7 - Son

Plan

• Définition du Son• Numérisation du Son• Formats des fichiers de sons • Son et Multimédia

Définition du Son

Définition du Son

• Pression -> Onde• Mécanisme de l’audition

– Grandeurs associées – Analyse du Son – Perception

• Conséquences – Effet de masquage– Effet de précédence – Application à la sonorisation

Transformation d’une pression en onde

Mécanisme de l’audition

Grandeurs associées

Grandeurs Physiques

Attributs perceptifs

fréquence hauteur (pitch)

intensité force (volume)

spectretimbre (couleur tonale)

Exemple d'analyse d'un son

Diagramme amplitude / temps :

Perception de la hauteur d'un son,de la fréquence

• unité Hertz (Hz)• Perception similaire pour un rapport d'une

octave• perception logarithmique de la hauteur des

notes• clavier de piano logarithmique : 27,5 Hz - 55

- 110 - 220 - 440 (note référence) - 880 - 1760 - 3520

• perception plus fine dans les basses fréquences

Perception de l'intensité d'un son

• son = pression (unité Pascal)• Pr = 2 . 10-5 Pa (seuil d'audition pour un son

pur de 1 kHz)• Seuil de douleur = 10 Pa• => adoption d'une échelle logarithmique

SPL = 20 log10 [ P / Pr ] mesure de rendement de puissance acoustique

• Unité : le décibel (dB) est l'unité de mesure relative de la puissance sonore (double tous les 3 dB)

Diagramme de Fletcher

Perception des timbres

• Définition de l'American Standard Association (ASA) : "Le timbre est l'attribut perceptif permettant de distinguer deux sons de hauteurs et d'intensités égales"

• Il permet de discerner les instruments, les voix...• Physiquement : timbre = enveloppe spectrale +

évolution de cette enveloppe au cours du temps• Connaissance des timbres : perception de

fréquences absentes produites par les harmoniques (téléphone, radio...)

Conséquences• Effet de masquage

• Effet de précédence

Application à la sonorisation

Numérisation du Son

Echantillonnage

• Théorème d'échantillonnage de Nyquist/Shannon : « signal correctement reconstruit si fréquence

d'échantillonnage > 2 * plus grande fréquence du signal échantillonné »

• Filtrage préalable préférable• plage audible 20 - 20 000 Hz, d’où

échantillonnage des CD audio à 44 kHz• téléphone : échantillonnage à 11 kHz• Connaissance de la plage de fréquence

permet réduction du débit

Quantification• Passage d'un domaine continu à un domaine discret• Valeur continue - Valeur quantifiée = erreur de

quantification (bruit)• But d'un bon codage : réduire le bruit• Attention : complexité du quantificateur augmente son

coût• Différentes stratégies de quantifications (adaptées au

type d'entrée) :– quantification scalaire

• linéaire• logarithmique

– quantification vectorielle : sur blocs de N échantillons, opération dans espace de dimension N

Quantification (2)• Plusieurs types de quantification :

– Linéaire (uniforme)• Distance identique entre chaque niveau de reconstruction.• Pas les meilleurs résultats (car indépendante de la nature de l'entrée)

mais facile à implémenter.• Pour conversation téléphonique : 13 bits, soit 8192 niveaux de

reconstruction.

– Logarithmique• Adaptée au codage de la parole :

– dynamique du langage peut atteindre 60 db– mais résolution plus importante dans les faibles amplitudes

• Idée : distance entre niveaux de reconstruction augmente avec l'amplitude

• Principe : passer signal d'entrée par compresseur à caractéristique logarithmique

Formats des fichiers de sons

Formats des fichiers de sons

• Nombreux formats : principaux formats avant le mp3– au : format des premières stations Unix (Sun,

NeXT...) très compressé en u-law ou a-law.. compact, mais dégradé

– aiff : format développé par Apple à partir d'un compresseur propriétaire MACE. Meilleure qualité que au, mais plus lourd.

– dvi ADPCM : développé par Intel pour les CDI.. Compression avec perte dans un ratio de 4 pour laisser de la place aux vidéo sur le CDI

Formats des fichiers de sons (2)– mid MIDI (Musical Instrument Digitial Interface) codage des

partitions. Très compact (une symphonie en 40 Ko !), mais nécessite un synthétiseur hard (meilleur) ou soft : très adapté aux musiques sur le Web

– wav Windows Wave : développé à l'origine par IBM, est devenu un standard de fait bien que pas très bon. Comporte beaucoup de formats de compression possibles.

– succès du mp3• tardif, car défini dès 1993 dans le format audio layer 3 du MPEG 1 (d'où le

nom mp3)• compression fréquentielle avec quantification comme le JPEG, mais tenant

aussi compte des l'effet de masquage pour diminuer l'information à coder• format de compression avec perte avec possibilité de réglages pour limiter

la compression avant l'audition des défauts• format de qualité, mais encore lourd pour le Web

Formats des fichiers de sons (3)

• Cas particulier du format Realaudio (.ra)– Propriété de Real Networks (ex Progressive

Networks)– Limité à la transmission de son par flux avec

limitation des conséquences de perte de paquets (transmission en "peigne")

– Format permettant plusieurs niveaux de compression avec choix et changement de taux de compression suivant dégradation du réseau

Formats des fichiers de sons (4)

– Principe du format Realaudio (.ra)

Sans multiplexage Avec

Son et réseau

Son et réseau

• Deux méthodes pour accéder un son sur un serveur distant :– charger le fichier, puis jouer (trop longue attente)– ou liaison par flux tendu (son joué au fur et à mesure de

la réception)

• Pb due à la liaison asynchrone : coupures• Solutions :

– tampon local– multiplexage des échantillons (ex : Real Audio)

Son et réseau (2)

• Possibilité de jouer un son directement dans une page Web :– Avec un plugin QT ou Flash Player

– Par une balise spéciale <embed><embed SRC="wheels.mid"PLUGINSPAGE="http://www.yamaha.co.jp/english/xg/html/mplug.html"WIDTH=200 HEIGHT=55 CONTROLLER=TRUE LOOP=FALSE AUTOPLAY=TRUEautostart=false></embed>

ou flash<object type="application/x-shockwave-flash" data="dewplayer.swf?essai.mp3 width="200"

height="20"> <param name="movie" value="dewplayer.swf?essai.mp3"></object>

Démonstrations