fréquence

Le son numérique
Note : Il n’est pas possible de traiter de manière approfondie un sujet comme le son
numérique. Cette courte présentation n’a comme seule prétention que de vous donner
un aperçu du plaisir à jouer avec le son numérique et d’en comprendre les différentes
phases d’utilisation. Des manuels destinés au grand public sont en vente dans les
grandes surfaces (Musique sur PC numérique pour les nuls qui, contrairement à sa
destination contenue dans le titre, vous donnera toutes les informations sur le sujet).
Consultez l’ouvrage avant de l’acheter.)
Programme :
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Informations sur le son
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Le son numérique et ses usages

Conversion de CD audio en MP3

Conversion de disques vinyles en MP3
Explications sur le son :

Le son est une énergie qui est, entre autre,
captée par les oreilles


Le son consiste en vibrations ou ondes depuis
un émetteur :


P.ex.: la voix, la musique, …
p.ex.: les cordes vocales, un haut-parleur
Ces vibrations se propagent dans les molécules
d’air et ont besoin de ce support car le son ne
peut pas voyager dans le vide
Explications sur le son :



Un microphone convertit le signal
de son dans un signal électrique
Plusieurs microphones peuvent
être passés par une table de
mixage qui mélange les signaux
pour le transfert sur un câble
Parfois on envoie plusieurs
signaux de sons simultanément

Chaque signal est envoyé à un hautparleur différent

Ce qui donne l’effet stéréo
Table de mixage
Explications sur le son :
temps

Un son peut être schématisé pour montrer

l’amplitude du déplacement des molécules vibrantes


Le volume du son est déterminé par l’amplitude
la fréquence des vibrations

La fréquence d’un signal du son à un moment donné est
le nombre moyen de vibrations par seconde à ce point


Mesuré en Hertz (Hz)
Un son aiguë est un son d’une haute fréquence
Explications sur le son :
Illustration : chute d’une pierre dans l’eau
amplitude
+A
1s
0
Temps (s)
-A
période
Fréquence (= 3Hz)
Phénomènes sonores



On considère généralement que la perception auditive humaine s’étale (dans
le meilleur des cas) entre 20 Hz et 20 kHz.
La fréquence est un paramètre essentiel des phénomènes sonores car c’est
d’elle que dépend la hauteur du son perçue :
Exemples :
 la fréquence de 20 kHz (= 20 000 périodes/s) est considérée comme la
limite de la perception humaine dans l’extrême aigu, mais cette
perception des fréquences élevées se dégrade avec l’âge et la fatigue
auditive
 La fréquence de 20 Hz (= 20 périodes/s) est quant à elle considérée
comme la limite inférieure des la perception humaine dans l’extrême
grave
Cette fourchette de fréquences définit donc la bande de fréquences ou
bande passante utile d’un système de reproduction sonore de haute qualité
qui doit s’efforcer de reproduire le plus linéairement possible
Exemple : logiciel de synthèse vocale
Exemples : bandes passantes
Système
Bande passante (Hz)
Téléphone
300 – 4 000
Radio AM
50 – 6 000
Radio FM
50 – 15 000
Magnétophone K7
40 – 15 000
CD audio et
matériel professionnel
20 – 20 000
Signal sonore



On représente fréquemment, de manière simplifiée, un signal sonore par
une courbe sinusoïdale.
En fait, une telle sinusoïde ne représenterait qu’un son dit « pur » défini par
une seule fréquence : or, les sons audibles ne sont pas purs, ils sont
complexes et constitués d’une combinaison de fréquences
En effet, à la fréquence fondamentale qui définit la hauteur sonore viennent
s’ajouter une série de signaux harmoniques
Exemple :
Appuyer la touche d’un piano correspondant au La3, nous obtenons un
son complexe constitué par l’addition à la fréquence fondamentale (440 Hz)
et à des amplitudes variables de fréquences dites harmoniques à des valeurs
multiples (x2, x3, …)
La Conférence Internationale de Londres en 1953 a fixé la hauteur
absolue du La3 à 440 Hz, pour servir de base à l’accord des instruments
(musiques ou sonores).
Valeur
d’amplitude
Signal original
Oreille et cerveau humain


Le nombre et l’amplitude des diverses fréquences harmoniques
sont spécifiques à chaque source sonore et déterminent le
timbre propre de cette source.
Ce sont donc les harmoniques caractéristiques de chaque
source qui permettent à l’oreille et au cerveau humains de
distinguer et de reconnaître des sources sonores différentes :
 Le timbre d’une voix émettant à une fréquence
fondamentale de 400 Hz sera perçu comme différent d’une
autre voix émettant à la même fréquence.
 Le son d’une guitare ne sera pas confondu avec celui d’un
piano, même si les deux instruments jouent la même
séquence de notes musicales
De l’analogie au numérique




Le son est une suite périodique de compressions et de
dépressions du milieu dans lequel il se propage (l’air)
Les divers organes de l’oreille externe, moyenne et
interne captent ces vibrations périodiques de pression
et les transforment en signaux bio-électriques qui sont
ensuite transmis au cortex pour y être traités et
perçus en tant que son (musique, parole, …)
La représentation analogique du son consiste à passer
d’une onde sonore à son image électrique.
La représentation numérique du son nécessitera quant
à elle la quantification des échantillons prélevés sur
cette image.
Ondes simples & ondes complexes
1. Deux ondes d'amplitudes différentes
2. Deux ondes de fréquences différentes
Exemple pris sur Internet
3. Onde complexe = composition avec des ondes
simples
Onde sonore
amplitude
Echantillonnage :
temps
Onde sonore
échantillonnage
Quantification
De l’analogique au numérique
Compression du son




La numérisation du son transforme un signal fragile et
caractérisé par une variation continue en un signal numérique
très stable fait d’une succession de 0 et 1 : copiable et
transportable sans dégradation.
Le signal numérique permet en fin de parcours de reconstituer
et de restituer de manière propre l’onde sonore originale
Tout irait donc pour le mieux si les suites de 0 et 1 dont sont
constitués les documents sonores numériques n’étaient pas de
taille à poser très vite de problèmes de stockage, surtout
lorsqu’il s’agit d’enregistrements de haute qualité
Exemple : une durée de 1 minute en qualité son stéréo sur
CD-DA, échantillonnage à 44,1 kHz, quantification à 16 bits sur
2 voies, aura un volume :
taux d’ échantillonnage x nbr. Bits codage x nbr. Secondes x nbr. voies =
44100 x 16 x 60 x 2 =
84672000 bits/min = ~ 10 M/min
La qualité de l’audio

L’oreille humaine détecte de sons jusqu’à 22 kHz



Quelques instruments de musique génèrent ces fréquences
L’enregistrement de musique nécessite donc 44.000
échantillons par seconde
P.ex.: Un CD-ROM


code 2 sons différents (pour l’effet stéréo),
et utilise 16 bits par échantillon et une fréquence
d’échantillonnage de 44.100 Hz,

nécessitant par seconde


16 * 2 * 44.100 bits = 1.411.200 bits = 1.4 Mbps
Donc, une heure de musique nécessite 630 Mo !!!
Principe de compression de son
Il existe 2 types de compression



La compression non destructive (exemple pour les fichiers de données).
La compression destructive qui, après reconstitution donne une « image »
approchante de l’originale. Vous connaissez la compression utilisée en photo
numérique.
En musique ces 2 types de compression existent sous des appellations
telles que : MP3, WAV, RA, OGG, AC3, DTS, AAC, M4A, AU, AIFF...
connues aussi sous le nom de Codec (Codeur/Décodeur). Les raisons de
ces différents codecs vient que chaque constructeur veut imposer le sien
(Philips, Sony,…) Comme avec les DVD –/+ R ou, encore, et le BlueRay.
Nous allons utiliser le plus connu : le MP3
MP3

Le succès de MP3 aujourd’hui vient des utilisateurs de
l’Internet :

Une chanson de 3 minutes sur un CD nécessite 32 Mo

MP3 arrive à comprimer cette chanson en 3 Mo !!


Des applications comme WinAmp décode le MP3



Un taux de compression d’environ 12:1
des lecteurs de MP3 sont également sur le marché voir Fnac-Mp3
Des logiciels de conversion de CD audio gratuits existent
pour convertir presque tous les formats vers le MP3.
Nous utiliserons CDEX et Audacity lors de la session
pratique mais, d’ores et déjà nous allons en voir les
principales fonctions.