Analyse des bruits de clavier d ordinateur Introduction 1 Enregistrement des bruits de clavier 2 Analyse des bruits de clavier 3 Analyse du niveau de pression acoustique vs. temps 4 Sonie vs. temps 4 Acuité vs. temps 5 Le sound design grâce au filtrage en temps réel 6 Récapitulatif 8 Introduction Les bruits émanant d un ordinateur (PC ou ordinateur portable) sont divers. Ils sont d une part causés par les ventilateurs chargés d évacuer la chaleur générée par l ordinateur. Le disque dur cause d autre part aussi des bruits aussi bien lorsqu il tourne à vide que lorsqu il fonctionne normalement. Ces bruits peuvent être très gênants pour leurs utilisateurs. Le clavier et la souris d un ordinateur sont, eux aussi, source de bruit. Ils peuvent aussi être perçus comme étant très gênants par l utilisateur de l ordinateur ou les personnes qui se trouvent à proximité. Lorsqu il choisit un clavier, l utilisateur s oriente en premier lieu vers son impression tactile. Pour pouvoir permettre une utilisation précise (par exemple, pour empêcher les doubles frappes involontaires), la pression d actionnement et la course de la touche doivent être parfaitement adaptées l une à l autre. D autre part, chaque touche doit disposer d un point de pression clairement défini. La course de la touche dépend largement de la conception du clavier. Les ordinateurs portables, en raison de leur faible épaisseur et de l espace disponible réduit, ne permettent qu une course de touche faible. Les claviers de PC permettent par contre des courses plus importantes. La course et le point de pression que préfère l utilisateur dépendent aussi du domaine d application du clavier. Ceux qui les utilisent fréquemment ne préfèreront par exemple pas les mêmes claviers que ceux qui utilisent leur ordinateur pour jouer. Outre les préférences de chaque utilisateur pour un aspect tactile particulier, le bruit qu il fait joue aussi un rôle important. Le clavier ne doit en aucun cas faire trop de bruit si l on veut qu il ne soit pas perçu comme étant désagréable. Mais, étant donné que l utilisateur déclenche volontairement l action qui cause le bruit, ce dernier ne le percevra pas aussi vite comme étant désagréable qu une autre personne (par exemple, dans un avion ou un train où certains voyageurs travaillent, donc tapent sur le clavier, et où d autres voyageurs 1
désirent se reposer). Dans les grands bureaux, plusieurs personnes tapant toutes en même temps sur leur clavier peut entraîner un niveau de bruit inutilement élevé qu il serait possible d éviter en utilisant des claviers de meilleure qualité sonore. Le bruit d un clavier dépend par exemple de sa conception. Un clavier dont les touches ont une course élevée et un point de pression ferme fait en général un bruit plus dur (cliquetis) que le clavier d un ordinateur portable qui a une course de touche faible et un point de pression doux. Pour pouvoir répondre aux souhaits des utilisateurs, les fabricants proposent des ordinateurs portables avec des claviers pour utilisation intense. Leurs touches ont une faible course, mais sont dotées d un point de pression très clairement défini. Comparé aux autres, ce type de claviers peut être très bruyant. Outre la conception du clavier, le matériau utilisé influence bien entendu aussi le bruit engendré. Cette note applicative présente des méthodes d enregistrement et des analyses adaptées pour étudier les bruits de clavier. Enregistrement des bruits de clavier On peut utiliser différentes approches pour enregistrer des bruits de clavier. Une des méthodes simples et économiques consiste à enregistrer les bruits à l aide d un microphone de mesure individuel. Ce type de montage d essai est très simple à reproduire, ce qui permet de bien pouvoir comparer les bruits enregistrés. Une autre méthode consiste à enregistrer les bruits à l aide d un système de tête artificielle. Figure 1 : Système de tête artificielle HMS IV On peut positionner un microphone de tête artificielle de manière rapide et reproductible en en définissant la position adéquate dans le montage du test. Cette manière d enregistrer permet d autre part d archiver les bruits de façon à toujours pouvoir les reproduire de manière audioconforme. Même si le clavier n est éventuellement plus disponible dans le commerce, on peut ainsi continuer à utiliser son bruit pour le comparer à d autres bruits. On peut d autre part utiliser les bruits enregistrés avec la tête artificielle 2
pour définir les bruits que l on voudrait qu un clavier fasse. On utilise ainsi les bruits enregistrés pour développer de nouveaux bruits de clavier à l aide de filtres numériques. Ces bruits peuvent être reproduits de manière binaurale et audioconforme pour réaliser un test d écoute subjectif afin de déterminer la qualité acoustique ressentie et de valider les bruits que l on voudrait qu un clavier fasse. Ces deux méthodes d enregistrement impliquent un enregistrement des bruits avec une plage de mesure suffisamment petite. On peut ainsi exploiter au maximum la gamme dynamique du système d enregistrement et les bruits du clavier ne sont pas recouverts par le bruit de fond du système d enregistrement. La distance entre le clavier et les microphones de la tête artificielle doit d autre part toujours être la même afin que d éventuelles différences de niveau puissent effectivement être imputées au clavier et pas au fait que l essai a été mal monté. Les claviers ont des touches très différentes : les touches des lettres et des chiffres et, par exemple, des touches plus grosses telles la touche Entrée et la barre d espace. Ces touches disposent d un système mécanique adapté à leur taille et ne font donc pas toutes le même bruit. En général, les utilisateurs ne se servent pas non plus de ces touches spéciales de la même manière. À la différence des autres touches, on appuie par exemple souvent sur la barre d espace avec le pouce et quelquefois sur la touche Entrée avec plusieurs doigts en même temps, ce qui peut être très bruyant. Pour pouvoir correctement analyser les bruits de clavier, il faut assurer une frappe des touches qui soit reproductible. Toutes les autres conditions de la mesure doivent bien entendu aussi être comparables (par exemple, taille de la pièce et ses caractéristiques acoustiques, bruits ambiants). Ce n est que lorsque les conditions de mesure sont uniformes que l on peut être sûr, lorsque l on écoute les bruits par la suite, que l on analyse bien les différences des claviers et non les différences des conditions de mesure. Analyse des bruits de clavier L exemple ci-dessous compare les bruits de trois claviers d ordinateur portable de différentes marques. Pour pouvoir comparer, on a d autre part enregistré le bruit d un clavier de PC un peu moins récent ayant une course de touche relativement grosse. Les enregistrements ont été réalisés avec le système de tête artificielle HMS IV de HEAD acoustics. Cette note applicative analyse principalement les différentes frappes d une touche de lettre sur chaque clavier. On ne peut cependant pas généraliser les résultats de cette analyse car on n appuie pas dans la pratique sur une seule touche. Pour réaliser une analyse complète des bruits de clavier, il convient, en plus des analyses des différentes frappes de touches de lettres indiquées, d analyser également les frappes multiples et les touches spéciales telles la barre d espace et la touche Entrée. Mais, pour mieux pouvoir comparer les résultats d analyse et faciliter l interprétation des résultats, les diagrammes suivants montrent des analyses et des configurations d analyse utiles pour les frappes simples. Pour des raisons de clarté, nous n avons ici analysé qu une seule voie. Pour garantir une reproduction audioconforme, il faut bien entendu reproduire les deux voies. 3
Analyse du niveau de pression acoustique vs. temps L analyse du niveau de pression acoustique par rapport au temps représentée sur la figure 2 montre que le clavier de PC (en bleu) génère, comme on pouvait s y attendre, un niveau de pression acoustique nettement plus élevé que celui de l ordinateur portable. Mais les claviers d ordinateur portable se distinguent également les uns des autres. Le deuxième ordinateur portable (en rouge) génère un niveau moins élevé que les deux autres claviers. On constate également que toutes les touches génèrent une deuxième crête de niveau au bout d environ 0,1 s, après le niveau maximum. Elle est causée par le retour de la touche à sa position initiale. Il est cependant uniquement possible de voir apparaître la deuxième crête si une constante suffisamment petite a été sélectionnée pour la pondération temporelle de l analyse. Pour le calcul indiqué sur la figure 2, on a choisi une constante temporelle de 2 ms correspondant environ à la résolution temporelle du système auditif humain. Figure 2 : Analyse du niveau de pression acoustique de bruits de clavier (intégration temporelle : 2 ms) Cette deuxième crête est d une hauteur différente. Avec le premier ordinateur portable (en vert), elle est presque aussi haute que la première, avec le deuxième (en rouge), elle est moins haute d environ 5 db, avec le troisième (en noir), elle est pratiquement indécelable. Sonie vs. temps Une autre analyse pouvant être utilisée pour analyser les bruits de clavier est l analyse de la sonie par rapport au temps. Elle permet de représenter la grandeur psychoacoustique sonie par rapport au temps. La sonie reflète la perception humaine du niveau acoustique sur une échelle linéaire, c est-à-dire que si la sonie double, la perception de l intensité sonore doublera aussi. Le diagramme représenté sur la figure 3 montre les résultats du calcul de la sonie des quatre claviers. L analyse de la sonie montre clairement que le bruit du clavier de PC est perçu comme étant plus que deux fois plus fort que celui des autres claviers. 4
Figure 3 : Analyse de la sonie des bruits de clavier Acuité vs. temps Ces bruits de clavier ne se distinguent cependant pas uniquement par leur intensité sonore, mais aussi par d autres caractéristiques acoustiques. L analyse de l acuité permet d analyser le rapport entre la sonie des composantes à haute fréquence du signal et la sonie totale du signal. Les bruits ayant des valeurs de sonie élevées contiennent beaucoup de hautes fréquences et sont en général perçus comme étant désagréables. La figure 4 représente la courbe d acuité par rapport au temps des quatre bruits de clavier. Figure 4 : Acuité par rapport au temps des bruits de clavier L analyse montre que le bruit du troisième clavier d ordinateur portable et de celui du PC génèrent des valeurs d acuité plus élevées que les deux autres claviers. On constate d autre part que les claviers 1 et 3, qui ont une valeur de sonie similaire, ont une acuité très différente. Cela peut expliquer pourquoi le bruit du troisième clavier, comme le montrait un test d écoute subjectif, est perçu comme plus désagréable que celui du premier, bien que ces deux claviers génèrent tous les deux une valeur de sonie presque 5
identique. La différence lors de l évaluation par des personnes test pourrait être causée par le point central spectral différent qui fait donner l impression au troisième clavier d être plus net que le premier. Le sound design grâce au filtrage en temps réel Le filtrage interactif en temps réel dans l analyseur interactif d ArtemiS SUITE permet de modifier des bruits enregistrés de manière à ce qu ils provoquent une meilleure impression acoustique ou l impression acoustique souhaitée. Les modifications apportées pouvant être immédiatement écoutées et également visualisées dans le diagramme, on peut directement en vérifier l effet. On peut ainsi d abord réaliser des modifications de manière virtuelle et tester les nouveaux bruits dans un test d écoute subjectif, et ainsi éviter d avoir à réellement modifier le clavier, ce qui prendrait du temps et qui serait coûteux. On peut utiliser différentes analyses pour réaliser ce sound design. Dans l exemple suivant, l analyse en ondelettes vs. temps 1 est utilisée car elle analyse le signal à la fois dans la plage temporelle et la plage fréquentielle avec une résolution élevée. Ceci est particulièrement déterminant pour les bruits de clavier qui varient rapidement en fonction du temps. Une fois le calcul réalisé dans l analyseur interactif avec l analyse désirée, on peut activer le filtrage interactif en temps réel d un seul clic sur le bouton de curseur de filtre (voir figure 5). 2 Figure 5 : Interface utilisateur d ArtemiS-SUITE avec les filtres de réécoute et le curseur de filtre activé 1 L analyse en ondelettes est disponible dans l ASM 17. 2 Vous avez besoin de l ASM 11 pour disposer de cette fonction. 6
Le bruit du troisième ordinateur portable est ci-dessous optimisé par filtrage. Comme nous l avons constaté ci-dessus, ce bruit a une valeur d acuité plus élevée que celle des autres claviers d ordinateur portable, c est-à-dire que le bruit est dominé par des hautes fréquences. Les filtres de réécoute permettent de réduire ses hautes fréquences. L atténuation des filtres se paramètre sur la page de propriétés. Il est donc possible de tester différents degrés d atténuation et de déterminer ainsi l amélioration de la caractéristique du bruit par rapport au travail nécessaire en cas de modification du clavier. La figure 6 représente l analyse en ondelettes de la voie gauche du troisième clavier d ordinateur portable. Le diagramme de gauche montre le bruit non filtré et le diagramme de droite, le bruit filtré. Deux filtres ont été utilisés pour la filtration : un coupe-bande paramétrique à 9 807 Hz avec une atténuation de 12 db et un coupe-bande paramétrique à 6 592 Hz avec une atténuation de 6 db. Figure 6 : Analyse en ondelettes de la voie gauche non filtrée (à gauche) et de la voie gauche filtrée (à droite) du troisième ordinateur portable L atténuation des hautes fréquences permet d améliorer la qualité sonore. C est ce que montre clairement la différence dans l analyse de l acuité sur la figure 7 (en bleu : le signal non filtré, en magenta : le signal filtré). 7
2,0 S/acum 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Sharpness vs. Time 0,05 0,15 0,25 0,35 t/s 0,55 Figure 7 : Analyse d acuité de la voie gauche non filtrée (en bleu) et de la voie gauche filtrée (en magenta) du troisième ordinateur portable Récapitulatif ArtemiS SUITE fournit des analyses et des outils qui permettent d analyser et d améliorer la qualité sonore des bruits de clavier. Des analyses telles que Niveau vs. Temps, Sonie vs. Temps et Acuité vs. Temps donnent déjà des indications précieuses sur les caractéristiques positives d un bruit et sur ce qui peut être amélioré. Les analyses utilisées et le sound design réalisé à l aide de filtres en temps réel permettent d autre part de limiter et de quantifier les mesures nécessaires (par exemple, quelle réduction des hautes fréquences apportent quelle amélioration du bruit). Avez-vous une question à poser à l auteur de cet article? Écrivez-nous : imke.hauswirth@head-acoustics.de. Nous serons heureux de lire vos réactions! 8