Signal sonore

Introduction

Après avoir passé plusieurs semaines sur la conception d'un site internet, nous avons dans ce tp effectué des exercices sur le traitement de signal sonore sur le logiciel libre Audacity.
Je vais vous présenter les questions et les réponses données parfois accompagnées de screenshots.



Différents types de signaux, fréquences et périodes
  • Générez un signal de forme Sinusoïdale, de fréquence 4 Hz, d'amplitude 1 et de durée 3 secondes.






  • Observez la forme du signal et réalisez un schéma, à partir d'une capture d'écran, permettant de visualiser la période, la fréquence de ce signal sur 1 seconde. Calculez également la période de celui-ci.

 

  • Générez maintenant un signal sinusoïdale de période égale à 2,27 ms (millisecondes) et écoutez le. Ne vous fait-il pas pensez à quelque chose de connu?
  1. 440Hz correspond à La tonalité entendu au téléphone : le La.

  • Refaites les deux questions précédentes en générant cette fois-ci des signaux carrés et en dents de scies. Comparez ces signaux aux premiers. Que constatez-vous au niveau de l'écoute de ces signaux? Comment interprétez vous ces différents signaux?
  1. La différence s'entend, le carré possède moins de basses, et le dent de scie aussi.
  2. La raison est visible sur le signal.

 



Espace Temps / Fréquences

  • Générez un signal sinusoïdal à 1000, 5000, 10000 Hz et écoutez-les. Que pouvez-vous déduire quant à l'impact de la fréquence sur la hauteur de la note (grave ou aiguë) ?
    1. Plus la fréquence est élevée plus le son est aigu.




  • A l'aide du croquis ci-dessous et de votre souris, analysez les spectres que vous venez de générer et exportez les au format txt.
  • Analysez les fichiers exportés, que contiennent-ils?
  1. Les fichiers contiennent la fréquence en Hertz et le niveau en décibels.

  • Réimportez ces fichiers txt sous calc et régénérez les spectres à l'aide de graphiques.

























  • Générez un signal à 500 et à 1000 Hz et analysez le. Attention, votre signal devra donc être constitué de deux signaux qui seront lus en même temps. Sélectionnez ces deux signaux et affichez leur spectre. Que constatez-vous?
  1. On observe une combinaison des deux spectres (500 Hz et 1000 Hz).

Signal 500Hz + 1000Hz




Spectre signal 500+1000Hz































Les filtres


  • Sélectionnez un signal de 5 KHz et lancez le menu « Filtre FFT ». Amplifiez toutes les fréquences comprises entre 0 et 7500 Hz et atténuez les autres. Écoutez le changement et commentez. Ceci s'appelle un filtre passe bas à 7500 Hz.
  1. Le signal est plus aigu.

Equalisateur


  • Faites de même mais cette fois inversez le filtre (Atténuation des fréquences inférieur à 7500 Hz et amplification des autres). Écoutez le résultat et commentez. Ceci s'appelle un filtre passe-haut à 7500 Hz. Essayez avec le menu  "Effet --> High Pass filter".
  1. Le signal est moins agressif, il sonne moins aigu.
  2. L'effet High Pass a pour effet de supprimer toutes les fréquences supérieures à une fréquence donnée.

Equalisateur

High Pass Filter

Low Pass Filter


  • Réitérez ces questions mais cette fois-ci avec un signal composé de 3 sinusoïdes à 1 Khz, 5 Khz et 10 Khz. Modifiez le filtre pour isoler le mieux possible chaque fréquence. Analysez vos filtres et commentez les. Essayez avec le menu "Effet --> Low Pass filter".


  • Q1-Passe bas:
  1. Avec le passe bas on entend un son très aigu car les fréquences combinées émettant un signal très aigu, et possédant peu de basses, le filtre ne laisse passer que le son aigu.
  • Q2-Passe haut:
  1. Avec le passe haut le filtre ne laisse passer que les basses fréquences. Ici le son devient plus grave. L'effet Low Pass a pour effet de supprimer toutes les fréquences inférieures à une fréquence donnée .


Fréquence d'échantillonnage / Fréquence de restitution

  • Générez maintenant un signal sinusoïdale à 11000 Hz.
  • Analysez ce signal d'un point de vue temporel et fréquentiel

Spectre 1000 Hz




  • Cliquez sur l'icône « Projet à : » (voir schéma ci-dessous). Normalement le taux d'échantillonnage devrait être sur 44100Hz. D'après-vous, à quoi correspond le taux d'échantillonnage?
  1. Le taux d’échantillonnage correspond au nombre d'échantillons capturés par seconde.

  • Faites varier ce taux de 8KHz à 96KHz. A chaque fois que vous modifiez ce taux, exportez votre son au format wav et nommez chaque fichier de la manière suivante : « sin11khz_XXX » où « XXX » devra être substitué par le taux d'échantillonnage. Vous devrez obtenir 6 fichiers différents.



 


  • Ouvrez tous ces fichiers en parallèles (plusieurs pistes) et commentez les variations entre les différentes pistes. Expliquez le principe de sous-échantillonnage sur le son.
  1. Les trois premières pistes n’ont visiblement pas de signal, l’échantillonnage est trop faible.
  2. A partir de 22,050KHz on perçoit de petites fréquences.
  3. A partir de 44,1KHz l’échantillonnage est correct est le son est relativement bien transmis.

  • Ouvrez le spectre de chacune de ces pistes et analysez les. Qu'en pensez-vous?
  1. Le spectre est correct seulement à partir de 44.1KHz, plus bas le spectre est saccadé.

  • Affichez le spectre du signal radio donné en tp :
Spectre message radio


  • Sous échantillonnez cette piste à 22KHz et 8Khz. Écoutez la différence et expliquez le résultat obtenu.
  1. Plus l’échantillonnage est faible plus le bruit est "sourd".
  2. Moins l’échantillonnage est faible plus le bruit est "clair" et la voix limpide.