FACULTE DES SCIENCES
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FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS. Année universitaire 2009-2010. UNIVERSITE DE TUNIS ELMANAR. FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS. Traitement du Son. Qu'est-ce qu'un son ?. Les bruits, la musique ou la parole sont des manifestations variées d'un unique phénomène physique : le son.

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Année universitaire 2009-2010

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Presentation Transcript


Ann e universitaire 2009 2010

FACULTE DES SCIENCES

DE TUNIS

Année universitaire 2009-2010

UNIVERSITE DE TUNIS ELMANAR

FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS

Traitement du Son

Naouai Mohamed


Qu est ce qu un son

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.

Naouai Mohamed


Un son est une onde

Un son est une onde

Naouai Mohamed


Ann e universitaire 2009 2010

Qu'est-ce qu'une onde ?

  • 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.

Naouai Mohamed


Une onde la surface de l eau

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.

Naouai Mohamed


Exemple

Exemple

Naouai Mohamed


Exemple1

Exemple

Naouai Mohamed


Le cas de la vague sur l eau

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).

Naouai Mohamed


Exemple2

Exemple

Naouai Mohamed


Le cas de la hola

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).

Naouai Mohamed


Remarque

Remarque

  • 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.

Naouai Mohamed


Remarque1

Remarque

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

Naouai Mohamed


Notion de milieu

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.

Naouai Mohamed


Notion de milieu1

Notion de milieu

  • Ces ondes nécessitent donc la présence d'un milieu (l'ensemble des spectateurs ou un élément liquide) pour se propager.

Naouai Mohamed


D finition d une onde

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.

Naouai Mohamed


L onde sonore

L’ondeSonore

Naouai Mohamed


Introduction

Introduction

  • 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.

Naouai Mohamed


Comment se propage le son

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...

Naouai Mohamed


Comment produit on un son

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).

Naouai Mohamed


Comment produit on un son1

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.

Naouai Mohamed


Comment per oit on un 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.

Naouai Mohamed


Le microphone

Le microphone

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

Naouai Mohamed


Le microphone1

Le microphone

  • 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


Caract risation des sons

Caractérisation des sons

  • Caractéristiques physiques des sons

    • pourquoi un son nous paraît-il plus fort

    • plus aigu qu'un autre ?

Naouai Mohamed


Repr sentation temporelle d un son

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.

Naouai Mohamed


Caract risation d un son

Caractérisation d'un son

  • 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.

Naouai Mohamed


La vitesse

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.

Naouai Mohamed


La vitesse1

La vitesse

  • 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.

Naouai Mohamed


La vitesse2

La vitesse

Naouai Mohamed


La fr quence

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).

Naouai Mohamed


La fr quence1

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).

Naouai Mohamed


La fr quence2

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).

Naouai Mohamed


La fr quence3

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

Naouai Mohamed


La p riode

La période

  • Par définition, la période est la durée d'un cycle. Elle s'exprime généralement en secondes.

Naouai Mohamed


La p riode1

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.

Naouai Mohamed


Exemple3

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 :

Naouai Mohamed


Exemple4

Exemple

Naouai Mohamed


La longueur d onde

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.

Naouai Mohamed


La longueur d onde1

La longueur d'onde

  • Cette quantité s'appelle par définition la longueur d'onde, elle est notée l et elle s'exprime en mètres.

Naouai Mohamed


L intensit

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.

Naouai Mohamed


L intensit1

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.

Naouai Mohamed


L intensit2

L'intensité

Naouai Mohamed


Le seuil absolu d audibilit

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 000000000000ème 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.

Naouai Mohamed


Le seuil de douleur

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.

Naouai Mohamed


Ann e universitaire 2009 2010

Naouai Mohamed


Ann e universitaire 2009 2010

  • 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).

Naouai Mohamed


Repr sentation analogique et num rique

Représentation analogique etnumérique

Naouai Mohamed


Traitement num rique

Traitement numérique

  • Avantages : les moyens informatiques actuels permettent le traitement des signaux sous forme numérique (traitements plus rapides)

Naouai Mohamed


Traitement num rique1

Traitement numérique

  • Problème : le passage en numérique conduit à une perte d ’information

  • Nécessité :

    • Convertisseurs analogique-numérique (A/N)

    • Convertisseurs numérique-analogique (N/A)

Naouai Mohamed


Conversion analogique num rique

Conversion analogique/numérique

  • Etape d ’échantillonnage puis de quantification

Naouai Mohamed


Analogique num rique

Analogique /Numérique


Rapport signal bruit

Rapport signal/bruit

  • La qualité d’un signal est souvent représentée par le Rapport Signal/Bruit ou RSB (SNR en Anglais)

Naouai Mohamed


Rapport signal bruit1

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

Naouai Mohamed


Rapport signal bruit2

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=30dB

Naouai Mohamed


Pr sentation du format audio

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

Naouai Mohamed


Pr sentation du format audio1

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

Naouai Mohamed


Pr sentation du format mp3

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.

Naouai Mohamed


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