Année universitaire 2009-2010

1. FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS Année universitaire 2009-2010 UNIVERSITE DE TUNIS ELMANAR FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS Traitement du Son Naouai Mohamed

2. Qu'est-ce qu'un son ? • Les bruits, la musique ou la parole sont des manifestations variées d'un unique phénomène physique : le son. • Le son est un phénomène physique que nous percevons par le biais de notre oreille. Ce phénomène est ce que l'on appelle une onde. Quelques observations simples nous permettrons de comprendre ce phénomène. Naouai Mohamed

3. Un son est une onde Naouai Mohamed

4. Qu'est-ce qu'une onde ? • Les ondes sont des phénomènes très courants, et on peut en voir les effets à chaque instant : en effet, la lumière qui nous parvient, les sons qui nous entourent, les vibrations du sol que l'on perçoit lorsqu'un camion passe à proximité, sont des ondes. • Le meilleur moyen de comprendre ce qu'est une onde est d'étudier des exemples observables par tous. Naouai Mohamed

5. Une onde à la surface de l'eau • Si vous jetez une pierre à la surface d'une large étendue d'eau calme, vous pouvez observer une perturbation qui se propage à la surface en générant des cercles concentriques dont le rayon grandit. Naouai Mohamed

6. Exemple Naouai Mohamed

7. Exemple Naouai Mohamed

8. Le cas de la vague sur l'eau On peut donc faire les constatations suivantes : • Il y a déplacement de vagues (elles s'éloignent de la source). • Il y a non déplacement du bouchon (il ne s'éloigne pas de la source). Naouai Mohamed

9. Exemple Naouai Mohamed

10. Le cas de la hola • La hola se déplace comme une vague (elle "court" autour du stade). • Les spectateurs restent à leurs places (ils ne courent pas). Naouai Mohamed

11. Remarque • L'onde est caractérisée par le passage d'une perturbation parmi des particules (spectateurs ou molécules d'eau dans ces exemples). • Comme cette perturbation passe "à travers" les particules sans les emporter, on dit qu'une onde se propage plutôt qu'elle ne se déplace. Naouai Mohamed

12. Remarque • Dans les deux exemples précédents, il semble que la notion d'onde soit intimement liée à la notion de particule. Naouai Mohamed

13. Notion de milieu • Si l'on reprend l'exemple des tribunes du stade, la perturbation se propage grâce aux spectateurs : il ne peut pas y avoir de hola dans un stade vide. • si on jette une pierre sur une surface solide plutôt que liquide, notre oeil ne perçoit pas d'onde qui se propage. Naouai Mohamed

14. Notion de milieu • Ces ondes nécessitent donc la présence d'un milieu (l'ensemble des spectateurs ou un élément liquide) pour se propager. Naouai Mohamed

15. Définition d'une onde • Nous pouvons donc maintenant donner une définition d'une onde, qui correspond à la propagation d'une perturbation dans un milieu. Naouai Mohamed

16. L’ondeSonore Naouai Mohamed

17. Introduction • L'onde sonore est une onde mécanique qui se propage donc dans un milieu matériel élastique : à travers l'air, mais aussi dans l'eau, ou à travers un mur. Naouai Mohamed

18. Comment se propage le son ? • Le son se propage par changement de la pression dans le milieu où il circule. La pression est une mesure des forces qui s'exercent sur les particules d'un milieu. • Cette variation de pression (et donc de forces) est induite par un mouvement des particules d'air : ces particules se déplacent, elles se heurtent, et donc elles exercent des forces supplémentaires sur leurs voisines... Naouai Mohamed

19. Comment produit-on un son ? • Lorsque l'on frappe le diapason (cliquer sur l'icone du marteau), ses branchent vibrent et mettent en mouvement les particules de l'air qui sont les plus proches. • Ces particules vont à leur tour percuter les particules voisines, provoquant ainsi une augmentation locale de la pression (le nombre de particules augmente à cet endroit). Naouai Mohamed

20. Comment produit-on un son ? • Dans un Haut-parleur, un dispositif électro-magnétique • traduit les variations d'un signal électrique en terme de • déplacement d'une membrane. • C'est ce déplacement qui crée la perturbation de l'air qui • correspond au son. Naouai Mohamed

21. Comment perçoit-on un son ? • Entendre un son signifie que l'on perçoit les variations de pression induites par le mouvement des particules de l'air mises en mouvement. • Chez les êtres vivants, c'est l'oreille qui joue ce rôle. On dispose également d'instruments pour capter les sons : il s'agit des microphones. Naouai Mohamed

22. Le microphone Le microphone est un instrument utilisé pour capter les variations de pression. Il fonctionne exactement comme un haut-parleur... à l'envers ! Naouai Mohamed

23. Le microphone • Le son arrive sous forme d'alternance de zones de pressions fortes et faibles sur la membrane du microphone. • Cette membrane se déplace plus ou moins en fonction des différences de pression, et un appareillage électro-magnétique convertit ses mouvements en signal électrique. Naouai Mohamed

24. Caractérisation des sons • Caractéristiques physiques des sons • pourquoi un son nous paraît-il plus fort • plus aigu qu'un autre ? • … Naouai Mohamed

25. Représentation temporelle d'un son • Le capteur est un instrument sensible aux variations de pression • de l'air. • A chaque instant, il permet de connaître la pression et donc de • tracer sur un écran une courbe de ces variations au cours du • temps. Naouai Mohamed

26. Caractérisation d'un son • Un son peut être caractérisé par plusieurs grandeurs physiques que nous allons maintenant définir. • C'est la variation de ces grandeurs qui fait que deux sons vont nous paraître différents ou identiques. Naouai Mohamed

27. La vitesse • Le son est une onde qui se déplace dans un milieu en se propageant de particule en particule de proche en proche. • La vitesse du son, qui correspond à la distance que le son parcourt par unité de temps, est la vitesse à laquelle la perturbation se propage dans le milieu. Naouai Mohamed

28. La vitesse • Cette caractéristique ne dépend que du • milieu et pas de la nature de la perturbation (c'est-à-dire du son). • Cela signifie que deux sons produits au même instant dans un même milieu se propagent à la même vitesse , même s'ils sont différents. Naouai Mohamed

29. La vitesse Naouai Mohamed

30. La fréquence • Lorsque l'on est en présence d'un son produit par une source vibratoire, les molécules du milieu adoptent un mouvement périodique : elles vont et viennent autour de leur position d'équilibre (niveau microscopique). Naouai Mohamed

31. La fréquence • D'un point de vue macroscopique, ces mouvements résultent en des zones de hautes et basses pressions. • Le phénomène sonore est donc observé par l'intermédiaire d'un capteur de pression : la pression varie en décrivant un motif sinusoïdal qui se répète identique à lui même (on parle alors d'un cycle). Naouai Mohamed

32. La fréquence • Par définition, la fréquence est le nombre de fois où ce motif se répète en une seconde (ou encore le nombre de cycles par seconde). • L'unité internationale employée pour mesurer les fréquences est le Hertz (noté Hz). Naouai Mohamed

33. La fréquence 1 Hz = 1 cycle par seconde 10 Hz = 10 cycles par secondes 50 Hz = 50 cycles par secondes 10000 Hz (= 10 kHz) = 10 000 cycles par secondes Naouai Mohamed

34. La période • Par définition, la période est la durée d'un cycle. Elle s'exprime généralement en secondes. Naouai Mohamed

35. La période • Cette figure fait apparaître en rouge une répétition du motif sinusoïdal (cycle). • La durée de ce cycle est égale à une période. Dans cet exemple cette durée est de 1 seconde. Naouai Mohamed

36. Exemple • Si un son a une fréquence de 10 Hertz, cela signifie que la durée nécessaire pour réaliser un cycle est de 1/10 de seconde : sa période est donc de 0,1 seconde.La fréquence f et la période T d'un son sont liés par une relation inverse : Naouai Mohamed

37. Exemple Naouai Mohamed

38. La longueur d'onde • Comme on peut déterminer à partir d'une représentation temporelle d'un son sa période, on peut chercher à savoir de quelle distance le son s'est propagé durant cette période. Naouai Mohamed

39. La longueur d'onde • Cette quantité s'appelle par définition la longueur d'onde, elle est notée l et elle s'exprime en mètres. Naouai Mohamed

40. L'intensité • Sur le plan physique, l'intensité du son (le volume sonore) est proportionnelle au carré de la pression exercée sur le milieu : plus on agite les molécules d'air, plus le son va être fort. Naouai Mohamed

41. L'intensité • Cette pression est elle-même proportionnelle à l'amplitude de l'oscillation qui l'a générée : • si la membrane du haut-parleur vibre avec peu d'amplitude, le son produit est faible. • Si l'amplitude du mouvement est importante, le son produit est fort. Naouai Mohamed

42. L'intensité Naouai Mohamed

43. Le seuil absolu d'audibilité • Dans des conditions optimales (pas de bruit ambiant...), l'être humain est capable d'entendre un son ayant une énergie de 10-16 Watt/cm² (1/10 000 000000000000ème de Watt/cm²). • Par définition, cette intensité est appelée seuil absolu d'audibilité. A cette intensité correspond des variations de pression de l'ordre de 0,02 milli Pascal. Naouai Mohamed

44. Le seuil de douleur • Si le Son est trop fort, ils risque d'endommager de manière durable, voire définitive, notre oreille (rupture du tympan). • L'intensité limite que nous pouvons supporter sans dommage est de 10-2 Watt/cm². Par définition, cette intensité est appelée seuil de douleur. • Elle correspond à des variations de pression de l'ordre de 200 Pascal. Naouai Mohamed

45. Naouai Mohamed

46. Un son peut être caractérisé par plusieurs grandeurs : • la fréquence est le nombre de cycles par seconde (unité : le Hertz Hz). • la période est la durée d'un cycle (unité: la seconde). • la longueur d'onde est la distance parcourue en une période (unité : le mètre m). • l'intensité est liée à l'amplitude des variations de pression (unité : le déciBel dB). Naouai Mohamed

47. Représentation analogique etnumérique Naouai Mohamed

48. Traitement numérique • Avantages : les moyens informatiques actuels permettent le traitement des signaux sous forme numérique (traitements plus rapides) Naouai Mohamed

49. Traitement numérique • Problème : le passage en numérique conduit à une perte d ’information • Nécessité : • Convertisseurs analogique-numérique (A/N) • Convertisseurs numérique-analogique (N/A) Naouai Mohamed

50. Conversion analogique/numérique • Etape d ’échantillonnage puis de quantification Naouai Mohamed