Technologie audio

 

Son fort

Son faible

Son trop fort

Au début, il y a le son. Il est produit par un objet qui vibre: une corde, une membrane ou un oscillateur électronique par exemple. Les vibrations sont transmises à l'air qui constitue notre atmosphère. On peut les décrire comme une suite de pressions et de dépressions autour d'une valeur d'équilibre, la pression atmosphérique.

Le micro électrodynamique contient un électroaimant qui traduit les variations de pression de la membrane en oscillations électriques. Il est robuste (idéal pour la scène) et de prix abordable. Le système est réversible et permet de réaliser un haut-parleur.


Le micro électrostatique ou micro à condensateur a une bande passante très large (jusqu'à 30'000 Hz) et permet de reproduire un son avec haute fidélité. Mais il est cher et fragile et nécessite une alimentation électrique (48 V). Il est réservé à la prise de son en studio.


Le micro piézoélectrique utilise une propriété de certains cristaux comme le quartz. Il fait apparaître une différence de potentiel électrique à ses extrémités lorsqu'il est soumis à une pression. Il permet la réalisation de micros miniaturisés (dans un téléphone portable par exemple).

On ne peut pas brancher un micro directement dans un ordinateur, on doit passer par une interface: une MBox par exemple. Elle comporte différentes entrées à l'arrière. Nous avons utilisé les entrées XLR pour le micro. Ainsi, le son entre par ces câbles XLR dans la MBox, et ressortent par un câble USB compatible avec l'ordinateur.

La prise de son, ou enregistrement, traduit les vibrations sonores en oscillations électriques.


Avec un enregistreur multipiste , on enregistre les instruments les uns après les autres, puis on reconstitue l'ensemble lors du mixage final.


Lors du mixage, on additionne les sons des différentes pistes d'instruments mais aussi le bruit de fond de chaque enregistrement. Il faut que le rapport entre le signal et le bruit de fond soit le plus grand possible. Dans un enregistrement professionnel on considère généralement que:


signal / bruit > 20


Ce rapport s'exprime en décibel (dB). On peut donc dire que le rapport signal/bruit de fond doit dépasser 20 dB.

Précautions à prendre lors de l'enregistrement afin d'augmenter le niveau du signal et diminuer le bruit de fond:

Enregistrement et traitement des sons avec Protools


Pro Tools est une station audio-numérique produite par la firme Avid Technology.

C'est un programme qui permet d'enregistrer, manipuler et arranger des fichiers audio numériques. Il est composé de :


• Un ordinateur

• Un convertisseur analogique-numérique intégré dans l'ordinateur

• Un enregistreur multipiste intégré dans l'ordinateur

Un haut-parleur est un transducteur électromécanique. Il traduit un signal électrique en vibrations sonores, c'est à dire qu'il fait exactement l'inverse du microphone.


Il existe de nombreux types de haut-parleurs:

Le micro omnidirectionnel capte les sons venant de toutes les directions. Il est idéal pour enregistrer des ambiances sonores. Il est très sensible aux réverbérations.




Le micro unidirectionnel capte surtout les sons venant de l'avant. Il est idéal pour enregistrer une voix ou un instruments solo. Les réverbérations venant de l'arrière ont peut d'effet sur lui. On l'appelle aussi micro cardioïde à cause de sa courbe en forme de cœur.




Le micro hypercardioïde est une « caricature » du micro cardioïde ou directionnel. Il est idéal pour capter des sources ponctuelles de sons éloignés (comme des dialogues de cinéma par exemple).

1.







2.








3.

Il ne faut pas oublier non plus de sortir du local les instruments qui pourraient entrer en résonance par sympathie, (cymbale, gong, guitare, caisse claire, tambour,...)


Il faut éviter au maximum les frottements des souliers ou habits ainsi que les cliquetis des instruments.

"araignée", système de suspension élastique

Le local d'enregistrement doit être isolé de l'extérieur afin d'éviter d'éventuels bruits de rue, d'avions ou d'oiseaux par exemple. Un local en sous-sol est une bonne solution, car les portes et les fenêtres sont des surfaces mal isolées.

Cependant, lors de l'amplification du son, le bruit de fond est également augmenté, comme dit précédemment. C'est pourquoi, lorsqu'on effectue la prise de son, il faut régler le volume d'entrée de façon à ce que l'instrument joue le plus fort possible, pour éviter que le bruit de fond prenne trop d'importance comparé à l'instrument enregistré, mais pas trop non plus, car il y aurait alors le problème de la saturation.


Lorsqu'on augmente le niveau d'entrée, on arrive à partir d'un certain moment au niveau de saturation. Les crêtes du signal sont coupées et le timbre est transformé.

La saturation est l'ennemi numéro 1 du preneur de son car nous ne pouvons pas la retoucher. Cependant, dans certains cas, celle-ci est un effet recherché. La guitare électrique dans le rock, par exemple, utilise beaucoup la saturation.

Pour qu'un objet quelconque (dessin, texte, photo ou musique) soit traité par un ordinateur, il faut le traduire en une suite de nombres. Mais comment peut-on transformer une musique en nombres? Comment mesurer la musique?


Un convertisseur analogique-numérique est un montage électronique qui traduit une valeur analogique en une valeur numérique. Cette opération s'appelle l'échantillonnage en français et sampling en anglais.


Celui-ci consiste à transformer un signal analogique (une courbe constituée d'une infinité de points) en signal numérique (formé d'un nombre fini de points), en capturant des valeurs à intervalle de temps régulier.


La fréquence à laquelle les valeurs sont capturées est la fréquence d'échantillonnage, exprimée en Hertz (Hz). C'est le nombre d'échantillons par seconde. Un CD audio contient des données musicales échantillonnées à 44,1 kHz soit 44100 échantillons par seconde.


Si la fréquence d'échantillonnage est trop faible, les valeurs seront très espacées et le signal original ne sera pas traduit en toute fidélité.


Si elle est trop grande, les informations occupent un grand espace de stockage. Le théorème de Shannon postule que la fréquence d'échantillonnage doit être le double de la fréquence du signal échantillonné.


Comme l'ouïe humaine perçoit les sons jusqu'à 20'000 Hz, le théorème de Shannon impose donc une fréquence d'échantillonnage d'au moins 40'000 Hz (en réalité de 41'100 dans un CD).

Chaîne électro-acoustique

Le micro

Le mot “microphone” vient du grec micro (petit) et phone (voix). Le micro est un objet qui traduit les variations de pression au cours du temps en variations de courant électrique. C'est un transducteur. En physique, un transducteur est un dispositif qui convertit une grandeur physique en une autre.

La membrane du micro vibre sous l’effet des variations de pression. Cela produit des variations électriques dans le solénoïde (bobine) plus ou moins identiques aux vibrations acoustiques. Il traduit plus ou moins fidèlement le son.


On peut définir les caractéristiques d'un micro:

Il existe trois types de microphones:

1.






2.






3.

La prise de son

La dynamique du son

L’échantillonnage

La suite de nombre devient : 1000 1100 1010 1011 1000 0101 0100 0101 1000 1100.

Nous avons vu qu'une information codée sur 4 bit donne 2x2x2x2 = 16 valeurs différentes. Ce n'est pas suffisant pour prendre en compte la complexité et la dynamique musicale. Sur un CD on utilise une information codée sur 16 bit donne 2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2 = 65'536 valeurs différentes.


Le mixage final est sauvegardé sous la forme d'un fichier au format AIFF (Audio Interchange File Format). Les données ne sont pas compressées. Elles sont codée en 16 bits, stéréo 44,1 kHz et peuvent être transférées sur le CD.

On peut donc reprendre notre exemple avec les valeurs du signal en langage binaire (base 2) :

Base 10


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Imaginons un système de codage où le signal est numérisé sur une échelle à 16 valeurs (de 0 à 15).  Le signal analogique (à gauche) devient ci-dessous un signal numérique grossier avec des  variations comme des marches d'escalier.

L’amplificateur

Amplification du signal

Le haut-parleur

comparaison entre un matériau réverbérant (lisse) et un matériau isolant (poreux)

Amplification et saturation d'un son

Le résultat final n'est pas très fidèle mais on a déjà réussi à traduire une vibration sonore en une suite de nombres : 8-12-10-11-8-5-4-5-8-12.


Le problème est qu'un ordinateur ne compte pas comme nous en base 10, mais en base 2 : il n'a que deux symboles (chiffres) pour exprimer des nombres : 0 et 1. En effet, dans un circuit électronique, le courant peut passer (niveau 1) ou ne pas passer (niveau 0). On donne à ces éléments primaires 0 et 1 le nom de bit (de l'anglais BInary digIT). L'ordinateur va donc traduire  la suite de nombre non pas en base 10 comme dans le dessin précédent mais en base 2. Pour réaliser notre échelle comportant 16 niveaux, il faut 4 bits (une succession de 4 symboles 0 ou 1). Comme nous n'avons pas l'habitude de compter en base 2, un tableau de conversion s'impose :

Numérisation d'un son

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La bande passante est la fenêtre de sensibilité du micro. On considère que la bande passante de l'oreille humaine couvre les fréquences comprises entre 20 et 20'000 Hz.


La courbe de réponse est à toutes les fréquences. Le micro peut capter plus ou moins certaines fréquences.


La directionnalité. Il en existe trois types différents.

Le son

• électrodynamique

• électrostatique

• piézoélectrique

Le haut-parleur électrodynamique est le plus courant. Son fonctionnement, relativement simple, est le même que celui d’un micro électrodynamique.

La puissance est exprimée en Watt (W).


La bande passante est exprimée en Hertz (Hz). Elle correspond à la plage de fréquence que le haut-parleur peut restituer.


Le rendement est exprimé en dB. Il s'agit de la pression acoustique mesurée à un mètre du haut-parleur, lorsqu'on lui fournit une puissance d'un Watt.


L'impédance est exprimée en Ohm. C'est la «résistance» du haut-parleur au passage du courant alternatif .









Caractéristiques techniques d'un haut-parleur:

Micro ‘Mildé’, 1897

Micro ‘Voxia’ au charbon, 1897

Phonographe ‘Edison’ 1877

silence

son

son amorti

retour à l’équilibre

(silence)

Le silence est un “idéal” impossible à atteindre. L’atmosphère est le lieu d’une agitation permanente et cahotique. Le silence est en fait un léger “bruit de fond”.

bruit de fond

son (amorti)

bruit de fond

Caractéristiques d’un son

Certaines vibrations sonores n’ont aucune régularité. Elles sont cahotiques et on les assimile à du bruit.

D’autres vibrations font apparaître des oscillations régulières qui sont généralement plus agréables à l’oreille: on les assimile à des sons musicaux.

A moins d’être entretenu, un son finit toujours par s’amortir et se “fondre” dans le bruit de fond.

interface MBox

fiche XLR mâle

fiche XLR femelle

fiche Jack mâle

Base 2 (binaire)


0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

saturation (signal écrêté)

enregistrement sans saturation

Il faut enregistrer avec le volume d'entrée maximal, en faisant attention cependant à ne pas dépasser le seuil de saturation.

1.

2.

3.

Il ne faut pas oublier de prévoir des revêtements absorbants sur les parois ainsi que sur le plafond de manière à empêcher l'enregistrement d'échos indésirables. Lorsqu'on enregistre en multi-piste, on essaie toujours d'avoir l'acoustique la plus «sèche» possible.

4.



5.

Le fait de fixer le micro au moyen d'une "araignée", un système de suspension élastique, permet de l'isoler des vibrations du sol transmises par le pied de micro.

6.

dans le rouge !

niveau d’enregistrement

échantillonnage d’un CD

Le microphone délivre des "micro-oscillations" qui n'ont pas l'énergie suffisante pour faire vibrer la membrane d'un haut-parleur (HP). De même les fichiers musicaux stockés sur différents supports (CD, disque dur) doivent être aussi amplifiés avant d'être envoyés dans un haut parleur.

Le rapport d'amplification entre l'entrée du signal (IN) et la sortie du signal (OUT) s'appelle le gain. Il s'exprime en dB.