La musique à l ère des nouvelles technologies

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1 Théâtre de Fontainebleau - 12 mars 2014 La musique à l ère des nouvelles technologies Pierre Jouvelot MINES ParisTech, Centre de recherche en informatique

2 Vers le tout numérique Le 21ème siècle : vers une société numérisée Du réel analogique au virtuel numérique Textes, sons, photos, films voire même des objets! Comprendre la musique numérique Légende de la photo Des octets pour la musique flickr / APM Alex 2

3 Agenda : la musique à l ère du numérique La physique du son : Qu est ce qu un son? Génération, transmission et réception Une onde fluide, métaphore du son De l analogique au numérique et retour! Le son numérique et toutes ses formes : CD MP3 et Dolby AC3 L au-delà de la nature, ou la synthèse sonore : Synthèse par table d ondes Modélisation physique Légende de la photo Les enjeux de la numérisation de la musique Roland JV- 90 flickr / likeablerodent 3

4 La physique du son Paramètres Transfert d énergie oscillatoire entre émetteur et récepteur Caractéristiques d un son : Amplitude, ou volume (db, G. Bell, ) Fréquence, ou hauteur (Hz, H. Hertz, ) Durée (s) Timbre, ou nature Un spectre pour un timbre (clarinette, do4) : (J. Fourier, ) (3) (3) ) 4

5 La physique du son Génération, transmission, réception (3) Génération d ondes sonores : Voix (cordes vocales) Vibrations d un instrument (corde, anche, lèvres, peau ) Déplacement d une membrane de haut-parleur Cordes vocales Transmission dans un milieu (2001 vs. Star Wars) Figures de Chladni ( ) Réception par mesure de pression sonore : Microphone (membrane) Oreille (pavillon, conduit, tympan, osselets, cochlée, nerf auditif) Fréquence de 20 Hz à 20 khz Volume de 0 db (silence total) à 140 db (concert rock, jet) Oreille (3) 5

6 Numérisation PCM 1 ms 0-15 (4 b) 32 khz De l analogique continu au numérique discret Échantillonnage en temps (Hz) : Théorème de Shannon-Nyquist Aliasing : Visuel Equinoxe, 48 khz ; 8 khz ) (3) Quantification en amplitude (b) : Bruit (sinus, 8 bits ; 4 bits ) (4) Pulse Code Modulation (PCM), utilisée pour CDs et fichiers.wav et.aiff Bits Nombres Valeurs Intervalle 1 0,1 0, , 01, 10, 11 0, 1, 2, Conversions : Numérique-analogique (DAC) Analogique-numérique (ADC) Table de codage binaire 3 000, 010, 110 0, 2, , 0110, , 6, (3) (4) 6

7 Les supports numériques audio CD : la première diffusion dans le grand public Compact Disc Digital Audio (CD) Philips et Sony (1978) Codage PCM stéréophonique (2 canaux) : 44,1 khz 2 x 16 b Débit 1,411 Mb/s Premier lecteur CD Caractéristiques : Lecture optique laser (trous d environ 2 µ) tr/mn 783 Mo, soit 74 mn, 9 ème symphonie de Beethoven Codes correcteurs d erreur Premier CD : Billy Joel, 52nd Street (10/1982, Japon) En 1999, échec du Super Audio CD (SA-CD) Premier CD vendu Wikimedia Commons 7

8 Les supports numériques audio Au début du 21 ème siècle : un nouveau contexte sociétal Nouveaux usages (Internet, streaming, mobilité) Original 219,7 ko Compression de données : Généralisation des usages musicaux Élimination d informations redondantes (image, texte) Le prix de la perte ou non! Normalisation et compétitivité industrielle : «Coopétition» Formats et non algorithmes Asymétrie Motion Picture Expert Group (MPEG) : Codage de flux vidéo (image, son, validation) Famille de normes MPEG-1, -2, -4, -7 ISO/IEC IS (août 1993) JPEG 4,8 ko (x 46) 8

9 Les supports numériques audio MP3 MPEG-1 Audio IS (1991) Layers : à 384 kb/s (lecteur DCC) kb/s (radio DAB, DVD Europe) 3 32 à 128 kb/s (.mp3) Original ipod, 2001, MP3 et AAC MP3 = MPEG-1 Layer 3 Hypothèses de conception du format : Décodage simple (surtout Constant Bit Rate) Temps de démarrage court (< 60 ms) Performance et complexité croissantes Taux de compression d environ 10 Variantes : MP3 Advanced Audio Coding, Dolby AC3 Psychoacoustique CD Versus MP3 96 et 128 Home Alone - Setting the Trap (J. Williams) CD Brothers in arms So far away (Dire Straits)

10 Les supports numériques audio Principes de psychoacoustique Prise en comptes des spécificités de l oreille : Détermination expérimentale Sensibilité en fréquence 20 Hz 20 khz Effets de masquage Couplage entre canaux (G+D, G-D) Masque en ms Masquage temporel (pré- et post-) Masque en Hz Masquage fréquentiel, en Hz : 550 Hz Hz (fort) = 500 Hz 550 Hz Hz (fort) Influence de la tonalité (formants)

11 La synthèse audionumérique De la restitution à la création musicale en temps-réel Analogique (Voltage-Controlled) : Oscillateurs (VCO) Filtres (VCF) Amplificateurs (VCA) Connections par câbles ou intégrées Numérique : Table d ondes Modélisation physique Synthèse FM Synthèses additive ou soustractive Implantation : Intégration dans des workstations Logiciels (softsynth) MIDI, la lingua franca de commande. et retour vers le passé (virtual synth) avec simulation de circuits analogiques Minimoog (1970) Virtual Synth DIVA (2013) (4) Starship Trooper: solo de Rick Wakeman par Isao Horikoshi Diva u-he Demo, par Wasim Sarfraz (3) (3) (4)

12 La synthèse audionumérique L exemple de la modélisation physique Corde vibrante Simuler informatiquement la production physique du son : Phénomènes complexes : non-linéarité, réflexions, amortissement Digital Signal Processing (DSP) Karplus-Strong (1983) : Excitation, filtre, retard Approximation numérique moforte Guitar, sur ipad 2 : Synthèse sonore type Karplus-Strong, Programmé en Faust Julius Smith (Université Stanford) moforte Guitar Animation courtesy of Dr. Dan Russell, Grad. Prog. Acoustics, Penn State 12

13 Les enjeux de la musique numérique À la croisée des chemins De nouvelles technologies numériques de diffusion : téléchargement, streaming de création : home studio Autour des artistes, une industrie remise en cause : Organismes de formation : youtube.com Editeurs de partitions : imslp.org Labels indépendants, majors (Universal, Sony, Warner) : mp3, In Rainbows, Radiohead, 2007 Distribution (Fnac, Virgin) : itunes, Deezer, Jukebox Financement, ou vers un nouveau Business Model : DRM, Sacem, redevance pour copie privée (RPCP) DADVSI, Hadopi Concerts, produits dérivés Publicité, freemium, abonnements Centre national de la musique? Jigsaw falling into place Radiohead (2007) vers une nouvelle société à imaginer?

14 Numériser ou «La possibilité d une île» Michel Houellebecq, 2005 Il y a 15 ans Aujourd hui Ecouter la musique Regarder un film Parler aux autres Lire les nouvelles Faire de la musique Inspiré de 14

15 Final La musique dans tous ses états La musique est, avant tout, vivante : Musiciens : Compagnie de l Escarboucle Œuvre : Selma (4) (3) (6) Enregistrement en temps réel : Microphone Neuman RSM 191 Préamplification Aeta PSP 3 Interface audio Digidesign rack 003 Séquenceur Apple Logic 10 Macbook Pro (5) Chaine son Transfert d un fichier mp3 sur (3) escarboucle.eu (4) (5) (6) 15

16 La musique à l ère des nouvelles technologies Pierre Jouvelot, MINES ParisTech, Théâtre de Fontainebleau, 12 mars 2014 La plus forte cause d'aliénation dans le monde contemporain réside dans cette méconnaissance de la machine, qui n'est pas une aliénation causée par la machine, mais [ ] par son omission dans la table des valeurs et des concepts faisant partie de la culture. Gilbert Simondon Du mode d'existence des objets techniques Aubier,