc Digital Filter Design.

Ajouter un filtre numérique à un modèle

Dans cette section, vous ajouterez le filtre passe-bas conçu dansConcevoir un filtre numérique dans Simulink à votre schéma bloc. Utilisez ce filtre, qui convertit le bruit blanc en bruit coloré, pour simuler le bruit de vent à basse fréquence à l’intérieur du cockpit :

  1. Si le modèle créé dans Concevoir un filtre numérique dans Simulink n’est pas ouvert sur votre desktop, vous pouvez ouvrir un modèle équivalent en saisissant

    dans l’invite de commande MATLAB.

    Snap shot of the model block diagram ex_gstut4. On left, there is a Sine Wave block and a Random Source block feeding into an adder. The original sinusoidal signal with no noise and the noisy sinusoidal signal are fed into a Scope. A Digital Filter Design block has been added to the model, however it not connected to the existing blocks in the model.

  2. Incorporez le bloc Digital Filter Design dans votre schéma bloc en le plaçant entre le bloc Random Source et le bloc Sum.

    Snap shot of the model block diagram ex_gstut4 with the Digital Filter Design block connected in between the Random Source block and the adder block.

  3. Exécutez votre modèle, et visualisez les résultats dans la fenêtre Scope. Cette fenêtre affiche le signal d’entrée original et le signal avec bruit à basse fréquence qui lui a été ajouté.

    Output of the Scope window window showing two signals. The signal on top is the original signal. The signal at the bottom is the noisy signal.

Vous avez maintenant créé un filtre numérique et vous l'avez utilisé pour modéliser la présence d’un bruit coloré dans votre signal. Ceci est comparable au fait de modéliser le bruit à basse fréquence qui parvient au micro dans le cockpit d’un avion. Maintenant que le bruit a été ajouté au système, il est possible de faire l’expérience de différentes méthodes pour l’éliminer.

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