A4.ENREGISTREMENT ACOUSTIQUE

enregistrement des sons

Un son dont on veut différer l'écoute, doit être enregistré

1.on le soumet d'abord à une prise de son (ou capture de son)

Un capteur est un appareil qui détecte un paramètre du son (pression, puissance, vibration...) et le transmet (par transduction) à un actionneur qui le transfère ensuite à un effecteur, mémorisant ainsi des signaux électriques (ex: micros, accéléromètres...)

Les signaux sont traités soit analogiquement, soit numériquement.

Il existe 3 familles de capteurs:

1.1.les vibro-électriques

ils transforment une vibration en différence de potentiel électrique, ce qui crée un courant.Exemple les microphones, les hydrophones

1.2.les acoustico-électriques

ils transforment une différence de pression en différence de capacité électrique, ce qui crée un courant.  Exemple les microphones de guitare,

1.3.les piézo-électriques

la prise de son est faite par contact direct avec la partie vibrante de l'émetteur (disque ou pastille piézo)

 

2.on effectue ensuite le traitement des données d'acquisition

2.1.le convertisseur

est un transducteur transformant les données analogiques en numériques (type AN) ou le contraire (type NA)

2.2.l'échantillonnage des gammes de fréquences (le sampling)

numérise les signaux et crée des échantillons sonores à partir d'enregistrements de sources acoustiques réelles, afin de créer des modèles-souches, réutilisables ensuite pour créer des sons artificiels par ordinateur

L'échantillonnage doit être fait à une valeur supérieure à 2 fois la fréquence maxi des sons audibles (donc > à 2 fois 20 KHz--c'est la règle de Shannon) Donc on le trouve souvent entre 44,1 kHz et 96 kHz (d'où 16 à 24 bits de quantification)

2.3.les analyseurs de rythme décalent les éléments mal placés

2.4.les analyseurs de voix corrigent la tonalité

2.5.la reconnaissance vocale analyse et compare le son capté qui plus tard -après transduction- régurgitera le résultat vers un haut-parleur (voir réémission ci-après)

2.6.la correction de distorsion d'entrée

2.7.la compression de débit

2.8.la diminution du bruit de fond

 

3.on effectumaintenant l'enregistrement proprement dit (le stockage des sons)

3.1.l'enregistrement direct et mécanique

gravure sur disques vinyle ou microsillons 33,45,78 tours, phonographe, gramophone

3.2.l'enregistrement direct magnétique

sur fil, bande, dictaphone, magnétophone, cartouche, cassette...

3.3.l'enregistrement traité par optique

cinéma, CD, DVD, Blu-ray, ADAT

3.4.l'enregistrement traité par numérique-électronique

sur (SSD, flash, clé USB...) Les podcats sont des regroupements d'enregistrements acquis dans des lecteurs personnels -munis éventuelllement d'agrégateurs-)

3.5.l'enregistrement traité par audio-magnétisme

sur (disque dur, DASH, DAT, DCC)

Pour la suite (la sortie d'enregistremen) voir chapitre sur les traitements des sons à leur sortie d'enregistrement

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microphone

Un microphone est un capteur prenant le son auprès d'une quelconque source sonore

Il posséde un transducteur acoustico-électrique et il est muni en outre de fonctions d'amplification et d'amélioration qualitative, qui se révèlent utiles avant de renvoyer le son vers l'écoute.

Le micro entrera:

--soit dans un circuit court (le son va subir quelques rapides traitements et va être vite restitué à l'écoute à travers un autre transducteur externe, type électro-auditif (haut-parleur)

--soit dans un circuit long (le son va être enregistré, stocké dans un ordinateur,une cassette, ou autre...), puis exhumé après quelques modifs, pour une écoute différée, à un moment choisi) et ce sera effectué par un transducteur genre H.P.

Nota: un micro de guitare possède également un transducteur électro-magnétique

-les modèles de microphones

-microphones piézo-électriques (ils reçoivent de l’énergie acoustique sous forme de variation de pression et le transducteur, genre cristal piézo, la restitue sous forme de variation de potentiel électrique (ce potentiel étant par ailleurs = énergie / charge)

-microphones piézo-résistants (idem ci-dessus, mais restituent sous forme de variation de résistance)

-microphones électrostatiques (ils reçoivent de l’énergie acoustique déformant une membrane qui la restitue sous forme de variation de potentiel électrique ou de capacité)

-microphones électrodynamiques (ils reçoivent de l’énergie acoustique déformant une membrane ou un ruban et la restituent sous forme de variation d’intensité électrique ou de réluctance)

-microphones à fibres optiques, à charbon, à condensateur, à électret, etc

 

-l'admittance d'un microphone

est i'a = [M*² + (m.f - W'/ f)²]1/2/ vc²

avec i'a(kg/s-sr)= admittance acoustique

M*(kg/s)= coefficient de frottement visqueux du milieu

W’(J/m²)= raideur de l’appareil

f(s-1)= fréquence

vc(m/s) = célérité du son

On a aussi    B*.S = [M*² + (m.f - W'/ f)²]1/2

avec B*(kg/s-m²)= impédance acoustique spécifique

S(m²)= surface

M*(kg/s)= coefficient de frottement visqueux

W’(J/m²)= raideur de l’appareil

f(s-1)= fréquence

 

-l'alimentation électrique d'un microphone

comme la tension est faible, il lui faut nécessairement un préampli et un ampli

 

-la courbe de réponse d'un microphone

est la courbe de son comportement envers les fréquences de sons qui lui sont soumises

 

-la directivité(ou directionnalité) d'un microphone

est l'incidence de la direction d'arrivée des sons sur la membrane de l'appareil.

On distingue:

-un micro omnidirectionnel (isotrope sur un angle solide de 4p)

-un micro hémisphérique (isotrope sur un angle solide de 2p)

-un micro bidirectionnel (section en forme de 8)

-un micro cardioïde (dont la section des paramètres d'audition est en forme de coeur)

-un micro canon (ou en trèfle à 4 feuilles)

On définit le facteur de directivité d’un microphone par

F’y= (pa)² / (ps)² = (b*a)² / (b*s

avec pa(J/m3) = pression acoustique axiale, prise à 1 mètre

ps(J/m3) = pression acoustique multidirectionnelle (sur une sphère de rayon 1 mètre)

b*a est l’efficacité axiale, prise à 1 m., et b*est l’efficacité de comparaison --d’un champ diffusé sur une sphère de 1 m de rayon--

L'incidence de la directivité est au maximum de 10 décibels

 

-l'effet de proximité pour un microphone

est l'accentuation des basses fréquences--dûe au déphasage des ondes pendant la traversée de sa membrane--

 

 -l'efficacité d'un microphone  est l'inverse de la sensibilité --à voir plus bas-- 

(pression ac° quadr / tension eff°)

-l'impédance d'un microphone

est (Z) sa résistance interne au passage du courant électrique.Elle est dite impédance de sortie: elle est considérée faible (si Z < 1 000 Ohms), ou bien moyenne

(si 2 000 <Z< 15 000 W) ou bien  forte, si Z > 20 000 W

Les micros usuels ont une faible impédance (quelques centaines d'W)

On a la relation classique Z = U² / P   = carré de la tension / puissance

Cas particulier: si l'impédance est de 8 Ohms, et si on parle de niveau acoustique de puissance (de 1 Watt à 1 mètre) on a alors une tension basique  U = (8)1/2= 2,83 Volts

Grâce à son impédance, le micro est un générateur de tension

 

-le niveau acoustique maximal accepté par un microphone

est usuellement de 115 à 130 dBSPL

 

-le niveau d'efficacité d’un microphone 

est la variation du niveau sonore qu'il provoque (exprimée en dBSPL)

 

-la puissance d'un microphone

supposons un microphone possédant une membrane de 25 mm de diamètre (donc une surface de 4×?10−4 m²) atteint par une onde sonore perpendiculaire sous une pression acoustique efficace de 1 Pa (ce qui correspond à environ 112 dB) la puissance développée est(P= p.S.v) soit 50 µW.

La puissance surfacique reçue par un micro est

p* = (P’.cosθ.bt.yρ) / l2

où p*(W/m2)= puissance surfacique reçue

P’(W/sr)= intensité énergétique

θ(rad)= angle d’incidence du rayonnement avec la normale

Ω(sr)= angle solide

bt(nombre)= coefficient d’absorptivité du milieu

yρ(nombre)= coefficient de réflectivité

l(m)= distance entre émetteur et récepteur

La puissance théorique   est   P = p*. l2

toutefois, cette puissance théorique n'est pas utilisée en pratique et on voit surtout exprimées:

---la puissance moyenne (en Watts AES), valant 2 à 4 fois plus que les Wattsthéoriques)

---la puissance efficace (en Watts RMS) , valant 3 à 6 fois plus que les Watts théoriques)

 

-le rapport signal-bruit (S/B)

Dans les microphones dynamiques, il y a génération de bruit dû à l’agitation thermique des électrons à l’intérieur de la bobine mobile, ainsi que de bruit dû aux chocs des molécules d’air sur la membrane et encore de bruit électronique (la tension phosphométrique).

Tous ces bruits parasites regroupés sont comparés au niveau sonore acoustique de référence, choisi égal à 94 dBSPL Le rapport comparatif est dit rapport (S/B)

 

-le rendement d'un microphone

a des valeurs pratiques entre 0,5 et 5%

 

-la sensibilité d’un microphone 

-la sensibilité d’un microphone 

est   b*(en V/Pa) = Ueff/ pquad

avec Ueff(V)= tension efficace   de sortie et pour 1 kHz

et pquad (Pa)= pression acoustique quadratique

Les valeurs pratiques de b* sont faibles (1 à 5 mV/Pa pour les micros dynamiques et 10 à 50 mV/Pa pour les micros statiques)

Plus la source sonore est faible, plus il faut une sensibilité élevée

 

-la sensibilité relative d'un microphone

est l'échelle logarithmique de la sensibilité ci-dessus, à savoir

20log(b*/b*0) où b*0 est la sensibilité basique choisie --mais qui hélas, varie avec les constructeurs (1 V/Pa ou 1V/microbar, ou autre...)

Celà peut conduire à avoir une sensibilité relative négative, si le niveau choisi est trop haut par rapport à la réalité

 

-le souffle d'un micro

est le bruit de fond perceptible en l'absence de tout signal traité, mais provenant des électrons remuant dans chaque élément de la chaîne de traitement des sons.

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prise de son

Un capteur de sons est un appareil qui détecte un paramètre du son (pression, puissance, vibration...) et le transmet (par transduction) à un actionneur qui le transfère ensuite à un effecteur, mémorisant ainsi des signaux, en général électriques (ex: micros, accéléromètres...)

Les signaux sont traités soit analogiquement, soit numériquement.

Il existe 3 familles de capteurs:

1.les vibro-électriques

ils transforment une vibration en différence de potentiel électrique, ce qui crée un courant.Exemple les microphones, les hydrophones

.2.les acoustico-électriques (ils transforment une différence de pression en différence de capacité électrique, ce qui crée un courant) Exemple les microphones de guitare,

3.les piézo-électriques

la prise de son est faite par contact direct avec la partie vibrantede l'émetteur (disque ou pastille piézo)

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traitement d'un son à sa sortie d'enregistrement

Un son --précédemment enregistré--doit plus tard être extrait de son support d'enregistrement.Mais avant sa nouvelle émission, il va devoir être mis en forme et amélioré, à l'aide de divers traitements, dont liste suit >>>

 

1.la préamplification

a pour rôle d'augmenter le signal (faible) qui fut auparavant capté.Parallèlement, cela va permettre de diminuer les bruits, d'éviter la saturation (overdrive) de l'ampli, d'adapter la tonalité et le loudness.Les préamplis sont à lampes ou à transistors.

Un préampli pour phono, permet de porter le signal (initialement à 2 ou 3 millivolts) jusqu'à 150 mV--voltage usuel--

2.l'amplification

a pour rôle de donner de la puissance aux H.P. d'augmenter le gain (qui est le rapport logarithmique  "sortie / entrée" d'un même appareil).

Les pavillons sont des amplificateurs mécaniques de sons

Pour les amplis électriques, la vraie puissance qui leur est fournie est dite puissance RMS -ou efficace- exprimée en Watts--les Watts usuels de la facture du fournisseur d'électricité-- Mais on trouve souvent sur les notices, des mentions avec une puissance moyenne (environ 0,9 fois la RMS) et une puissance de crête (ou peak, valant 1,4 fois la puissance RMS) ainsi qu'une puissance musicale valant 2 fois la RMS, et même une puissance PMPO, valant 20 fois la RMS)

La puissance RMS est P = U² / Z (carré de la tension / l'impédance)--ce qui montre la nécessité d'impédance faible--

La puissance moyenne des appareils va de 50 à 400 W.(par canal) -et seulement 0,1 W.pour les casques-

Le.rendement d'un ampli (puissance acoustique fournie par rapport à la puissance RMS fournie)  est compris entre (0,5 et 5 %)

Nota: quand on lit qu'un rendement d'ampli est exprimé en décibel: c'est faux: c'est le niveau de phonie, qui est exprimable en décibels

 

3.le mixage (raccordement de tous les éléments)

se fait à l'aide d'un mixeur --ou d'une mixette-- en effectuant la répartition équilibrée des diverses pistes (ou stems) enregistrées.

Les 5 étapes principales du mixage sont:

--la spatialisation et l'équilibrage des volumes de chaque piste

--l'architecture audio, dont réglage de la dynamique sonore (rapport entre son le + fort et son le + faible)

--la reverb, qui est la fabrication artificielle d'une réverbération --à l'aide de verbérateurs à plaques ou à ressorts--

La reverb inclut le delay (retard de signal) et le decay ou RT60 (amortissement du signal)

--l'égalisation de fréquences ou E.Q. (grâce à un égaliseur, ou correcteur ou equalizer) qui corrige les spécifications fréquencielles.

--la compressionvise à réduire la taille des enregistrements (en resserrant les fréquences extrêmes, en limitant les différentiations, en éliminant des sons statistiquement rares).Le tri se fait en général à travers 7 gammes de fréquences

Les compresseurs (à lampe ou électroniques) atténuent le gain  

(rapports entre 2/1 et 6/1 par rapport aux décibels d'entrée) Si ce ratio est supérieur à 10/1, le compresseur est alors nommé limiteur

La table de mixage (ou console)

sert à mélanger diverses sources de signaux audios (pistes ou stems) et à insérer les divers réglages

Il faut que la table ait une faible atténuation, et que l'impédance à l'entrée soit au moins 10 fois plus forte que celle de sortie

Valeurs pratiques d'impédances de tables de mixage >>> entrée console (10 à 50 W--

depuis H.P. (2 à 32W )--vers casques (10 à 250W )--sortie préampli (200 W usuels, mais peut atteindre 2 à 7 fois plus)--vers micro (150 à 600W )

 

 

4.le mastering, traitement global du son

Il comporte diverses étapes:

4.1.le dithering  est l'adjonction d'un bruit aléatoire, qui régule les bruits de quantification

4.2.la limitation d'intensité (du courant électrique) évite les distorsions

4.3.la restauration (corrige les clics et sifflements)

4.4.l'élargissement  permet l’équilibre spatial (gauche / droite)

4.5.le séquençage est l'établissement de l'échelonnement des multiples enregistrements

 

5.l'insertion d'effets

Les effets sont des fioritures artificielles affectées aux sons

5.1.les effets chorus (le flanging et le phasing) grossissent certaines gammes de sons

5.2.l'effet Haas

est une réverbération particulière, où le décalage de perception, entre l’onde directe et l’onde réfléchie, est compris entre 1 et 30 millisecondes. L’effet Haas est principalement utilisé dans la sonorisation de concerts.

5.3.l'effet wha-wha

intervenant sur le filtrage, permet d'obtenir un timbre à évolution cyclique

5.4.les effets dits numériques (pitching = réglage hauteur, et time-stretching = étirement ou écrasement de la durée de l'enregistrement)

5.5.le réglage de tonalité

modification automatique de la note tonique d'un morceau = transposition musicale

6.les traitements accessoires avant sortie

6.1.le déesseur atténue les émissions de sifflantes

6.2.ldirectivité (ou directionnalité) à l'émission règle les angles solides d'émission

6.3.l'anti-distorsion

Distorsion = déformation de certaines fréquences de l’enveloppe spectrale d’un son.

Avec du filtrage, la distorsion agit davantage par addition que par soustraction.La distorsion se manifeste soit de manière inopinée dans la chaîne électrophonique (lorsque des saturations se produisent au cours de l’amplification), soit comme adjonction volontaire (destinée à déformer le son d’un instrument, la guitare électrique notamment). Les filtres compressent la distorsion linéaire et les circuits de contre-réaction corrigent un peu les distorsions non-linéaires

La distorsion peut être corrélée au signal choisi par quantification dans l'échantillonage

6.4.le régulateur de fading

apporte aménagement du flou périodique du son, à l'aide d'une baisse progressive de tension ou d'intensité.

un fader est un potentiomètre linéaire de contrôle de volume (atténuateur de tension)

 

6.5.l'expandeur   agit pour la diminution du souffle

6.6.les filtres

-dont BPF, dont cross-over, dont pass-bas, passe-haut, passe-band...servent >>>

--à modifier les pourcentages graves // aigus (séparateur de fréquences)

-trier -on dit "nettoyer"- certaines fréquences

--à changer la brièveté des signaux

-à répartir les signaux (si plusieurs H.P)

Un filtre possède un facteur de qualité, qui est (f / Df) --les f étant les fréquences-

6.7.le régulateur de loudness

atténue les bruits parasites

6.8.lrégulateur de noise-gate

(ou emprisonnement du souffle) intervient directement sur l’attaque et sur la traîne des sons.On n'en garde que l’impact le plus dynamique--en dessous d’un seuil d’intensité--

6.9.le symétriseur

réduit les parasites, en jouant sur la phase

6.10.l'anti court-circuit sonique

un court-circuit (annulation des sons D. vs les sons G.) existe sur certains haut-parleurs électrodynamiques; Leur élimination peut être effectuée par des filtres ou des écrans

 

7.la sortiedu son (sa nouvelle émission)

Nota: une telle source sonore secondaire (régurgitant un son précédemment enregistréest parfoisdite -en résumé un peu simpliste-signal audio

--la transduction finale, (avec actionneur piézo ou électronique) est faite à l'aide d'un haut-parleur, composant inclus dans tous les appareils d'émission >>> lecteurs de cassette, lecteurs de DVD,casques d'écoute, téléphones, smartphones, sonotones,sonos diverses, ordis, T.V, chaînes HI-FI, baffles....

 

Quelques autres opérations ultimes sont effectuées en même temps:

7.1.l'élargisseur du spectre (stéréo)

établit l'équilibre gauche-droite

7.2.le matriçage

qui effectue le mariage avec l'éventuelle vidéo

7.3.l'adjonction de résonateurs

qui sont des appareils modifiant mécaniquement l'onde acoustique (amplifiant le niveau acoustique)

7.4.le transpondeur,

permet une retransmission sur fréquence différente

7.5.le synthétiseur (ou ses ancêtres le trautonium et l'ondioline)

est globalement un adaptateur de signaux numériques qui, copiant ceux précédemment acquis dans un enregistrement, modifie et synthétise des sons nouveaux--artificiels-- superposables à d'autres sons, réels ou non.Et il peut les ajouter (superposer) à d'autres sons ultérieurement

Le synthé contient aussi des oscillateurs, pour corriger les écarts de niveaux

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traitement des données avant l'enregistrement

TRAITEMENTS des DONNEES AVANT le PUR ENREGISTREMENT

1.le convertisseur

est un transducteur transformantles données analogiques en numériques (type AN) ou le contraire (type NA)

2.l'échantillonnage des gammes de fréquences (le sampling)

numérise les signaux et crée des échantillons sonores à partir d'enregistrements de sources acoustiques réelles, afin de créer des modèles-souches, réutilisables ensuite pour créer des sons artificiels par ordinateur

L'échantillonnage doit être fait à une valeur supérieure à 2 fois la fréquence maxi des sons audibles (donc > à 2 fois 20 KHz--c'est la règle de Shannon) Donc on le trouve souvent  entre 44,1 kHz et 96 kHz (d'où 16 à 24 bits de quantification)

3.les analyseurs de rythme décalent les éléments mal placés

4.les analyseurs de voix corrigent la tonalité

5.la reconnaissance vocale analyse et compare le son capté qui plus tard -après transduction- régurgitera le résultat vers un haut-parleur (voir réémission) 

6.la correction de distorsion d'entrée

7.la compression de débit

8.la diminution du bruit de fond

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