ESPACE THÉORIE
Les bases du son
Relier le vocabulaire musical aux grandeurs physiques, puis comprendre le spectre, les décibels et les bases du son numérique.
LE SIGNAL
Le signal dans le temps
Un microphone convertit les variations de pression acoustique en un signal électrique. Ce signal conserve une trace de l’évolution du son : on peut en observer la forme d’onde (waveform), l’amplitude et la vitesse de répétition.
L’écart entre le repos et un point de l’onde. Elle est liée au niveau du signal.
La durée d’un cycle, notée T et exprimée en secondes.
Le nombre de cycles par seconde : f = 1 / T.
La position d’une onde dans son cycle par rapport à une autre.
MUSIQUE ↔︎ PHYSIQUE
Hauteur et fréquence
En formation musicale, on parle de hauteur (pitch) : grave, aigu, nom de note et octave. Pour un son périodique, cette sensation est principalement associée à la fréquence fondamentale (fundamental frequency), mesurée en hertz. Un hertz signifie simplement une fois par seconde.
La répétition est assez rapide pour être principalement perçue comme une hauteur.
Échelle logarithmique : le déplacement suit des rapports réguliers pour balayer souplement plusieurs dizaines de milliers de hertz.
Dans la tessiture MIDI · note 69.
SPECTRE ET TIMBRE
Même hauteur, timbres différents
Un son périodique complexe peut être décrit comme une somme de sinusoïdes. La plus basse fréquence est la fondamentale (fundamental). Les composantes placées à des multiples entiers sont ses harmoniques (harmonics).
Comme dans la présentation « Anatomie d’un son », on part ici de l’instrument, puis on met en regard la forme d’onde (waveform) et le spectre (spectrum). Les trois exemples jouent la même note : La3 · A3 = 220 Hz.
Le timbre ne se résume pas au spectre : la macro-dynamique (amplitude envelope) décrit la vie globale de la note. Elle montre comment le niveau apparaît, se maintient ou décroît, puis disparaît.
HAUTEUR La3 · A3 220 Hz pour les trois instruments
TIMBRE Percussif et décroissant Fondamentale forte, partiels espacés et enveloppe courte.
DE LA RAIE AU SPECTRE CONTINU
Harmoniques, inharmoniques et bruits
Toute composante sinusoïdale repérée dans un spectre est un partiel (partial). Un harmonique est un cas particulier : sa fréquence est un multiple entier d’une fondamentale. Si les rapports ne sont pas entiers, les partiels sont inharmoniques (inharmonic partials).
Un bruit (noise) ne présente pas une répétition stable comparable à celle d’un oscillateur. Son énergie se répartit dans une bande de fréquences : le spectre ressemble davantage à une zone continue qu’à une série de raies fixes.
Une seule sinusoïde produit une raie. La période et la hauteur sont très nettes.
Les partiels sont des multiples entiers. La forme se répète et la hauteur reste généralement stable.
Les partiels ne suivent pas une série entière. Le son peut devenir métallique ou présenter une hauteur moins évidente.
L’évolution est apériodique. Une couleur de bruit décrit la façon dont l’énergie moyenne se répartit dans le spectre.
Organiser les partiels, puis ajouter du bruit
Pars de la sinusoïde neutre. Choisis un exemple ou déplace progressivement les réglages ; la forme d’onde, le spectre et le son évoluent ensemble.
Sinusoïde : une fréquence, une période et une hauteur clairement repérables.
Bruit blanc
Il possède en moyenne la même puissance par hertz. Comme une octave aiguë contient beaucoup plus de hertz qu’une octave grave, il paraît riche en aigus.
Bruit rose
Sa puissance moyenne est répartie de façon comparable par octave. Son spectre descend d’environ 3 dB par octave quand on l’exprime par hertz.
Bruit filtré
Un bruit peut être limité à une zone. Souffle, vent, consonnes ou cymbales n’occupent pas tous le spectre de la même manière.
DÉCIBELS · DECIBELS
Décibels : grandeur et référence
Le décibel exprime un rapport logarithmique. Écrire seulement « dB » indique une différence ou un rapport ; pour décrire un niveau, il faut aussi connaître la grandeur comparée et la référence correspondant à 0.
Qu’y a-t-il réellement dans le rapport ?
Puissance acoustique ou électrique, intensité… Doubler la puissance donne environ +3 dB. Multiplier la puissance par quatre donne environ +6 dB.
Pression acoustique, tension ou amplitude numérique, sous les hypothèses adaptées. Doubler l’amplitude donne environ +6 dB.
Le suffixe indique la référence
Une valeur de niveau compare la grandeur mesurée à une valeur choisie comme référence. Le suffixe répond donc à la question « 0 dB par rapport à quoi ? ».
CATÉGORIEAmplitude numérique · 20 log
RÉFÉRENCE DE 0Plein-échelle numérique · full scale
ÉCRITURE20 log₁₀(|A| / AFS)
EXEMPLE−6,02 dBFS ≈ moitié de l’amplitude maximale
NIVEAU NOMINAL ET CONVERSION
VU, dBu et dBFS ne disent pas la même chose
Le vumètre (VU meter) réagit assez lentement et renseigne surtout sur un niveau moyen de programme. Dans l’usage professionnel courant, une sinusoïde qui produit +4 dBu, soit environ 1,23 V RMS, place l’aiguille sur 0 VU.
Le dBu décrit une tension électrique. Ainsi, +4 dBu correspond à environ 1,23 V RMS.
Ce zéro est une cible de travail, pas la limite du système. Le vumètre met environ 300 ms à rejoindre son indication de référence.
Le plein-échelle (full scale) est la limite numérique. Le niveau nominal est volontairement placé plus bas pour laisser passer les crêtes.
Choisir la marge au-dessus de 0 VU
On envoie une sinusoïde de référence et on règle le convertisseur pour faire coïncider les trois repères.
Avec cet alignement, un sinus à 0 dBFS correspondrait à +22 dBu, soit environ 9,76 V RMS, à la sortie d’un convertisseur réglé de façon linéaire.
Repères : EBU R 68 · ITU-R BS.645-2 · AES Pro Audio Reference
LE CAS DU NUMÉRIQUE
Où classer le dBFS ?
Dans le crête-mètre numérique utilisé ici, la valeur mesurée est l’amplitude des échantillons. La référence full scale est la plus grande amplitude représentable : elle correspond à 0 dBFS.
−18, −12 ou −6 dBFS signifient que l’amplitude reste sous la limite. La distance jusqu’à 0 constitue une marge numérique (headroom).
C’est la limite du nombre numérique. Le niveau acoustique dépend ensuite du convertisseur, du réglage de sortie, de l’amplification, des enceintes et de la pièce.
Avec une grandeur d’amplitude, environ −6,02 dB correspond à une amplitude divisée par deux ; la puissance associée serait alors divisée par quatre.
dBFSconversion + calibration →Tension analogique
dBu / dBVamplification + enceintes →Pression acoustique
dB SPL
SON NUMÉRIQUE · DIGITAL AUDIO
Échantillonner, quantifier, coder
Mesurer le signal à intervalles réguliers. La fréquence d’échantillonnage s’exprime en hertz.
Arrondir chaque mesure vers l’un des niveaux disponibles.
Représenter chaque valeur par une suite de bits.
L’échantillonnage et la quantification sont deux opérations distinctes : le premier choisit quand mesurer, la seconde choisit avec quelle précision d’amplitude conserver chaque mesure.
Manipuler la quantification →Le théorème de Nyquist-Shannon
Pour représenter sans ambiguïté une sinusoïde de fréquence f, la fréquence d’échantillonnage doit être strictement supérieure à 2f : c’est le théorème d’échantillonnage. La moitié de la fréquence d’échantillonnage s’appelle la fréquence de Nyquist : 24 kHz pour un fichier à 48 kHz. Si le signal contient des fréquences supérieures à cette limite, elles se replient dans le spectre : c’est l’aliasing.
Faire apparaître l’aliasing →DU SON À LA COMMANDE
Passer au MIDI
Le MIDI ne décrit pas la forme d’onde : il transmet des événements musicaux et des gestes de contrôle. Une page dédiée rassemble maintenant les messages, les canaux, les appareils, les connexions et les liens vers chaque manipulation.