Année universitaire 2009-2010

Année universitaire 2009-2010

FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS

FACULTE DES SCIENCES DE TUNISUNIVERSITE DE TUNIS ELMANAR

Traitement du Son

1Naouai MohamedAMM Cour3

Qu'est-ce qu'un son ?• Les bruits, la musique ou la parole sont des

manifestations variées d'un unique phénomène physique : le son.

• Le son est un phénomène physique que nous percevons par le biais de notre oreille. Ce phénomène est ce que l'on appelle une onde. Quelques observations simples nous permettrons de comprendre ce phénomène.

AMM Cour3 Naouai Mohamed 2

Un son est une onde


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Qu'est-ce qu'une onde ?

Naouai MohamedAMM Cour3

• Les ondes sont des phénomènes très courants, et on peut en voir les effets à chaque instant : en effet, la lumière qui nous parvient, les sons qui nous entourent, les vibrations du sol que l'on perçoit lorsqu'un camion passe à proximité, sont des ondes.

• Le meilleur moyen de comprendre ce qu'est une onde est d'étudier des exemples observables par tous.

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Une onde à la surface de l'eau

• Si vous jetez une pierre à la surface d'une large étendue d'eau calme, vous pouvez observer une perturbation qui se propage à la surface en générant des cercles concentriques dont le rayon grandit.



Exemple


Exemple

Le cas de la vague sur l'eau

On peut donc faire les constatations suivantes :

• Il y a déplacement de vagues (elles

s'éloignent de la source).• Il y a non déplacement du bouchon (il ne

s'éloigne pas de la source).



Exemple

Le cas de la hola

• La hola se déplace comme une vague (elle "court" autour du stade).

• Les spectateurs restent à leurs places (ils ne courent pas).


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• L'onde est caractérisée par le passage d'une perturbation parmi des particules (spectateurs ou molécules d'eau dans ces exemples).

• Comme cette perturbation passe "à travers" les particules sans les emporter, on dit qu'une onde se propage plutôt qu'elle ne se déplace.


Remarque

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Dans les deux exemples précédents, il semble que la notion d'onde soit intimement liée à la notion de particule.


Remarque

Notion de milieu


• Si l'on reprend l'exemple des tribunes du stade, la perturbation se propage grâce aux spectateurs : il ne peut pas y avoir de hola dans un stade vide.

• si on jette une pierre sur une surface solide plutôt que liquide, notre oeil ne perçoit pas d'onde qui se propage.

Notion de milieu• Ces ondes nécessitent donc la

présence d'un milieu (l'ensemble des spectateurs ou un élément liquide) pour se propager.


Définition d'une onde• Nous pouvons donc maintenant

donner une définition d'une onde, qui correspond à la propagation d'une perturbation dans un milieu.


L’onde Sonore


Introduction

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• L'onde sonore est une onde mécanique qui se propage donc dans un milieu matériel élastique : à travers l'air, mais aussi dans l'eau, ou à travers un mur.


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Comment se propage le son ?

• Le son se propage par changement de la pression dans le milieu où il circule. La pression est une mesure des forces qui s'exercent sur les particules d'un milieu.

• Cette variation de pression (et donc de forces) est induite par un mouvement des particules d'air : ces particules se déplacent, elles se heurtent, et donc elles exercent des forces supplémentaires sur leurs voisines...


Comment produit-on un son ?


Lorsque l'on frappe le diapason (cliquer sur l'icone du marteau), ses branchent vibrent et mettent en mouvement les particules de l'air qui sont les plus proches.

Ces particules vont à leur tour percuter les particules voisines, provoquant ainsi une augmentation locale de la pression (le nombre de particules augmente à cet endroit).

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Comment produit-on un son ?


Dans un Haut-parleur, un dispositif électro-magnétique

traduit les variations d'un signal électrique en terme de déplacement d'une membrane.

C'est ce déplacement qui crée la perturbation de l'air qui

correspond au son.

Comment perçoit-on un son ?

• Entendre un son signifie que l'on perçoit les variations de pression induites par le mouvement des particules de l'air mises en mouvement.

• Chez les êtres vivants, c'est l'oreille qui joue ce rôle. On dispose également d'instruments pour capter les sons : il s'agit des microphones.


Le microphone

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Le microphone est un instrument utilisé pour capter les variations de pression. Il fonctionne exactement comme un haut-parleur... à l'envers !


Le microphone

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• Le son arrive sous forme d'alternance de zones de pressions fortes et faibles sur la membrane du microphone.

• Cette membrane se déplace plus ou moins en fonction des différences de pression, et un appareillage électro-magnétique convertit ses mouvements en signal électrique.

Naouai Mohamed

Caractérisation des sons

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• Caractéristiques physiques des sons • pourquoi un son nous paraît-il plus fort• plus aigu qu'un autre ?• …


Représentation temporelle d'un son


• Le capteur est un instrument sensible aux variations de pression

de l'air.• A chaque instant, il permet de connaître la pression et

donc de tracer sur un écran une courbe de ces variations au cours du temps.

Caractérisation d'un son

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• Un son peut être caractérisé par plusieurs grandeurs physiques que nous allons maintenant définir.

• C'est la variation de ces grandeurs qui fait que deux sons vont nous paraître différents ou identiques.


La vitesse• Le son est une onde qui se déplace

dans un milieu en se propageant de particule en particule de proche en proche.

• La vitesse du son, qui correspond à la distance que le son parcourt par unité de temps, est la vitesse à laquelle la perturbation se propage dans le milieu.


La vitesse

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•Cette caractéristique ne dépend que du

milieu et pas de la nature de la perturbation (c'est-à-dire du son).

•Cela signifie que deux sons produits au même instant dans un même milieu se propagent à la même vitesse , même s'ils sont différents.


La vitesse


La fréquence• Lorsque l'on est en présence d'un

son produit par une source vibratoire, les molécules du milieu adoptent un mouvement périodique : elles vont et viennent autour de leur position d'équilibre (niveau microscopique).


La fréquence• D'un point de vue macroscopique,

ces mouvements résultent en des zones de hautes et basses pressions.

• Le phénomène sonore est donc observé par l'intermédiaire d'un capteur de pression : la pression varie en décrivant un motif sinusoïdal qui se répète identique à lui même (on parle alors d'un cycle).


La fréquence• Par définition, la fréquence est le

nombre de fois où ce motif se répète en une seconde (ou encore le nombre de cycles par seconde).

• L'unité internationale employée pour mesurer les fréquences est le Hertz (noté Hz).


La fréquence


1 Hz = 1 cycle par seconde 10 Hz = 10 cycles par secondes 50 Hz = 50 cycles par secondes

10000 Hz (= 10 kHz) = 10 000 cycles par secondes

La période• Par définition, la période est la

durée d'un cycle. Elle s'exprime généralement en secondes.


La période


Cette figure fait apparaître en rouge une répétition du motif sinusoïdal (cycle).

La durée de ce cycle est égale à une période. Dans cet exemple

cette durée est de 1 seconde.

Exemple• Si un son a une fréquence de 10

Hertz, cela signifie que la durée nécessaire pour réaliser un cycle est de 1/10 de seconde : sa période est donc de 0,1 seconde.La fréquence f et la période T d'un son sont liés par une relation inverse :


fT 1

T

f 1

Exemple


La longueur d'onde• Comme on peut déterminer à partir

d'une représentation temporelle d'un son sa période, on peut chercher à savoir de quelle distance le son s'est propagé durant cette période.


La longueur d'onde• Cette quantité s'appelle par

définition la longueur d'onde, elle est notée l et elle s'exprime en mètres.


L'intensité• Sur le plan physique, l'intensité du son

(le volume sonore) est proportionnelle au carré de la pression exercée sur le milieu : plus on agite les molécules d'air, plus le son va être fort.


L'intensité• Cette pression est elle-même

proportionnelle à l'amplitude de l'oscillation qui l'a générée :

• si la membrane du haut-parleur vibre avec peu d'amplitude, le son produit est faible.

• Si l'amplitude du mouvement est importante, le son produit est fort.


L'intensité


Le seuil absolu d'audibilité• Dans des conditions optimales (pas de bruit

ambiant...), l'être humain est capable d'entendre un son ayant une énergie de 10-16 Watt/cm² (1/10 000 000 000 000 000 ème de Watt/cm²).

• Par définition, cette intensité est appelée seuil absolu d'audibilité. A cette intensité correspond des variations de pression de l'ordre de 0,02 milli Pascal.


Le seuil de douleur• Si le Son est trop fort, ils risque

d'endommager de manière durable, voire définitive, notre oreille (rupture du tympan).

• L'intensité limite que nous pouvons supporter sans dommage est de 10-2 Watt/cm². Par définition, cette intensité est appelée seuil de douleur.

• Elle correspond à des variations de pression de l'ordre de 200 Pascal.



• Un son peut être caractérisé par plusieurs grandeurs :– la fréquence est le nombre de cycles par

seconde (unité : le Hertz Hz). – la période est la durée d'un cycle (unité: la

seconde). – la longueur d'onde est la distance parcourue

en une période (unité : le mètre m). – l'intensité est liée à l'amplitude des variations

de pression (unité : le déciBel dB).


Représentation analogique et

numérique


Traitement numérique• Avantages : les moyens

informatiques actuels permettent le traitement des signaux sous forme numérique (traitements plus rapides)


Traitement numérique• Problème : le passage en numérique

conduit à une perte d ’information • Nécessité :

• Convertisseurs analogique-numérique (A/N)• Convertisseurs numérique-analogique (N/A)


Conversion analogique/numérique

• Etape d ’échantillonnage puis de quantification


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Analogique /Numérique

Rapport signal/bruit• La qualité d’un signal est souvent

représentée par le Rapport Signal/Bruit ou RSB (SNR en Anglais)


Rapport signal/bruit


• On peut aussi faire une approximation du RSB en estimant un rapport entre l’amplitude du signal et l’amplitude du bruit

Rapport signal/bruit• Si E(signal)=E(bruit) SNR=0dB• Si E(signal)=2E(bruit) SNR=3dB• Si E(signal)=10E(bruit)

SNR=10dB• Si E(signal)=100E(bruit)

SNR=20dB• Si E(signal)=1000E(bruit)

SNR=30dBAMM Cour3 Naouai Mohamed 54

Présentation du format audio

• Compte tenu des contraintes théoriques de restitution d’un signal analogique de bonne qualité (pour l’oreille humaine) à partir d’un signal échantillonné, on a imposé aux CD audio un format de stockage du son ayant les données suivantes:

• Fréquence d’échantillonnage = 44,1KHZ• Données codées sur 16 bits• Son stéréo


Présentation du format audio

• Ceci signifie que les échantillons prélevés sur le morceau de musique à numériser sont prelevés à la cadence de 44,1KHZ

• Sonts codés sur 16bits • Le son est stéréo soit pour un

échantillon donné, la nécessité de stocker les voies droite et gauche


Présentation du format MP3• MP3 (MPEG Audio Layer 3) est un

format de compression de données audio par destruction de données.

• Ce format permet de compresser à un taux de 1:12 les format audio habituels.

• Le format MP3 n’altère que faiblement le son pour l’oreille humaine.


Documents

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