1- Son / Signal sonore

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1 SOMMAIRE 1. Son / Signal sonore 2. Critères d appréciations du son 3. Caractéristiques physiques du signal sonore 4. Représentations visuelles du signal sonore 5. Les différentes familles du son. 1- Son / Signal sonore On définira par son, tout événement pouvant être reçu par nos oreilles. Cet événement, vient d une modification mécanique du milieu air due à la mise en vibration d une structure matérielle appelée source sonore. L événement sonore se développe dans tout l espace environnant sous forme d ondes mécaniques. On appellera signal sonore la représentation «ponctuelle» de l événement sonore. Par extension, on pourra qualifier de signal sonore, l ensemble des événements transitant dans une chaîne de traitement et de transmission du son (effets, micro, amplificateur, console de mixage, haut-parleurs ). 2 Critères d appréciation du Son Pour un auditeur quelconque, le son véhicule un ensemble d informations sur son environnement immédiat. On peut considérer qu il y a trois types d informations majeures véhiculées par le son dans nos sociétés : 1) La représentation des éléments environnementaux (objet qui tombe, vent dans les arbres, véhicule sur une route) 2) La communication entre personnes identifiée majoritairement par la parole. 3) La musique. Dans ces trois cas, on distingue des éléments d appréciation plus ou moins pertinents suivant la nature de l information. Le premier critère d appréciation certainement le plus important est l intelligibilité Le second critère qui peut être lié à l intelligibilité mais qui est souvent jugé différemment est la «gêne occasionnée». Le troisième critère qui prend surtout sa valeur dans le cadre de la musique est l esthétique 1

2 Intelligibilité Géne occasionnée Esthétique 3- Caractéristiques Physiques Le son est caractérisé : Par sa hauteur, (son grave ou son aigu). La hauteur d un son est liée à la fréquence de vibration de la source sonore. L oreille ne peut percevoir que les sons dont les fréquences sont comprises entre 20 et Hz environ. Par son intensité, (son fort ou son faible). L intensité est liée à l amplitude des vibrations sonores. L intensité minimale que peut recevoir l oreille s appelle "seuil d audibilité". L intensité maximale correspondant à la limite du supportable pour l oreille est appelé "seuil de douleur". Par son timbre, (distinction des sons émis par deux instruments différents). La plupart des sons musicaux peut être considéré comme la superposition de sons simples harmoniques, dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence d un son de base, appelé fondamental. Le timbre d un tel son dépend des intensités relatives des différents sons simples harmoniques qui le composent. Représentation temporelle du signal sonore qui caractérise le temps, l intensité du son t Fonctionnement de la source sonore 2 (ici guitare) Spectre du signal sonore qui caractérise la hauteur, le timbre.

3 est modélisé par l'équation mathématique de type : X(t) = Grandeur représentation du signal sonore. Cela peutêtre la pression acoustique (on notera p(t)), la tension électrique (on notera u(t)) ou le déplacement d un point de la structure vibrante Ce type de son est pur, car une seule fréquence le compose. Amplitude du son A X(t) 0 t T Fréquence f : nombre d oscillations par seconde. Unité : le Hertz (Hz) Période T : durée de chaque oscillation. Unité : la seconde (s) f = Période d une oscillation 4- Représentation visuelles du signal sonore Représentation temporelle d un signal sonore Tout signal sonore peut être décomposable en une somme de signaux purs de différentes fréquences. L organisation de ces fréquences définit le type de son. Une des représentations classiques du son est la représentation temporelle, qui représente 3

4 Zoom de l'édition T Détermination directe de la fréquence 2,580 2,580 2,590 2,600 2,610 2,620 2,630 4

5 Représentation fréquentielle d un signal sonore Niveau sonore Analyseur de spectre Une des représentations les plus intéressantes du son est la représentation fréquentielle ou Spectre, qui représente les fréquences composantes du signal sonore. Echelle des fréquences 5- Les différentes familles de son harmonique Loi de Fourier : Un signal sonore périodique quelconque peut toujours se décomposer en une somme de sinusoïdes élémentaires (partiels harmoniques), dont les fréquences respectives sont des multiples entiers de la composante la plus grave appelée : La fréquence fondamentale. Cette propriété définit une des familles de sons complexes : les sons harmoniques. Amplitude période fondamentale 0,01 0,02 0,03 0,04 t Spectre Hz Forme de l onde sonore 5

6 harmonique (exemple de spectre) Application de la relation fn = n.f 1 f 1 = 440 Hz 6 On peut remarquer que: f 3 f 2 = f 1 / f 4 f 3 = f 1 / / f n+1 f n = f 1 La différence entre deux fréquences harmoniques consécutives est égale à la fréquence fondamentale. Cette propriété est évidemment très importante pour notre système auditif pour la reconnaissance de la hauteur des sons harmoniques qui est redondante. Cela explique pourquoi ce type de son est agréable à nos oreilles (sons musicaux). harmonique (Relation hauteur fréquence fondamentale) On aura remarqué le rôle prépondérant de la fréquence fondamentale dans le signal sonore harmonique. Cette fréquence donne la sensation de hauteur pour notre système auditif. Musicalement les hauteurs sont référencées dans un système harmonique (les gammes). Dans la notation occidentale, on trouve 12 notes dans un octave. Deux notes consécutives sont séparées d un demi-ton. Le rapport fréquentiel entre deux demi-tons consécutifs est : Pour connaître la fréquence correspondant à une hauteur musicale donnée, il suffit de connaître le nombre de demi-tons séparant cette note du La 3 (référence musicale à 440 Hz) ou du La le plus proche de la note étudiée.. Soit n le nombre de demi-tons séparant la note du La 3, sa fréquence se déterminera par la formule suivante :

7 On aura remarqué le rôle prépondérant de la fréquence fondamentale dans le signal sonore harmonique. Cette fréquence donne la sensation de hauteur pour notre système auditif. Musicalement les hauteurs sont référencées dans un système harmonique (les gammes). Dans la notation occidentale, on trouve 12 notes dans un octave. Deux notes consécutives sont séparées d un demi-ton. 12 Le rapport fréquentiel entre deux demi-tons consécutifs est : 2 = 1,0595 Pour connaître la fréquence correspondant à une hauteur musicale donnée, il suffit de connaître le nombre de demi-tons séparant cette note du La 3 (référence musicale à 440 Hz) ou du La le plus proche de la note étudiée.. Do# Réb Ré# Mib Fa# Solb Sol# Lab La# Sib Soit n le nombre de demi-tons séparant la note du La 3, sa fréquence se déterminera par la formule suivante : Do Ré Mi Fa Sol La Si Do 1 octave. Rapport fréquentiel = 2 harmonique (Relation hauteur fréquence fondamentale) Exemple de calcul Déterminons la fréquence du Mi 5 Do# Réb Ré# Mib Fa# Solb Sol# Lab La# Sib Do# Réb Ré# Mib Fa# Solb Sol# Lab La# Sib Do Ré Mi Fa Sol La 4 Si Do Ré Mi 5 Fa Sol La Si Do Octave «4» Octave «5» 7

8 inharmonique On appelle signal sonore inharmonique, la superposition de sinusoïdes pures dont les fréquences n'ont pas de rapport particulier entre elles. Le degré d'inharmonicité des sons peut être variable. Par exemple, une cloche développe un signal inharmonique composé de zones fréquentielles harmoniques sans relation entre elles. X(t) ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 t -20 Un tel son n est pas périodique. -40 bruité On appelle son bruité, tout son dont la distribution spectrale est continue dans une bande plus ou moins large de fréquences. Les bruits sont caractérisés par : La largeur de bande de fréquences. La hauteur qui peut dans certains cas être décelable. Cette hauteur caractérisant la sensation auditive correspond plutôt à la fréquence centrale de la bande de fréquences sollicitée. Plus cette bande de fréquences sera étroite plus une hauteur sera discernable. La durée, qui est relative au fonctionnement de la source produisant le bruit (bruit entretenu pour le moteur d automobile, bruit de vibrations libres pour la majorité des percussions). 8 Représentation temporelle Représentation spectrale

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