Phonétique acoustique Les principes physiques de l`analyse

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Phonétique acoustique
I. Les principes physiques de l’analyse acoustique
Son : phénomène vibratoire qui se propage à une certaine vitesse dans un milieu
élastique (en générale c’est l’air).
 Propagation d’ondes sonores.
Un son, c’est une onde mécanique. Il existe également des ondes
électromagnétiques (lumière, micro-ondes, etc.).
Onde : propagation d’une perturbation dans un milieu matériel. Les ondes sont
produites par des mouvements ondulatoires et elles résultent de la vibration d’un
corps physique (= matériel).
Le son se propage à 340 m/s dans l’air.
Il existe deux types de vibrations :
 les vibrations apériodiques :
Elles donnent un effet très peu musical (bruit du vent, coup de feu, consones
[p, f, s…]).
 les vibrations périodiques :
Elles sont répétitives, elles se reproduisent au bout d’un certain temps
(ex : mouvement du pendule, corde d’une guitare ou cordes vocales quand
elles vibrent, etc.)

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1) Vibrations périodiques simples
m = masse
A = déplacement
t = temps
B et C = points
extrêmes
E = position
d’équilibre
EB = EC = A
Amplitude maximale : déplacement de la masse m vers le point extrême (B ou C)
 Mouvement oscillatoire simple.
Un corps présente un mouvement périodique lorsqu’à intervalles de temps égaux
appelés période du phénomène, il reprend la même position dans les mêmes
conditions.
Courbe sinusoïdale
Cycle d’oscillation = ECEBE = Période
t0 = E ; t1 = C ; t2 = E ; t3 = B ; t4 = E
Amplitude : déplacement maximal autour de la position d’équilibre (c'est-à-dire
distance entre E et B ou entre E et C)
Les sons se caractérisent par quatre points :
 La hauteur : grave ou aigu (elle dépend de la fréquence)
 L’intensité : fort ou faible (elle dépend de l’amplitude)

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 le timbre (il dépend de la forme de la courbe)
 la durée : long ou court (temps en secondes)
Cycle d’oscillation : mouvement effectué par la masse à partir d’un point pour
revenir à ce point dans les mêmes conditions, on le note « c ».
Période : T : temps mis par le corps pour effectuer un cycle complet
d’oscillations (en secondes).
Fréquence : F : nombre de périodes ou de cycles complets par seconde (en Hz)
De la fréquence dépend la hauteur du signal.
Son grave Son aigu
Plus la fréquence est grande plus le son est aigu.
1s  100 = 1
1ds  10-1s = 0,1s
1cs  10-2s = 0,01s
1ms  10-3s = 0,001s
1s  10-6s = 0, 000001s
L’amplitude A est exprimée en dB.
10 cycles par seconde (c/s)  1/10 s
100 c/s  1/1OO s
400 c/s  1/400 s
D’où F (en Hz) = 1/T (en s)
Fréquence de résonance

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2) Vibrations périodiques complexes
[u] [a]
La différence entre deux ondes périodiques complexes est le timbre (profil de la
courbe).
Les mouvements non périodiques ne sont pas prévisibles, contrairement aux
mouvements périodiques
Analyse fréquentielle :
Théorème de Fourier :
« Toute onde périodique peut être décomposée en un certain nombre d’ondes
sinusoïdales simples appelées composantes, ayant des fréquences 1, 2, 3, …, n fois
celles d’une fréquence de base appelé « fondamentale », égale à l’inverse de la
période du phénomène. Les composantes sont appelées harmoniques ».
La fréquence fondamentale est notée F0.
Le premier harmonique est noté 2F0.
Le deuxième harmonique est noté 3F0.
Le troisième harmonique est noté 4F0.
On peut diviser une onde complexe en plusieurs ondes simples.
1 2
3 1+2+3 = 4

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Simple :
- F = 400 Hz
- t = 1s
- A = 60 dB
Complexes :
- t = 5s
- F1 = 200 Hz
- A1 = 40 dB
- t = 5s
- F2 = 400 Hz
- A2 = 60 dB
- t = 5s
- F3 =600 Hz
L’onde complexe peut être décomposée en trois composantes d’amplitude
déterminée, l’une de fréquence de 200 Hz qui est le fondamental (ou
harmonique 1) et les autres de fréquences multiples du fondamental : 2 x200 Hz
et 3 x 200 Hz. L’onde complexe peut être reconstruite si on connaît la fréquence
fondamentale et l’amplitude des composantes (harmoniques).
Pour ne pas avoir à dessiner un grand nombre d’ondes, on emploie le spectre.
Ex :
A1 = 60 dB A2 = 20 dB A3 = 40 dB
F1 = 200 Hz F2 = 400 Hz F3 = 600 Hz
 Spectre à raies (bidimensionnel).
Plus la période (fondamental) est grande, plus les harmoniques sont rapprochées
(puisqu’ils sont des multiples du fondamental).