Conception audio
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Master IPCC Informatique pour la Perception, la Cognition et les Communications Université René Descartes Université Paris-Sorbonne MASTER IPCC – 1ÈRE ANNÉE Conception d’objets audio Atelier n° 1 Acquisition numérique de l’audio Le but de cet atelier est d’expérimenter les notions théoriques de numérisation et de visualisation des signaux audio. Parmi les notions vues dans ce premier atelier : i) l’échantillonnage et le phénomène d’aliasing, ii) Les règles de filtrage à adopter. L’utilisation d’un logiciel de manipulation, d’édition et d’écoute des signaux audio nous permet cette expérimentation. 1. EDITION D’UN SIGNAL AUDIO Le but de cette partie est de tester les différentes fonctionnalités d’un logiciel standard de traitement du son. Nous allons utiliser le logiciel Praat (freeware) que vous pourrez télécharger et installer sur votre ordinateur personnel à partir d’internet. 1 1.1. Lecture et écoute Lancer le programme Praat, deux fenêtres s’affichent : i) Praat objects, fenêtre des commandes de traitement des fichiers audio et ii) Praat picture, l’éditeur de signaux. Pour lire et écouter un fichier audio, dans Praat objects : sélectionner dans le menu Read, Read from file, sélectionner le fichier audio (utiliser le navigateur puis [Ouvrir]) puis cliquer le bouton [Play] pour l’écoute du fichier audio. Lire et écouter le fichier piano.wav. 1.2. Edition Utiliser les outils d’édition pour copier, coller, couper des segments du fichier piano.wav. Le but est d’obtenir une suite de notes. Ecouter l ‘ensemble de votre œuvre par partie et dans son ensemble. Pour passer dans l’éditeur, cliquer [Edit] dans Praat. L’objectif est de ne pas entendre les transitions. Sauvegarder le signal audio sous le nom MonOeuvre.wav (Write, Write WAV file dans Praat objects en donnant l’extension .wav au nom de fichier). 2. ECHANTILLONNAGE ET PHENOMENE DE REPLI SPECTRAL Le but de cette partie est d’expérimenter le phénomène de repli spectral (aliasing) lorsque la fréquence d’échantillonnage n’est pas adaptée aux signaux audio. 2.1. Génération d’un son pur Un son pur est un signal sinusoïdal. Pour le créer sous Praat, cliquer [New] [Create Sound]. La formule 1/2 * sin(2*pi*100*x) permet de créer un son pur de fréquence 100Hz. Dans un premier temps, vous choisirez comme fréquence d’échantillonnage 800 Hz. Générer un son pur de fréquence 150 Hz d’une seconde. Ecoutez le. Générer un son pur de fréquence 200 Hz d’une seconde. Ecoutez le. Peux t-on distinguer les deux sons ? 2.2. Génération d’une gamme musicale Le tableau ci-dessous contient les valeurs des sept notes de la gamme musicale usuelle. Note Fréquence (Hz) do ré mi fa sol la si 261,6 293,7 329,6 349,2 392 440 493,9 Tableau 1. Gamme tempérée Utiliser les outils de génération et d’édition pour créer, à la fréquence 800 Hz, un signal audio de 5 secondes correspondant à la suite « do ré mi fa sol la si ». Sauvegarder le signal audio sous le nom MaGamme.wav. Ecouter le. Est-ce bien la gamme usuelle ? Sinon que peuton faire pour l’obtenir ? Sauvegarder le signal audio sous le nom MaNouvelleGamme.wav. 3. ECHANTILLONNAGE A FREQUENCE MULTIPLE, FILTRAGE ET DECIMATION La méthode utilisée pour éviter les phénomènes d’aliasing, pour une fréquence d’échantillonnage donnée, est d’éliminer les sons de fréquence supérieure à la limite de Shannon. Cette élimination se fait habituellement en utilisant un filtre passe-bas sur le signal analogique. Dans le cas où un tel filtre n’est pas disponible, un échantillonnage à une fréquence multiple, suivi d’un filtrage passe-bas numérique, puis d’une décimation permet d’obtenir un résultat équivalent. 2 3.1. Décimation Lire le fichier Scherzo.wav. Ecoutez le. Quelle est sa fréquence d’échantillonnage ? cliquer [Modify] [Formula] en appliquant la formule self[col * 10]. Ecoutez le. Modifier le fréquence d’échantillonnage en cliquant [Modify] [Override sampling frequency]. Ecoutez le et sauvegarder le signal sous Printemps4a.wav. 3.2. Filtrage et Décimation Lire le fichier Scherzo.wav. cliquer [Convert] [Resample] en utilisant la même fréquence qu’à la question précédente. Ecoutez le et sauvegarder le signal sous Scherzo4b.wav. Comparer avec Scherzo4a.wav. Conclure. 4. ANALYSE SPECTRALE ET SPECTROGRAMME Le but de cette partie est d’apprendre à configurer et à lire un spectrogramme. 3.1. Configuration Le spectrogramme est construit à partir de la succession d’analyses spectrales à court terme d’un signal de quelques secondes. Le paramètre caractéristique d’un spectrogramme est la taille (durée) de la fenêtre d’analyse. La présence de stries verticales dans les zones de faible énergie caractérise une taille trop faible. La présence de stries horizontales dans les zones de faible énergie caractérise une taille trop élevée. Lire le fichier Flute1.wav. Ecoutez le. Sélectionner et visualiser une durée d’une seconde. Afficher le spectrogramme [Spectrum] [Show spectrogram] en visualisant toutes les fréquences [Spectrum] [Spectrogram settings] [View range]. Déterminer la taille de la fenêtre d’analyse [Spectrum] [Spectrogram settings] [Window length] idéale permettant une précision fréquentielle maximale. 3.2. Lecture Déterminer la bande de fréquence contenant les principaux maxima spectraux. Modifier la bande de fréquence en conséquence et afficher le spectrogramme du signal complet. Déterminer les régularités et expliquer leurs présences. Déterminer la bande de fréquence utile et modifier l’affichage en conséquence. Donner la partition (octave, notes et durée) correspondant à ce morceau de musique. 3.3. bis Donner la partition correspondant aux fichiers Flute2.wav et Flute3.wav. 3