enregistrement de données audio

Enregistrer des donnes audio

Coralie VINCENT SFL, UMR 7023 - CNRS / Universit Paris8

Formation IRCOM, 2012/12/10, Paris

Plan 0) Introduction sur le son a) La frquence fondamentale b) Lamplitude c) Le timbre d) Reprsentations dun son e) Quelques ordres de grandeur pour la voix f) Chane dacquisition dun signal acoustique

1) Le microphone a) Dfinitions ; le microphone idal b) Placer un microphone : distance, (parenthse Mono et bi-piste / Stro), directivit de la source, orientation et effet de proximit, types c) Connectique 2) Pr-amplificateur 3) Conversion analogique-numrique 4) Stockage et taille de fichiers 5) En pratique * Bibliographie, remerciements et liens utiles

Coralie VINCENT - Enregistrer des donnes audio - Formation IRCOM, 2012/12/10, Paris

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http://www.sfl.cnrs.fr/-Vincent-Coralie-.html

Trois caractristiques physiques : a) La frquence (fondamentale) : F0 [Hz]

(dans le domaine perceptif = hauteur ; tendue de 20 20000 Hz) Le la3 (milieu du piano) a une frquence fondamentale de 440 Hz.

0) Les 3 paramtres dun son a) La frquence fondamentale 3



Trois caractristiques physiques : b) Lamplitude : mesure via le niveau de pression sonore [dBSPL]

(dans le domaine perceptif = sonie ; tendue de 0 130 dB) Il existe dautre chelles en dB : [dB(A)] (oreille humaine): pondration qui intgre la manire dont nos

oreilles peroivent sons (en particulier basses et hautes frquences) [dBFS] (appareils numriques) : enregistreurs (tendue de 0)

Toujours < 0

0) Les 3 paramtres dun son b) Lamplitude (1/2) 4



Caractrisation des niveaux sonores :

Une courbe isosonique est une mesure de la pression sonore en dB, en fonction

de la frquence, qu'une personne peroit comme un son de mme niveau

0) Les 3 paramtres dun son b) Lamplitude (2/2) 5



Trois caractristiques physiques : c) Le timbre : ce quon entend quand les deux premiers paramtres

sont similaires mais quil y a toujours une diffrence entre deux sons (les sons dun piano et dune flte, par exemple).

Tout mouvement priodique complexe se dcompose en une somme de mouvements priodiques simples (sinusodes) appels harmoniques, et dont les frquences sont des multiples de la frquence la plus basse, appele fondamentale. Joseph Fourier, 1822. En phontique, on sintresse particulirement la frquence fondamentale (F0).

0) Les 3 paramtres dun son c) Le timbre (1/3) 6





Son pur : une seule frquence

Son complexe : une frquence + une harmonique




Son complexe : une frquence + 4 harmoniques

Son complexe : une frquence + 8 harmoniques


Forme donde : amplitude = f(temps)

Spectrogramme : frquence = f(temps),

amplitude = plus ou moins fonc.

Coupe spectrale : instant donn, amplitude = f(frquence).

Images issues de lditeur audio

gratuit Audacity : http://audacity.sourceforge.net/

d) Reprsentations dun son 9


http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/http://www.sfl.cnrs.fr/-Vincent-Coralie-.html

Frquence / timbre Minimum : 50 Hz (homme) + attention aux voix craque ("creaky") Maximum : 8000 Hz (/s/).

tendue dynamique ( le niveau dpend de la distance !!) Minimum : Chuchotement 30 dBA 30 cm (microphone sur un pied) 45 dBA at 5 cm (microphone serre-tte) Maximum : Cri, voix chante (opra) 120 dB 30 cm 135 dB 5 cm.

Note : Distance / 2 + 6 dB Par exemple : si la distance dun microphone une source sonore passe de 30 cm 15 cm le niveau augmente de 6 dB.

e) Quelques ordres de grandeur pour la voix 10



1) Microphone

3) Convertisseur analogique vers

numrique (CAN) 2) Pr-amplificateur

4) Stockage, analyse...

f) Chane dacquisition dun signal acoustique 11



Dfinition : microphone = transducteur lectroacoustique (transforme onde sonore acoustique en lectricit)

Caractristiques principales : directivit (p. 19) et technologie (p. 20)

Idalement : rponse en frquence plate de 20 20000 Hz. Rponse relle (rponse relative en dB = f(frquence) en Hz):

1) Microphone 12



tendue dynamique En considrant les valeurs extrmes pour la voix, on obtient : o Min. pour avoir rapport signal sur bruit > 15 dB 15 dBA 30 cm, 30 dBA 5 cm

o Max. pour viter distorsion ("soft" or "hard crtage) >120 dB 30 cm, >135 dB 5 cm

Un microphone parfait pour la voix devrait "encaisser" de 15 135 dB. Si le niveau est trop lev pour le microphone, 2 types de distorsion: - Distortion "soft" : membrane du micro (peut tre difficile remarquer) - Distortion "hard" : lectronique, pics aplatis (audible).

1) Idalement... pour un microphone 13



1) Placer un microphone : La distance Distance critique : distance o le son direct et le son rverbr ont la

mme nergie. Deux cas gnralement considrs : 1) Pour un enregistrement sonore "cologique" : placer les

microphones la distance critique = bon dbut. 2) Pour les donnes audio qui vont tre soumises des analyses acoustiques (frquence fondamentale, spectrogramme, rythme,...) : le plus prs est le mieux (jusqu un certain point en raison de leffet de proximit sur les microphones cardiodes c.f. p. 19 et pour viter toute distorsion).

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Une parenthse de taille (1/4) Mono et bi-piste / Stro Mono * Un microphone enregistr sur

une piste. * Si cout au casque, les deux

couteurs jouent exactement le mme son

Bi-piste * Deux microphones diffrents

enregistrs sur deux pistes * Si cout au casque, les deux

couteurs jouent des sons diffrents

Stro * Deux microphones (couple)

avec signaux correls enregistrs sur deux pistes

* Image sonore virtuelle cre * Ncessite dun systme sonore

appropri pour tre reproduite (configuration 2 enceintes)

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Parenthse - suite (2/4) Configuration mono

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Forme donde:



Parenthse - suite (3/4) Configuration bi-piste

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Forme donde:


Parenthse - fin (4/4) Configuration stro

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Forme donde:


Directivit de la voix

Extrait de "Acoustics and the Performance of Music" par J. Meyer (1978)

1) Placer un microphone : Directivit de la source 19



Diagramme de directivit Omnidirectionel / cardiode Effet de proximit (seulement pour cardiodes) :

1) Placer un microphone : Orientation, effet de proximit 20


Aucune direction favorise, sphre 360

Directivit vers lavant


Dynamique Bobine et aimant

Pas besoin dalimentation Rponse en frquence <

lectret et condensateur Pas sensible

Dynamique : Moins cher quun lectret

lectret / condensateur (aussi appel lectrostatique) Membrane : condensateur

Rponse en frquence : plus plate

Ncessit dune alimentation (pile ou "phantom",48 V)

Sensible

lectret : Moins cher que condensateur

1) Types de microphone (dynamique / lectrostatique) 21

Conseil : utiliser un microphone lectrostatique sauf si terrain "difficile". Microphones dynamiques utiles si ncessit dun microphone robuste ou si conditions climatiques extrmes (trs humide, trs froid,).



Connecteurs: XLR Cinch (RCA) rouge = right

Jacks (TRS) 3,5 mm (1/8 pouce) 6,35 mm (1/4 pouce) A quoi ressemble un buzz ? Ex. 1 Ex. 2 viter que cbles dalim. lectrique longent cbles audio sur une longue distance.

1) Connectique (attention au buzz !) 22



2 rles : Adaptation dimpdance (vrifier que limpdance dentre est > 10 X

impdance du microphone > impdance de charge indique dans la notice du microphone)

Amplification par un facteur de 100 1000 (de ~ 1-10 mV ~ 1 V). Pr-ampli amplifie le signal faible niveau du microphone (sensible au bruit et aux interfrences) en un signal de niveau intermdiaire utilis pour la numrisation. Plus un microphone est sensible, moins on devra amplifier le signal.

tendue dynamique et courbe de rponse en frquence doivent inclure

celles du microphone.

Le pr-amplificateur est souvent intgr dans le mme module que le convertisseur (enregistreurs portables, cartes son,...).

2) Pr-amplificateur 23



Convertisseur Analogique-Numrique (CAN) : 2 paramtres : Frquence dchantillonnage :

Thorme de Nyquist-Shannon : FS 2 X FN (frq. de Nyquist, FN=Fmax) Frquences standard : 44,1 kHz (CD) & 48 kHz (vido)

Rsolution de quantification :

16 bits (CD) : tendue dynamique thorique de 96 dB 24 bits : tendue dynamique thorique 144 dB (1,5X16 bits)

3) Conversion analogique vers numrique 24



3) CAN Exemples

Exemple de sous-chantillonnage



4) Stockage et taille de fichiers Audio non-compress (wav, aiff "PCM"): (pas fichier .wav dans 48 ([kHz]) * 24 ([bits]) * 2 (stereo) = 2304 kbit/s .pdf - fichier mp3 320 Par heure : 2304 * 3600/8 = 1036800 ko ~ 1 Go kbps ici)

Comparaison avec audio compress (mp3): 128 kbit/s Par heure : 128 * 3600/8 = 57600 ko ~ 56,25 Mo

Compression audio avec perte : que perd-on ? +40dB :

Ne JAMAIS enregistrer dans un format compress (aac, mp3...). Attention aux MD et Hi-MD aussi.

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Distorsion ("soft" / "hard") crtage ("hard")

5) En pratique Formes donde

Pop

mon ami Pierrot

Sous-modulation

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Vrifier que lquipement est adapt (connectique, impdance...). viter de mettre lenregistreur (qui peut avoir des lments vibrants) sur

la table o est pos le pied du microphone. Une suspension pour le microphone limite aussi ces vibrations.

Si pops, utiliser un filtre anti-pop ou dcaler le microphone sur le ct.

Ne pas mettre le casque sur vos oreilles tant que tout nest pas branch

Parole : quand vous ajustez les divers niveaux de gain, essayez de rgler le niveau moyen de la voix ~ - 20 dBFS sur lenregistreur.

Chant : demander couter le moment le plus fort de la pice. Sassurer quil y a encore de lespace (~ 6 dB) au-del de ce max.

5) En pratique 28



Adapter la configuration denregistrement (choix de lquipement) et tre conscient que chaque appareil ses limites.

teindre tlphone portable et sources de bruit (climatisation, vent,...).

Utiliser une phrase avec des niveaux levs pour rgler les gains.

("Papa est parti pour Paris")

Enregistreurs portables : si possible, utiliser sur batteries/piles pour viter buzz 50 Hz (60 Hz en Amrique du Nord).

Au dbut de la session, enregistrer un extrait et lcouter AVANT

denregistrer longtemps.

Ne pas oublier dappuyer sur le bouton "REC" !

5) En pratique 29



Consulter les documentations et sites Internet des fabricants de microphone (AKG, Audio Technica, Beyerdynamic, Brel & Kjaer, DPA, Sennheiser,)

Baken R. J., & Orlikoff, R. F. (2000). Clinical measurement of speech and voice (2e

d.). San Diego, CA : Singular. Shannon, C. E. (1949). Communication in the presence of noise. Proceedings of

the IRE, 37, 10-21. vec, J. G., Granqvist, S. (2010). Guidelines for Selecting Microphones for

Human Voice Production Research. American Journal of Speech-Language Pathology, 19, 356-368. This paper is HIGHLY RECOMMENDED!!!

Ternstrm, S., & Granqvist, S. (2010). Personal computers in the voice laboratory:

Part two - audio devices. Logopedics Phoniatrics Vocology, 35, 98-102.

* Bibliographie 30



Merci mon amie et collgue Claire Pillot-Loiseau qui a accept de me prter sa voix.

Les conseils de Theresa Leonard et complments de Christophe Savariaux ont galement t prcieux.

Sites Internet intressants : http://www.auditory.org/ (en articulier la page sur les enregistreurs audio :

http://www.auditory.org/recorders.html )

http://bartus.org/akustyk/

http://vocalmicrophonepro.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/Microphone_practice

http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_file_format

* Remerciements et sites Internet utiles 31


http://lpp.in2p3.fr/spip.php?article315http://www.banffcentre.ca/faculty/faculty-member/272/theresa-leonard/http://www.gipsa-lab.grenoble-inp.fr/~christophe.savariaux/http://www.auditory.org/http://www.auditory.org/http://www.auditory.org/recorders.htmlhttp://bartus.org/akustyk/http://bartus.org/akustyk/http://vocalmicrophonepro.com/http://en.wikipedia.org/wiki/Microphone_practicehttp://en.wikipedia.org/wiki/Audio_file_formathttp://en.wikipedia.org/wiki/Audio_file_formathttp://en.wikipedia.org/wiki/Audio_file_formathttp://www.sfl.cnrs.fr/-Vincent-Coralie-.html

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