Conception audio

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.
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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.
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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.
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