Enregistrer des sons de parole

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1 Cours du 17 octobre 2012 Enregistrer des sons de parole 1. Généralités sur le son 2. Enregistrements 3. Numérisation : problème & solutions

2 1. Généralités sur le son 1. Définition 2. Unités de mesure

3 Son = oscillation Le son est une onde produite par la vibration mécanique d'un support fluide ou solide et propagée grâce à l'élasticité du milieu environnant sous forme d'ondes longitudinales Un son correspond à un ébranlement répétitif des molécules d air, le phénomène de compression et de détente se propageant de proche en proche et de façon répétitive sous l effet d une excitation mécanique alternative Une onde acoustique correspond à un ébranlement de l air

4 Son = oscillation Pour se propager, une onde acoustique a besoin d un support matériel comme, par exemple, l air où elle se déplace à environ 340 mètres par seconde (m/s) et dans l eau à 1450 m/s

5 Les grandeurs physiques & perceptives d un son pur Un son pur est constitué d une oscillation simple vibrant à une période et une amplitude données Un tel son est appelé aussi onde sinusoïdale ou signal élémentaire. La tonalité du téléphone en est un bon exemple.

6 La période T correspond à la durée d un cycle de Vibration. Elle s exprime en secondes (s) ou en millisecondes (ms).

7 L amplitude d un signal est sa valeur maximale. Ici l amplitude du signal qui varie entre la valeur +max et -max est +max.

8 100 Hz Fréquence : f = 1/T en Hertz 200 Hz 300 Hz somme La fréquence F est l inverse de la période et s exprime en hertz (Hz). Elle correspond au nombre de cycles par seconde.

9 relation entre un son grave basse fréquence longue période et un son aigu haute fréquence courte période. Une façon de calculer manuellement la fréquence d un son à partir de la visualisation du signal (oscillogramme) consiste à compter le nombre de cycles relevés pour un temps donné et à diviser ce nombre de cycles par la durée en faisant attention aux unités (1 ms = s)

10 Dans la 1re partie, on mesure 2 cycles pour 20 ms (= 0.02 s) F = 2/0.02 = 100 Hz. Puis, dans la 2e partie, 9 cycles pour 20 ms F = 9/0.02 = 450 Hz.

11 Changement de fréquence Changement d intensité

12 Son périodique complexe = Somme de sons périodiques simples

13 2. Enregistrements

14 Comment enregistrer un son Microphone Station d acquisition ou Carte Son ou Enregistreur Numérique

15 Microphone = définition Un microphone est un transducteur électroacoustique = un appareil capable de convertir la pression acoustique causée par des ondes sonores en une tension électrique variable, image des variations de cette pression, qui constitue un signal électrique

16 Microphone Le choix d un micro adapté à son appareil de prise de son ainsi qu à la prise de son à effectuer est primordial

17 Les informations à retenir pour le choix d un microphone Le type de microphone La directivité du microphone La bande de fréquence L impédance

18 Type de micro Il existe plusieurs types de microphones Microphone dynamique Micro électrostatique ou condensateur Micro à Électret Micro à Ruban

19 Microphone dynamique Ne nécessite pas de source d alimentation Très robuste en général Pratiquement insaturable Ne craint pas l humidité D un prix abordable Sensibilité généralement faible : condamne à une utilisation de proximité ou aux niveaux élevés, dans tout autre cas, elle le condamne à l utilisation d un préamplificateur

20 Micro électrostatique Grande fidélité de reproduction Sensibilité souvent importante permettant l enregistrement de sons ténus Dynamique importante Courbe de réponse généralement étendue Très bon rapport Signal/Bruit Relativement peu sensible aux bruits de contacts Exige une source d alimentation extérieure (12 à 48 V en général) Craint l humidité Très utilisé en studio de prise de son ou les exigences acoustiques sont maximales

21 Micro à Électret Souvent abordable quant au prix Miniaturisation poussée Peu sensible aux bruits de contact Disponible dans toutes les directivités Nécessite une source d alimentation interne ou externe, généralement entre 1,5 et 9V Bruit de fond souvent important dans les entrées de gamme Craint l humidité et la chaleur De très bons microphones adaptés aux amateurs Sensibilité honorable (5 à 50 mv/pa en moyenne).

22 Micro à Ruban Très peu sensibles Exigent une pré- amplification de qualité Très fragiles aux chocs et aux surpressions acoustiques (ne pas utiliser devant une grosse caisse) Onéreux (peu usité).

23 Courbes de directivité La directivité d un microphone est l une des caractéristiques les plus importante à connaître :

24 Schématisation de la courbe de directivité

25 Impédance d un microphone L impédance d un microphone est sa résistance interne, elle s exprime en OHMS

26 Haute impédance Ce sont les microphones dits «amateurs» dont l impédance est d environ ohms (50 k ohms). Ce type de microphone n admet que des câbles de liaison très courts (3 à 4 mètres maximum).

27 Basse impédance Ce sont les microphones professionnels dont l impédance est inférieure à 600 ohms (en général 200 ohms). Ils permettent des liaisons de très grandes longueurs (100 mètres et plus).

28 Haute impédance Parce que les microphones travaillent avec des niveaux de tension très faibles. Si vous n'utilisez pas de préampli micro, le signal enregistré avec le microphone sera extrêmement faible et quasiment noyé dans le souffle (bruit de fond) Rapport signal/bruit trop faible = mauvais enregistrement

29 Amplification L amplification est un procédé qui consiste à élever le niveau d un signal sans autre modification; la fréquence ainsi que la forme du signal restent les mêmes, il n y a que l amplitude qui augmente.

30 Préamplificateur L amplificateur est un appareil électronique permettant l augmentation du niveau d un signal On entre un signal faible à haute impédance et on en sort une tension élevée à basse impédance Plusieurs préamplificateurs sont disponibles au LPP, certaines cartes d acquisition ont de bons préampli intégrés : MOTU, PROTOOLS DIGIDESIGN

31 Principe de l amplification Pour obtenir le maximum de transfert en tension, l'impédance d'entrée d'un préampli est généralement d'au moins dix fois supérieure à l'impédance de sortie du micro (en général de 2Kohms au minimum, souvent au moins 10Kohms) La plupart des micros dynamiques et à condensateur (électrostatiques) professionnels présentent une impédance de sortie assez faible, comprise entre 150 ohms et 300 ohms. Généralement aujourd hui, l impédance de charge recommandée est de 600 ou 1000 Ohms pour un microphone présentant une impédance interne de 200 Ohms (rapport optimal de 3)

32 Le rapport Signal/Bruit (rapport S/B) Dans les microphones du type dynamique il y a génération de bruit dû à l agitation thermique des électrons à l intérieur de la résistance de la bobine mobile Dans tous les types de capteurs, une source de bruit est provoquée par le choc des molécules d air sur la membrane + le bruit électronique provoqué par l étage de préamplification du signal pour les micros à électret et ceux du type électrostatique. Cette tension de bruit est appelée "tension Amelot phosphométrique". - LZT12 (Audibert)

33 Le rapport Signal/Bruit (rapport S/B) Le niveau acoustique de référence pour les mesures du rapport S/B est de 94 db SLP. Il suffit dans ces conditions de mesurer la tension issue du capteur soumis à la pression acoustique de référence, puis de la comparer à la tension résiduelle issue du capteur lorsque celui- ci n est plus excité. Cela exige une chambre sourde à isolation acoustique extrêmement performante. Il ne reste plus qu à faire le rapport entre les deux tensions, et le traduire en db par la formule : db = 20 log (U1/U2)

34 Courbe de réponse Elle indique les variations de la sensibilité du capteur en fonction de la fréquence (Bande Passante). En général de 20 à Hz

35 Disponible au LPP AKG C520L = électrostatique, alimentation non fournie de base, cardioide, 200 ohms, 20 à Hz AudioTechnica AT8033 = électrostatique, alimentation par pile dans le microphone, 250/300 ohms, 30 à 20000Hz, cardioide, Rapport S/B 70dB Shure SM58 = dynamique, Cardioïde, 50 à Hz, 300 Ohms Schoeps CCM4 = électrostatique, alimentation non fournie, hypercardioide, 50 à 20000Hz

36 Cartes sons Cartes d acquisition Enregistreurs numériques -

37 Les nouveaux systèmes d enregistrements Les enregistreurs numériques : Avantages d être portables Supporte le XLR Stéréo (même tension de chaque coté!!)

38 Les nouveaux systèmes d enregistrements Les cartes sons : Nécessité d utiliser un ordinateur Supporte le XLR Alimentation phantom Xpiste Préamplificateur de + ou bonne qualité

39 Les nouveaux systèmes d enregistrements Les cartes d acquisition : Nécessité d utiliser un ordinateur ou un oscillateur Ne supporte pas toujours le XLR branchements spéciaux Xpiste Pas de préamplificateur

40 Logiciels associés Sound Studio (payant, 2 pistes) Sound Forge (payant, 2 pistes) Praat (gratuit, 2 pistes) Audacity (gratuit, 2 pistes) Wavausor (gratuit, xpistes) Protools (payant, xpistes)

41 Démo

42 3. Numérisation

43 Informatique = traitement des informations Lesquelles? è Informations de base Valeurs numériques, valeurs logiques, caractères è Informations structurées Compositions d informations de base è Informations spécialisées Son, images, vidéo... Une nécessité : les coder

44 Généralités sur le codage de l information L ordinateur est conçu pour traiter une information binaire : 0 ou 1 = 1 bit (transistors possèdent deux états codage de suites de bits) Problème : Comment coder, avec des suites de bits, des informations complexes et variées?

45 Les différentes bases numériques : compter en binaire Décimal Binaire Hexadécimal (base 16=2 4 ) A B C D E F 16 Amelot LZT12 (Audibert) 10

46 Le son Deux types de formats Formats numériques échantillonnés Découpage du signal analogique (continu) en une suite d'échantillons discrets. Ex. : Format WAV (Microsoft) ou AIFF (Apple) Sons échantillonnés peuvent être compressés MP3, RAM, WMA, ) (formats Formats symboliques (musicaux ou de partition) Jeux de paramètres liés au jeu d un (ou plusieurs) instruments (notes, durées, force, nuances, etc.). Ex. : Format MIDI => sauf cas particulier, pas adapté à la parole

47 Le son L'échantillonnage (sampling) Le signal continu (variation de la pression de l air) est découpé en une suite d'unités discrètes. Deux paramètres : Fréquence (axe horizontal) nombre d'échantillons prélevés par seconde (en Hertz) Signal source (durée 1/1000 s) Signal échantillonné (44 khz, 4 bits) Quantification (axe vertical) nombre de bits affectés au codage de l'amplitude.

48 Le son Signal échantillonné (100 khz, 16 bits) Signal échantillonné (22 khz, 16 bits) Signal échantillonné (100 khz, 4 bits) Signal échantillonné (22 khz, 4 bits)

49 Le son Choix de la fréquence d'échantillonnage f e Théorème de Shannon Nyquist Pour enregistrer un son d'une fréquence f, f e doit être supérieure ou égale à 2*f Exemple : les sons de la parole sont compris entre 150Hz et 5000 Hz. Pour ne pas altérer le signal, il faut donc échantillonner à Hz (au moins). Pour le téléphone, f e =8kHz - > on perd certains contrastes (le [f] est entendu comme un [s]). Fréquence "Qualité CD" : 44,1 Hz. Les sons au delà de 20kHz n'étant pas perçus, f e =44,1 khz préserve une très bonne qualité sonore.

50 Le son Poids d'un enregistrement Poids (octets) = Durée * Fréquence * Quantification * nbvoies / 8 Application : - Quel est le poids d'une 1 minute d'enregistrement en 44,1Khz 16 bits stéréo? p = 60 * * 16 * 2 / 8 = octets 10,1 Mo - Combien de minutes peut- on enregistrer sur un CD de 650 Mo? t = 650/10,1 64 min.

51 Démo

52 Numérisation Passage analogique (continu) discret (suite de bits) Échantillonnage Théorème de Shannon- Nyquist : un signal analogique peut être reconstruit à partir des échantillons numérisés si la fréquence d'échantillonnage est au moins égale à deux fois la bande passante du signal original. Fréquence d échantillonnage : 40 khz env. : typiquement Hz Pour chaque échantillon : Codage de l amplitude sur 8 ou 16 bits : (jusqu à 2 16 = niveaux différents)

53 Problèmes liés au formats de fichiers Dépendance Format / Programme : è formats.wav ou.aiff reconnus par la plupart des systèmes d exploitation è formats propriétaires reconnu par le programme d origine seul Compatibilité des versions : è un ancien logiciel ne peut pas lire le format de la nouvelle version (très important en VIDEO où les évolutions sont rapides) Taille des fichiers : è certains formats plus efficaces pour certaines informations (codec)