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Puredata

Les bases de l'audio numérique

Pure Data traite le son de manière numérique, c'est-à-dire, comme une simple suite de nombre. La notion d'audio numérique est fondamentale pour travailler la matière sonore, et nous allons décrire ici ce que l'on entend par « son numérique ».

Analogue_Digital_Conversion_fr.png

Ce diagramme montre comment le « son » passe par l'ordinateur. Les conversions de l'analogique vers le numérique et du numérique à l'analogique sont réalisées au sein de la carte son. Le cadre intitulé « Systèmes numériques » pourrait ici représenter Pure Data.

Fréquence et gain

La membrane d'une enceinte acoustique, par exemple, fait vibrer l'air autour elle. Ces vibrations sont responsables du phénomène du « son ». La membrane vibre d'avant (figure 2. avec voltage négatif) en arrière (figure 3. avec voltage positif) depuis son état de repos (figure 1. membrane au repos). Le nombre de vibrations par seconde est la fréquence (la note, le ton ou la hauteur) du son que nous percevons et la distance que la membrane parcourt depuis son état de repos détermine le gain (le volume ou la puissance) du son. Normalement, on mesure la fréquence en hertz (Hz) et le volume/gain en décibels (dB).

speaker_fra_1.png

Un microphone fonctionne à l'inverse : l'air fait vibrer sa membrane et cette vibration modifie l'intensité du courant électrique. Lorsqu'on branche un microphone sur l'entrée de la carte son de l'ordinateur et que l'on commence à enregistrer, la carte son prend la mesure de ce courant électrique des milliers de fois par seconde et les enregistre comme des nombres.

Fréquence et précision d'échantillonnage

Pour que l'audio soit lisible par un lecteur numérique (comme pour un Compact Disc), l'ordinateur doit relever, par exemple, 44 100 mesures par seconde (selon la configuration de la carte son). Ces mesures sont nommées échantillons ou samples. L'ordinateur enregistre chacune de ces mesures comme un nombre sur 16 bits. Un bit est une parcelle d'information qui peut prendre la valeur 0 ou 1, cette valeur est l'information la plus petite que l'ordinateur puisse stocker. En combinant les bits ensemble pour créer un échantillon, on obtient 216 (ou 2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2 = 65536) valeurs possibles par échantillon. Donc la « qualité CD » a une fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz et une précision de 16 bits .

Par contraste, les enregistrements sonores professionnels peuvent être réalisés à une précision de 24 bits et une fréquence de 96 kHz (96 000 Hz) pour conserver un maximum de détails durant le mixage ; ces enregistrements sont ensuite réduits à 16 bits et 44 100 Hz pour être diffusés sur CD. Les anciens jeux vidéo sont connus pour avoir une précision de 8 bits donnant un « son » caractéristique. En augmentant la fréquence d'échantillonnage, on peut enregistrer des fréquences plus élevées. En enregistrant avec une précision plus grande, on augmentera la dynamique (la différence entre l'amplitude la plus faible et la plus forte).

Pcm.png

Un exemple d'échantillonnage de 4 bits (en rouge) permet 16 valeurs donc la dynamique est très faible... Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pcm.svg

Dans Pure Data, la valeur oscille entre -1 et +1. Ces seuils représentent la plus grande amplitude possible de notre enceinte théorique avec 0 comme état de repos.

waveform.png

Représentation graphique d'une onde sinusoïdale dans Pure Data.

Lorsque Pure Data joue le son du patch ci-dessus, il lit les échantillons et les envoie à la carte son. La carte son convertit les échantillons en courant électrique, lequel fait alors vibrer la membrane de l'enceinte. La membrane, quant à elle, fait vibrer à son tour l'air, de sorte que nous puissions entendre le son.

Si le taux d'échantillonnage est de 44 100 Hz et que l'on essaie de travailler avec des fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage, donc supérieur à 22 050 Hz (qui correspond au nombre de Nyquist), des fréquences parasites deviennent audibles.

Vitesse et hauteur

La « hauteur » d'une onde sonore est déterminée par sa fréquence. Plus la fréquence est élevée, plus le son semble aigu.

Lorsque les échantillons sont lus plus vite ou plus lentement que la vitesse originale, la fréquence d'échantillonnage est alors modifiée par ce changement de vitesse. Comme on peut le constater avec une bande magnétique ou un disque vinyle, les fréquences sonores sont modifiées par la vitesse de lecture. La hauteur perçue sera plus aiguë si la lecture de l'échantillon est accélérée et plus grave si elle est ralentie.