Du son au signal... il n’y a qu’un pas.

Topos générals préliminaires sur l'audio numérique.
  • Définissons ce qu'est le signal.
  • Transformer le son en signal analogique.

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  • Langage : Anglais Langage : Francais

    Définissons ce qu'est le signal :

    le signal est une variation (dans le temps de préférence) d’une grandeur physique de nature quelconque porteuse d’information.

    fig 1

    fig 1 : Variation de la pression de l’air pour la propagation d’un son pur.


    fig 2

    fig 2 : Variation de la pression de l’air lors de la propagation d’un son complexe
    (voix, musique orchestrée, section de violon, morceau de piano etc...)



    Les courbes ci-dessus nous montrent l’évolution de la pression d’un corps physique (ici l’air) quand ce corps propage une vibration. Nous sommes en présence d’une grandeur physique (la pression de l’air) qui varie (ici en fonction du temps) donc en présence de ce qu’il convient d’appeler un signal. Ce signal, que l’on pourrait dire « naturel », peut subir des traitements comme n’importe quel signal. Le fait est qu’il faudra utiliser des filtres adaptés à la nature de ce signal : divers matériaux isolant phoniques pour filtrer les basses ou les aigus, une cathédrale ou un gymnase pour obtenir un effet de réverbération, un canyon pour l’écho... Bien des « filtres » sont disponibles pour transformer naturellement le son : Une trompette est un superbe exemple de filtre qui, à partir d’une vibration des lèvres, fournit un son étonnamment réaliste de... Trompette ! ! ! (et oui).

    Or la technologie nous a permis de transformer ce signal sonore en signal électrique (dit analogique). Pour bien comprendre cette transformation qui consiste à traduire les variation de la pression de l’air en variation de courant électrique, il faut que vous soyez sensibilisés aux techniques de génération du courant en général, et aux concepts de l’induction en particulier.

    fig 3

    fig 3 phénomènes d’induction.


    En bref, pour transformer le son véhiculé dans l’air en un signal électrique, il nous faut un aimant, une bobine et une membrane (un haut parleur en somme). La Physique et son concept d’induction nous dit très clairement que le fait de remuer un aimant à l’intérieur d’une bobine induit du courant dans cette bobine. Nous pouvons le constater avec un voltmètre (un galvanomètre pour être plus précis) branché aux bornes de la bobine. Quand on remue l’aimant, l’aiguille du voltmètre bouge.

    Je ne vous expliquerai pas ici pourquoi les mouvements de l’aiguille du voltmètre traduisent exactement les mouvements de l’aimant dans la bobine (vitesse, distance, sens), je vous demanderai de l’admettre pour en arriver à la conclusion que la courbe qui traduit les mouvements de l’aimant dans la bobine en fonction du temps est identique à la courbe qui traduit le mouvement de l’aiguille de notre voltmètre dans le temps.

    Dans notre cas, nous considérerons que le signal est une variation de tension/courant dans le temps.


    Etapes de la transformation d’un son en signal électrique, dit « analogique ».

    fig 4

  • 1 - Un son est produit par une source « naturelle » (la voix, un tambour, un piano...).
  • 2 - L’air transporte ce signal sonore en vibrant.
  • 3 - Cette vibration fait vibrer de proche en proche la membrane de notre haut-parleur (qui dans ce sens s’appelle un microphone).
  • 4 - Notre membrane qui est solidaire d’une bobine, fait aussi vibrer celle-ci, dans un champ magnétique (l’aimant).
  • 5 - Nous n’avons plus qu’à récupérer ce signal aux bornes de la bobine. Et voilà.

    Ce signal pourra alors être traité par des appareils adéquats (appareils électroniques) pour être retransmis ou enregistré. Il va sans dire qu’il s’agit d’une traduction plus ou moins fidèle du son, dépendant largement de la capacité de la membrane à capter les finesses des vibrations de l’air. C’est ce qui fait la différence entre un microphone pas cher et un microphone très cher... Dans tout les cas il s’agit d’une traduction et non pas d’une transformation intègre complètement réversible. Rien ne remplacera l’écoute directe... Surtout que l’oreille n’est pas le seul organe à percevoir le son, le corps entier le perçoit. De plus le cerveau est capable de retraiter le son, privilégier tel ou tel instrument, telles ou telles fréquences, ignorer les sons parasites... Si bien qu’une prise de son (notamment avec un micro d’ambiance) peut ne pas correspondre à ce que l’auditeur avait perçu.

    Ajoutons enfin que le processus inverse se conçoit aisément. Ecouter la radio par exemple, c’est récupérer le signal sonore véhiculé dans une onde radio, transformer ce signal en courant électrique que nous amplifierons pour l’envoyer dans un haut-parleur qui va, en vibrant, faire vibrer l’air... La boucle est bouclée.

    REM : Il existe d’autres formes de transducteur son/courant ou courant/son. Nous ne parlerons que des transducteurs usuels.

    Comme les figures 1 et 2 le montrent, le signal peut se visualiser sur un graphe à deux dimensions dont l’axe des abscisses donne le temps et l'axe des ordonnées donne ce que l’on appellera plus tard « l’amplitude ». Des courbes représentant des sons peuvent s’obtenir en faisant les expériences de physique amusantes ci-dessous.


  • Visualisation des vibrations d'un Haut-Parleur.

    fig 5

    fig 5. la membrane vibre et produits les oscillations représentant notre signal.
    Visualisation du signal sur un oscilloscope.

    fig 6

    fig 6. Sifflez dans le microphone pour obtenir un son pure : une sinusoidale apparait sur le scope.

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