Son

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Son

• Vincent Courboulay
• Janvier 2004

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Sommaire

• Introduction
• Historique
• Son numérique
• Les formats musicaux audionumériques
• Le MP3
• Créer son site
• Graver

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Introduction

• Le son est une vibration de l'air, c'est-à-dire
  une suite de surpression et de dépressions de
  l'air par rapport à une moyenne, qui est la
  pression atmosphérique.
• Expérience placer un objet bruyant (une fille)
  dans une cloche à vide pour s'apercevoir que
  l'objet initialement bruyant n'émet plus un seul
  son dès qu'il n'est plus entouré d'air!

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Introduction

• La façon la plus simple de reproduire un son
  actuellement est de faire vibrer un objet.
• Pour reproduire des sons, on utilise généralement
  des haut-parleurs.
• Il s'agit en fait d'une membrane reliée à un
  électro-aimant, qui, suivant les sollicitations
  d'un courant électrique va aller en avant et en
  arrière très rapidement, ce qui provoque une
  vibration de l'air situé devant lui, c'est-à-dire
  du son!

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Introduction
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Introduction

• De cette façon on produit des ondes sonores qui
  peuvent être représentées sur un graphique comme
  les variations de la pression de l'air (ou bien
  de l'électricité dans l'électro-aimant) en
  fonction du temps.

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Historique
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Historique

• 1807 Thomas Young a l'idée d'enregistrer
  graphiquement, sur noir de fumée, les vibrations
  de solides, puis celles de cordes vibrantes à
  l'aide d'un stylet dont la pointe effleure un
  cylindre tournant.
• 1857 Léon Scott de Martinville imagine un procédé
  au moyen duquel on peut écrire et dessiner par
  le son cet appareil, dont le stylet est fixé à
  une membrane élastique, enregistre les vibrations
  provoquées par la voix, la musique, etc., et
  s'appelle le phonautographe. Le sillon gravé en
  creux ou en relief autorise la reproduction
  sonore en entraînant un stylet lui-même rattaché
  à une membrane.

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Historique

• le 15 janvier 1878, Thomas Edison dépose le
  brevet du phonographe.

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Historique

• 1887 naît le gramophone de Berliner, appareil
  d'enregistrement et de lecture dans lequel le
  cylindre d'Edison est remplacé par un disque, qui
  est d'abord en ébonite puis en gomme-laque.
• 1900, le disque remplace définitivement le
  cylindre c'est le début de l'industrie
  phonographique. 
• 1932 BASF crée la bande magnétique
• 1963 Philips lance la cassette audio  

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Historique - numérique

• 1980 premier son numérique avec le CD de
  Sony/Philips
• 1986 Sony/Philips lancent le DAT
• 1992 Sony crée le MiniDisc
• 1997 apparaît le MP3
• 1998 DVD audio
• 1999 Sony SACD

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Le son numérique
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Son numérique

• Micro (vibrations-gt électrons)
• Discrétisation quantification
• Enregistreur numérique (DAT, MD)

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Son numérique

• Conversion analogique/numérique
• 3 étapes
• Echantillonage
• Quantification
• Encodage

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Son numérique

• Pour pouvoir représenter un son sur un
  ordinateur, il faut arriver à le convertir en
  valeurs numériques, car celui-ci ne sait
  travailler que sur ce type de valeurs.
• Il s'agit donc de relever des petits échantillons
  de son (ce qui revient à relever des différences
  de pression) à des intervalles de temps précis.
• On appelle cette action l'échantillonnage ou la
  numérisation du son.

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Son numérique

• L'intervalle de temps entre deux échantillon est
  appelé taux d'échantillonnage.
• Etant donné que pour arriver à restituer un son
  qui semble continu à l'oreille il faut des
  échantillons tous les quelques 100000ème de
  seconde, il est plus pratique de raisonner sur le
  nombre d'échantillon par seconde, exprimés en
  Hertz (Hz).

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Son numérique

• Voici quelques exemples de taux d'échantillonnage
  et de qualités de son associées

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Son numérique

• Voici quelques exemples de taux d'échantillonnage
  et de qualités de son associées

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Son numérique

• Il existe un certain nombre de fréquences
  d'échantillonnage normalisées
• 32 kHz pour la radio FM en numérique
  (bande-passante limitée à 15 kHz)
• 44.1 kHz pour l'audio professionnelle et les
  compact-disques
• 48 kHz pour les enregistreurs numériques
  multipistes professionnels et l'enregistrement
  grand public (DAT, MiniDisc).

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Son numérique

• A chaque échantillon est associé une valeur qui
  détermine la valeur de la pression de l'air à ce
  moment, le son n'est donc plus représenté comme
  une courbe continue présentant des variations
  mais comme une suite de valeurs pour chaque
  intervalle de temps

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Son numérique

• L'ordinateur travaille avec des bits, il faut
  donc déterminer le nombre de valeurs que
  l'échantillons peut prendre, cela revient à fixer
  le nombre de bits sur lequel on code les valeurs
  des échantillons.
• Avec un codage sur 8 bits, on a 28 possibilités
  de valeurs, c'est-à-dire 256 valeurs possibles
• Avec un codage sur 16 bits, on a 216 possibilités
  de valeurs, c'est-à-dire 65536 valeurs possibles
• Avec la seconde représentation, on aura bien
  évidemment une qualité de son bien meilleure,
  mais aussi un besoin en mémoire beaucoup plus
  important.

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Son numérique

• Un son est donc représenté (informatiquement) par
  plusieurs paramètres
• la fréquence d'échantillonnage
• le nombre de bits d'un échantillon
• le nombre de voies (un seul correspond à du mono,
  deux à de la stéréo, et quatre à de la
  quadriphonie)

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Son numérique

• Il est simple de calculer la taille d'une
  séquence sonore non compressée.
• En connaissant le nombre de bits sur lequel est
  codé un échantillon, on connait la taille de
  celui-ci (la taille d'un échantillon est le
  nombre de bits...).
• Pour connaître la taille d'une voie, il suffit de
  connaître le taux d'échantillonnage, qui va nous
  permettre de savoir le nombre d'échantillons par
  seconde, donc la taille qu'occupe une seconde de
  musique. Celle-ci vaut Taux d'échantillonnage
  x Nombre de bits

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Son numérique

• Ainsi, pour savoir l'espace mémoire que consomme
  un extrait sonore de plusieurs secondes, il
  suffit de multiplier la valeur précédente par le
  nombre de seconde
• Taux d'échantillonnage x Nombre de bits x nombre
  de secondes
• Enfin, la taille finale de l'extrait est à
  multiplier par le nombre de voies (elle sera
  alors deux fois plus importante en stéréo qu'en
  mono...). La taille en bits d'un extrait sonore
  est ainsi égal à
• Taux d'échantillonnage x Nombre de bits x nombre
  de secondes x nombre de voies

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Son numérique

• Voici quelques exemples de quantification

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Les formats musicaux audionumériques

• compressés

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Les formats musicaux

• Le format MIDI
• ADPCM
• Le WAV et laudio
• Le MP3
• Le WMA
• Le Real Audio

sans perte
perte
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MIDI
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MIDI

• MIDI Musical Instrument Digital Interface
• format d'échange destiné aux instruments
  numériques (synthétiseur)
• Ce format n'échange pas la musique elle-même,
  mais uniquement une description des actions des
  musiciens

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MIDI

• un CD musical va donner l'intensité du signal à
  intervalles très courts (44000 fois par secondes
  - 44 kHz),
• Dans le format MIDI cette note sera décrite par
  un chiffre donnant le ton de la note, et son
  intensité.
• Le timbre de la note n'est donc pas communiqué,
  seul l'ordre de jouer cette note est transmis.

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MIDI

• Pour décrire une note (quelque soit sa durée), le
  format MIDI va transmettre quelques octets
  seulement 
• le ton de la note (sol, la, si, do...),
• l'intensité avec laquelle elle est jouée (fort,
  pas fort),
• le numéro du canal sur lequel il faut
  l'interpréter (à chaque canal correspond un
  instrument) 
• éventuellement quelques informations (toujours
  très courtes, quelques octets) pour des
  informations de synchronisation, des glissendo,
  l'aftertouch (seconde pression sur une touche
  sans la relâcher), des vibratos...

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MIDI - avantages

• Très léger
• quelques k-octets pour plusieurs minutes de
  musique)
• analogie avec les images bitmap/numérisation et
  vectorielles/MIDI.
• idéal pour l'Internet

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MIDI - avantages

• Réutilisable et modifiable 
• Un fichier MIDI est éditable, et de nombreux
  sharewares sont disponibles pour cela.
• Aucune dégradation, aucun souffle n'apparaît
• c'est le synthétiseur (l'ordinateur) qui
  ré-interprète le morceau

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MIDI - inconvénients

• Puisque le morceau est ré-interprété, il faut
  disposer d'un synthé de la meilleure qualité
  possible.
• La plupart du temps les fichiers MIDI sont
  interprétés par QuickTime, avec des sons
  navrants, et surtout la machine est monopolisée
  par la musique

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ADPCM
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ADPCM

• Adaptative Delta (ou Digital) Pulse Code
  Modulation
• Famille de formats compactés de stockage
  d'échantillons sonores dans lequel on
  n'enregistre que les variations entre les valeurs
  et non pas les valeurs elles-mêmes.
• Exemple  127-145-138 sera stocké 127-18-(-7).

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ADPCM

• Très efficace à de hauts niveaux
  d'échantillonnage, quand les différences entre
  deux valeurs consécutives sont faibles.
• LADPCM utilise un algorithme plus complexe quand
  les différences entre valeurs sont très
  variables. C'est le format utilisé par les CD par
  exemple.
• Taux de compression 14

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LE MP3
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Le MP3

• MP3 MPEG-1 Audio layer 3
• Format de compression de données audio par
  destruction de données audio (ISO).
• taux de 112
• Il permet de faire tenir l'équivalent en fichiers
  de douze albums de musique sur un seul CD-ROM. De
  plus, le format mp3 n'altère que faiblement le
  son pour l'oreille humaine.

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Le MP3

• Consiste à retirer des données audio les
  fréquences inaudibles inaudibles pour l'auditeur
  moyen dans des conditions habituelles d'écoute.
• La compression vise donc à analyser les
  composantes spectrométriques d'un signal audio,
  et de leur appliquer un modèle psycho-accoustique
  pour ne conserver que les sons "audibles".

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Le MP3

• L'oreille humaine est capable de discerner, en
  moyenne, des sons entre 0.02kHz et 20kHz, sachant
  que sa sensibilité est maximale pour des
  fréquences entre 2 et 5kHz (la voix humaine est
  entre 0.5 et 2kHz), suivant une courbe donnée par
  la loi de Fletcher et Munson.

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Le MP3
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Le MP3

• La compression consiste à déterminer les sons que
  nous n'entendons pas et à les supprimer,
• il s'agit donc d'une compression destructive,
  c'est-à-dire avec une perte d'information.

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Le MP3

• L'effet de masque
• Lorsque vous regardez le soleil et qu'un oiseau
  passe dans son axe, vous ne le voyez pas car la
  lumière provenant du soleil est trop importante.
• En acoustique, c'est similaire. Lorsqu'il y a des
  sons de fort volume sonore, vous n'entendez pas
  les sons faibles.
• Il n'est donc pas essentiel d'enregistrer tous
  les sons, c'est la première propriété utilisée
  par le format MP3 pour gagner de la place.

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Le MP3

• Masquage fréquentiel
• un son fort masque un son faible, assez proche du
  point de vu fréquentiel.
• Le son peut être complètement masqué (donc on
  peut le supprimer) ou partiellement (donc moins
  de bits nécessaires)

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Le MP3

• L'effet de masque est présent en temporel
  également sous 2 formes
• Le son fort qui va commence va cacher le son
  faible déjà présent.
• Le son fort qui s'arrête continu à masquer
  pendant quelques dizaines de milli-secondes un
  son faible déjà présent.

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Le MP3 Le mode des canaux

• Dual Channel - Deux canaux différents, comme pour
  le bilingue - chacun étant traité séparément.
• Stéréo - Comme le dual channel mais pour
  signifier qu'il s'agit d'un programme standard
  stéréo.
• Joint Stéréo - Les deux canaux sont traités
  ensembles pour qu'ils puissent partager des bits
  et profiter d'un masquage global ( Le Joint
  Stéréo utilise en fait le mode Ms Stéréo mais de
  façon variable ).
• Ms Stéréo ou Mid-Side Stéréo - Comme le Joint
  stéréo sauf que l'on code le signal "Gauche plus
  Droite" et le signal "Gauche moins Droite" au
  lieu du "Gauche" et "Droite".

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Le MP3 Le mode des canaux

• Le Stéréo est recommandé pour les studios et
  l'archivage et / ou stockage à haut débit ( 256,
  320 ou 384 kbits/s ).
• Le Joint Stéréo est recommandé pour le débit
  moyen ou pour le codage de morceau ayant des
  propriétés stéréo très particulières ( un
  orchestre symphonique ). On l'utilise en général
  de 128 à 192 kbits/s.

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Le MP3 Le mode des canaux

• Le Ms Stéréo. C'est le mode par excellence pour
  la compression à faible et moyen débit.
• Il permet de préserver une image stéréo honnête
  pour une bonne qualité acoustique.

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Le MP3

• Une minute d'un CD-audio (à une fréquence de 44.1
  kHz, 16 bits, stéréo) ne prendra qu'un seul Mo.
• Une chanson fait donc en moyenne 3 ou 4 Mo, ce
  qui rend son téléchargement possible même avec un
  modem.

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Le MP3

• Le format MP3 n'est pas illégal, car il
  représente uniquement une façon de compresser des
  données numériques.
• Lors de l'utilisation de fichiers Mp3, veillez à
  respecter les droits d'auteur vous pouvez faire
  une copie (de sauvegarde) d'une chanson dont vous
  possédez l'original, mais vous ne pouvez pas
  télécharger ou archiver une musique d'un artiste
  dont les droits d'utilisation ne sont pas
  libérés.
• Il est ainsi fort peu probable que la chanson que
  vous rêvez de télécharger (chanson diffusé à la
  radio, ...) puisse légalement l'être.

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TP MP3