Dernièrement, Roget Baudet nous a présenté deux magnifiques articles sur les sons informatiques (là et là). Il a en particulier montré la différence de qualité entre les sons venus de GarageBand et ceux d'une banque de son pro EastWest.
Ceci m'a donné l'idée de revêtir ma casquette de scientifique et de tenter d'expliquer le plus simplement possible ce qu'est réellement (physiquement et mathématiquement) un son, et ce qui fait la différence en un bon son et un mauvais son.
Que les nuls en math se rassurent, je vais tenter d'expliquer cela de manière très imagée.
Qu'est-ce qu'un son ?
Ben oui, avant d'aller plus loin, il est nécessaire de bien comprendre ce qu'est un son.
Un son est en fait une suite de surpressions qui se propagent.
Si on représente par exemple un son qui se déplace dans l'air, et si on représente les molécules d'air par des points, le son aura cette allure:
Ceci à une conséquence très importante: un son ne peut se transmettre que dans un milieu, c'est-à-dire dans de la matière.
Ainsi, les films de science-fiction dans lesquels on peut entendre le grand fracas d'une explosion dans l'espace sont complètement dans l'erreur puisque le vide ne permet pas de véhiculer un son.
En ce sens, le son est très différent de la lumière qui elle se propage sans problème dans le vide.
Mais ceci est une autre histoire, revenons à nos moutons.
Ce son sera donc perçu par l'oreille comme une succession de surpressions et de sous-pressions. A l'intérieur de l'oreille, une membrane se mettra alors à réagir à cela et transmettra l'information sonore au cerveau.
Considérons le son le plus simple qu'il soit.
On peut représenter l'amplitude de la pression (en quelque sorte son intensité) en fonction du temps et cela aura la forme d'une sinusoïde:
On associe donc un son à une onde de pression.
La période d'un sinus est l'intervalle de temps entre deux bosses (ou deux creux), elle est donnée en secondes. La fréquence d'un sinus est l'inverse de la période (1 divisé par la période), elle est donnée en 1/s, soit en Hertz (Hz).
Dans le cas de notre son très simple, la note que l'on entendra sera donnée par la fréquence du sinus.
Pour associer un nom de note à une fréquence, on part de trois conditions:
- La note "la1" est à une fréquence de 440 Hz
- Entre deux octaves (par exemple "la1" et "la2") la fréquence double
- Il y a douze notes (demi-tons) entre deux octaves
Avec ces trois règles simples, on peut établir une petite formule qui permet d'associer une fréquence à une note.
Comment fonctionne un instrument ?
N'importe quel instrument de musique fonctionne de la même manière: on créé des vibrations dans l'air, c'est-à-dire des ondes de pression.
Dans le cas d'une guitare ou d'un piano, par exemple, c'est la vibration de la corde qui se transmet aux molécules d'air voisines et qui créé l'onde de surpression. Dans le cas d'une trompette ou d'un trombone, c'est la vibration des lèvres qui se transmet à l'air contenu dans un tube et qui se transmet ensuite aux molécules de l'air ambient.
Vous pouvez alors vous poser la question de savoir ce qui fait la différence entre un piano et une guitare par exemple. En effet, tous les deux fonctionnent en faisant vibrer une corde qui induit une onde de pression dans l'air. Et bien ce qui fait la différence, c'est tout le reste. En faisant vibrer une corde de la guitare, vous faites vibrer toutes les cordes avoisinantes, mais aussi toute la structure en bois de l'instrument. Pareil pour le piano où tout se met à vibrer.
La conséquence de cela, c'est que le son que vous allez entendre lorsqu'on joue une note sur un instrument n'est pas un simple sinus comme dans l'exemple ci-dessus, c'est une onde beaucoup plus compliquée.
Je vous propose donc d'essayer de comprendre les sons qui sortent d'un instrument.
Les séries de Fourier
Pour mieux visualiser les ondes, nous allons recourir à un outil mathématique extrêmement puissant: les séries de Fourier.
Le mathématicien et physicien français Joseph Fourier (1768-1830) a postulé et démontré que toute fonction mathématique périodique peut s'écrire comme une somme de sinus et de cosinus.
Sous forme mathématique, ceci s'écrit de la manière suivante:
Dans cette équation, T est la période de la fonction. Les coefficients an et bn sont appelés les coefficients de Fourier.
Ceux qui s'y connaissent un peu en math, remarquerons que plus n augmente, plus les sinus et les cosinus auront une fréquence élevée.
On en déduit donc que toute onde peut être écrite comme une somme de sinus et de cosinus de fréquence de plus en plus élevée.
Un cas concret, la fonction carrée
Rien de tel qu'un exemple.
Prenons un son dont l'onde à la forme suivante:
C'est à dire une fonction carrée.
Cette onde sonne comme ça.
Je vous rassure, aucun instrument réel ne produit ce son.
La note jouée est un la, l'onde a donc une fréquence de 440 Hz.
Si nous décomposons cette onde en série de Fourier, et que nous la traçons pas à pas, voici ce que l'on obtient:
 1er terme |
 3 premiers termes |
 5 premiers termes |
 11 premiers termes |
 100 premiers termes |
 200 premiers termes |
Plus on ajoute des ondes de plus hautes fréquences, plus on se rapproche de la fonction carrée.
Le premier terme de la série de Fourier est donc un simple sinus comme celui du premier exemple. Il sonne comme ça.
Si vous comparez ce son à celui de la fonction carrée, vous constatez qu'on a bien affaire à la même note, un la, mais la fonction carrée sonne plus "riche", le timbre est différent.
C'est là la clef du timbre d'un instrument ! Un son produit par un instrument est donc composé d'une note fondamentale, mais également d'une infinité de sons de fréquence plus haute et d'intensité (de volume) différente.
Notre oreille va donc entendre toujours la même note, c'est-à-dire la fréquence fondamentale, mais elle va également percevoir toutes les plus hautes fréquences qui s'ajoutent à la fondamentale.
Les coefficients de Fourier nous donnent les intensités de chacunes des fréquences qui composent le son. On appelle cela le spectre du son.
Pour la fonction carrée, le spectre aura l'allure suivante:
On remarque donc que la fondamentale est prédominante, mais qu'on a également une infinité de fréquences plus élevées mais d'intensités plus faibles.
Un cas réel: le violon
Cet outil fantastique qu'est la série de Fourier va nous permettre d'étudier en détail les sons et en particulier de comparer les sons de la banque EastWest et ceux de GarageBand.
Pour afficher le spectre d'un son, il y a plusieurs outils. Si on veut afficher le spectre instantané d'un instrument, il suffit d'un micro et d'un oscilloscope assez moderne. Ce dernier utilise alors un algorithme très efficace appelé FFT, pour "Fast Fourier Transform" qui permet d'afficher quasiment instantanément les coefficients de Fourier.
Dans le cas d'un son numérisé, soit sous forme informatique, on peut simplement utiliser un logiciel adéquat. Tous les logiciels mathématiques permettent de faire une analyse de Fourier: Igor Pro, Mathematica, MatLab, etc. Mais il existe un petit logiciel beaucoup plus simple est beaucoup plus abordable: Amadeus II, testé sur Cuk ici.
C'est avec de dernier que j'ai fait mes tests.
Examinons et comparons les spectres des deux banques de sons:
la à 440 Hz avec GarageBand
la à 440 Hz avec EastWest
On remarque tout de suite le pic intense de la première harmonique (880 Hz) avec GarageBand, ceci explique le son plus "criard".
Comparons ces deux spectres à celui d'un véritable violon. Je remercie au passage Jean-Marc Bonard, auteur du fantastique article "The physicist's guide to the orchestra" paru en 2001 dans le European Journal of Physics qui m'a gentiment fourni ses résultats (pour des raisons de copyrights, je ne suis pas en mesure de vous fournir un lien vers l'article, mais si vous m'envoyez un mail je vous le ferai parvenir). Dans cet article il compare différents instruments de l'orchestre au moyen, entre autres, des transformées de Fourier.
Examinons tout d'abord la forme de l'onde pour le véritable violon et pour ses ersatz:
la à 440 Hz avec un véritable violon
la à 440 Hz avec la banque EastWest
la à 440 Hz avec GarageBand
Les formes sont très différentes, il est difficile de faire une bonne comparaison. Il faut donc recourir aux séries de Fourier pour obtenir le spectre de ces ondes.
Les spectres des versions électroniques se trouvent plus haut. Pour un violon, voici ce que cela donne:
Spectre du la à 440 Hz avec un véritable violon
En comparant la fondamentale et les trois premières harmoniques (c'est-à-dire les 4 premiers pics) on remarque tout de suite que le spectre de EastWest est beaucoup plus proche de l'original que celui de GarageBand (il faut se concentrer sur les intensités relatives des pics). De même, "l'étalement" des pics à leur base et quasiment symétrique avec GarageBand alors que la petite bosse que l'on observe à droite des pics pour le vrai violon est bien reproduite avec la banque EastWest.
Mais ce qui fait la principale différence entre le vrai violon et ses versions électroniques ce sont les hautes fréquences. Avec les échantillons numériques, l'intensité des hautes fréquences descend très vite, contrairement à l'original.
Ces hautes fréquences sont toutefois très importantes. Ce sont des sons que notre cerveau ne perçoit pas forcément, mais que l'oreille "entend". Si vous isolez ces fréquences (en coupant les basses fréquences) et que vous jouez le son qu'il en résulte, vous n'entendrez pratiquement rien (bon, là on entend ,car je n'ai coupé qu'à 4000 Hz).
Par contre si on enlève ces hautes fréquences au son original, on entend tout de suite la différence.
Ceci m'amène à considérer un dernier point: la manière dont on stocke les données.
Le stockage par l'exemple: le mp3
Comment l'algorithme de compression MPEG Layer 3, aussi connu sous le nom de MP3 (qui ne veut donc absolument pas dire MPEG 3) parvient-il à compresser les sons de manière si efficace ?
L'idée de base est très simple. L'algorithme part du principe que l'oreille humaine n'est pas capable d'entendre les fréquences supérieures à une certaine valeur. Il va donc appliquer un filtre passe-bas chargé d'atténuer les hautes fréquences.
La différence dans le spectre est flagrante. Comparons le spectre du la de EastWest avec celui du même son mais sauvegardé au préalable au format mp3:
Spectre du la 440 Hz de EastWest
Spectre du même son compacté en mp3
On voit tout de suite que les hautes fréquences ont été attenuées et qu'au-delà de 6000 Hz c'est le calme plat.
L'ennui, c'est qu'un mélomane averti possède une oreille suffisamment entraînée pour percevoir ces hautes fréquences et la dégradation du son lui sera alors audible.
Bien entendu, cela dépend également du type de musique. Il faut bien se rendre compte que la richesse d'un son est très fortement dépendante de l'environnement.
Dans le cas d'un orchestre symphonique, si un violoniste touche une corde de son violon, ce sont les cordes de tous les violons de l'orchestre qui vont se mettre à vibrer (avec une amplitude beaucoup plus faible évidemment). Mais ce sont également les cuivres, le piano, les timbales, bref tous les instruments qui vont participer au son. Même la salle va y participer, les lampes peuvent vibrer, le sol, la porte, etc.
D'un autre côté, si comme c'est souvent le cas dans la musique actuelle, chaque instrument est enregistré séparement puis ajouté aux autres lors du montage cette interaction ne sera pas possible et la compression mp3 fera peut-être moins de dégâts.
Ceci m'amène à la dernière partie de cet article, comment obtenir une banque de sons de bonne qualité.
L'échantillonnage
La manière la plus basique de créer un son électronique est de prendre un instrument, jouer et enregistrer un la à 440 Hz. Les autres notes seront obtenues en variant la fréquence ou le pitch de cette note de base.
Bien évidemment, le résultat est catastrophique dès que vous jouez une autre note que le la.
Pour obtenir un meilleur résultat, il faut commencer par enregistrer plusieurs notes de différentes fréquences puis interpoler entre ces notes pour compléter la gamme.
Ensuite, il faut faire attention à l'environnement comme je le mentionnais plus haut. Il s'agit donc d'échantillonner non pas un violon seul, mais un violon au sein d'un orchestre.
Finalement, un des points le plus importants c'est l'attaque de la note. Ecoutez plutôt la différence entre deux notes (la et mi) à la suite jouées avec EastWest puis avec GarageBand. La différence est sans équivoque.
Conclusion
Le son représente quelque chose d'immensément riche. Un même instrument joué par deux instrumentistes différents pourra sonner de manière très différente. Il est donc tout à fait compréhensible que numériser un son soit une tâche extrêmement ardue. Entre le synthétiseur d'il y a 20 ans et les banques de sons disponibles aujourd'hui sur nos ordinateurs un pas énorme a été fait. Mais finalement, la seule chose qui ait réellement changé c'est la capacité de stockage.
Pour reproduire le plus fidèlement possible un instrument, il faudrait avoir un fichier différent pour chaque note de sa tessiture (notes qu'il est capable de produire) et pour chaque nuance (volume sonore). Multipliez cela par le nombre d'instruments et vous vous rendrez compte de la taille des fichiers nécessaires.
De plus, comme les méthodes de compression actuelle comme le mp3 dénaturent le son, on est obligé de travailler en fichiers bruts (AIFF, Wave, PCM).
Il est donc nécessaire de trouver un compromis. En ce sens, GarageBand est plutôt bon. Ses sons ne sont de loin pas mauvais et il met à disposition de nombreux instruments. Mais il est clair que comparé à une banque comme EastWest il ne fait pas le poids.
La physique des ondes acoustiques est très intéressante et j'espère avoir pu vous aider un peu à comprendre la musique et tous les bruits qui nous entourent.
, le 14.12.2004 à 00:15
sympa comme article, intéressant… :-)
et j’ai l’impression que l’explication physique etait plutot claire… pas mal, c’est pas forcement evident a expliquer!
, le 14.12.2004 à 00:23
Ne manquerait-il pas des hypothèses de continuité pour les séries de fourier…
Sinon ça fait plaisir de voir des maths autre part que dans un livre de maths, même dans science et vie les maths sont esquivées on parle de concepts il y a jamais d’équations ça fait peur au gens.
J’ajouterais au niveau de l’échantillonage le théorême de Shanon qui dit que le contenu d’un signal de dont la fréquence n’excède pas f (c’est à dire dont le dernier pic dans les séries de fourier se trouve en f) peut-être conservé par un échantillonage à la fréquence 2f.
En d’autres termes l’oreille « perçoit » des sons jusqu’à 20 000 Hz environ donc un échantillonage à 40 000 Hz peut restituter tous les sons que l’oreille peut percevoir. Reste à prouver réellement que l’oreille ne perçoit pas en fait au delà de 20 000 Hz, c’est à dire que des fréquences ultra soniques pourraient contribuer sans que le cerveau ne s’en rende compte.
, le 14.12.2004 à 00:33
Merci à toi Fabien!!! C’est extraordinnaire comme on peux expliquer quelque chose qui ne se contrôle pas complétement et ne se voit pas… Vraiment Bravo pour cette article!!!
Cepandant j’ai l’aire de croire que GarageBand a été super dévalorisé, comme si ça ne vallait rien, ben…. détrompez-vous mes cheris, car j’ai la preuve en aire et en vibration que l’on arrive à faire des trucs sensationnel avec un chtit programme comme GarageBande.
Pour cela il suffit d’aller visiter mon site Internet où je mets en ligne quelques de mes créations musicales… Elles ont toutes, je dis bien toutes, été crées depuis GarageBande et ont été assemblés sur Apple Soundtrack (et oui, voilà un revenant, on l’avait tous oublié celui-là hein pas vrai???)
Alors allez écouter et dites-moi si vraiment GB c’est si décevant….??
((( Site officiel de MixwiLL)))
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La mélodie, c’est la vie!!! (^_^)
, le 14.12.2004 à 04:26
Une des critiques de fourrier, c’est l’aspect « energie infinie » des fonctions de base (les sinus et cosinus).
On a plutot tendance à utiliser des fonctions en formes d’ondelettes finie que l’on duplique autant que nécessaire pour représenter le signal. Je me demande quelle est la représentations sur les sons du violon par exemple….
, le 14.12.2004 à 05:16
Moi je me demande une chose: pourquoi le « la » est si important et pas le « do » ou le « si ». C’est vrai quoi, quand un orchestre veut s’accorder c’est toujours sur le « la ». Quequ’un peut-il m’xpliquer ce mystère?
Mixwill tu utilises GB à l’inverse de moi. Moi j’essaie toujours de retrouver un son naturel, parce qu’avec les sythé on a une pleïade de sons venu de nulle part et moi je ne m’y retrouve pas émotionnellement.
, le 14.12.2004 à 08:24
une fonction n’a pas besoin d’être continue pour être exprimée en série de Fourier. Exemple: la fonction carrée qui n’est pas continue.
au contraire ! Je dis bien à la fin de l’article que GarageBand est plutôt bon !
peut-être parce que le do est à une fréquence de 523.25113….
non franchement je ne sais pas…
Ceci dit la notation allemande (ou anglaise) est en ce sens plus correcte puisque le la s’écrit A (puis on parcours l’alphabète en montant les notes).
, le 14.12.2004 à 08:59
La théorie des séries de Fourier est une des plus riches qui soient…
Qu’entends-tu par fonction carrée et continuité, Fabien ? Pour moi la fonction carrée que j’imagine est la fonction x^2, et elle est continue et même infiniment dérivable partout…
A moins que tu ne veuilles parler d’un « morceau » de fonction carrée reproduit périodiquement ?
Super,on peut parler de maths sur Cuk ! :-))
, le 14.12.2004 à 09:03
franck: du calme, je sens déjà que ton coeur est à 180… Rappelle-toi ton cardiologue: « Pas trop d’émotions! »
T
, le 14.12.2004 à 09:07
Passionnant, merci Fabien.
, le 14.12.2004 à 09:09
Franck, appelons-là alors la fonction créneau, plutôt que fonction carré (les créneaux sont des carrés), définie comme:
puis prolongée via une transformation affine en une fonction périodique.
, le 14.12.2004 à 09:16
On ne se sent pas largués là, dans votre conversation!:-)
, le 14.12.2004 à 09:58
Ca fait 6 mois que j’ai arrêté les maths et j’ai déjà des doutes (et j’ai pas mes cours pour vérifier) mais il me semble qu’il faut une continuité par morceaux pour utiliser les séries de fourier.
Et que pour écrire que la fonction est égale à sa série de fourier il faut en plus qu’elle soit C1 par morceaux non ?
Je doute un peu maintenant si vous peut infirmez ou confirmez ça serait bien.
Dans la réalité les sons ne sont pas « assez » périodiques on utilise alors la transformée de fourier (les graphiques proviennent de transformée de fourier avec l’algo FFT) et pour faire des transformées de fourier il faut entre autre il me semble que le signal porte une énergie finie c’est à dire de carré sommmable.
, le 14.12.2004 à 10:05
ola, oui la fonction doit être C1 par morceaux.
Et c’est effectivement l’algo FFT qui est utilisé.
, le 14.12.2004 à 11:17
Tcheu, il y a quand même des têtes sur Cuk…
Ce serait juste à vous foutre des complexes!
, le 14.12.2004 à 12:07
Bravo Fabien aujourd’hui on fait dans l’Humeur CUK grand cru.
Quelques précisions :
Le « la » 440 Herz est une définition qui date d’une convention de 1939.
Il n’est donc pas très vieux. Avant, les orchestres jouaient plus bas
(« la » à 336 ou 338). Aujourd’hui, certains orchestres accordent
à 442 ou plus pour sonner « plus brillant ». Les luthiers crient à l’hérésie
puisque, par exemple la structure du violon date du 17e siècle et
que l’instrument était calculé pour donner son maximum avec un « la »
de 336, voir plus bas.
Un son seul de « East West » est une simple prise de son sans compression, la courbe est donc similaire à un enregistrement réel.
Ce qui fait la différence, c’est quand on passe d’un son à l’autre.
Dans l’exemple donné, le violoniste était seul, alors que dans « East West », il y a 11 violons (non, je n’ai pas l’oreille absolue, c’est moi qui ai fourni l’échantillon !). On remarque une courbe plus complexe sur le violon seul, ce qui est nomal car le son est plus pure que 11 violons ensemble. Sur GB, on lit bien la compression, c’est étonnant !
Idem por le MP3. Superbe démonstration de la médiocrité de cette compression.
Pour les fréquences de plus de 20’000 Herz, c’est un fait prouvé que certaines personnes les ressentent et il y a d’ailleurs une histoire assez connue : Un ingénieur du son trouvait que sa console « Neve » (ne cherchez pas, c’est trop cher pour vous !) sonnait « bizarre ».
Le patron de l’usine se déplace (à ce prix, on peut bien) et cherche…
La console délivre en fait une fréquence parasite très au-delà
de 20’000 Herz. L’ingénieur l’avait repérée… à l’oreille !
, le 14.12.2004 à 12:22
Au secours!!! c’est trop complexe vos remarques.. lol
——————————————————-
La mélodie, c’est la vie!!! (^_^)
, le 14.12.2004 à 12:36
C’est sympa pour les autres!:-)
Ouah, mais non je ne me vexe pas. NON JE NE ME VEXE PAS!
NON JE NE ME VEXE PAS!!!!
Oups, je ne dois pas claquer les portes comme ça, elles vont finir par péter…
, le 14.12.2004 à 13:30
En tout cas plus le temps passe et plus Cuk.ch montre que le monde ne s’arrête pas aux macs et ça fait bien plaisir de voir des gens qui ne s’intéressent pas qu’à leur machine mais aussi avec à ce qu’ils peuvent faire avec et mieux encore à de toutes autres choses.
, le 14.12.2004 à 13:43
Super article.
Au fait qu’en est-t-il du aac?
Oui je sais c’est la question qui tue…
Je viens de commander mon premier album sur l’itms alors je suis curieux.
, le 14.12.2004 à 13:45
Zut, pas de place pour la polémique… j’ai beau chercher, rien à redire ou à contredire… Damned !
Et si on parlait du son désagréable des 4X4…
(paf !) Ouille !
(pif !) Aï !
bon , ça va je sort !
Alexis… tous les défauts !
, le 14.12.2004 à 14:21
Moi c’est quand tu parles d’appareil photo numérique que je ne capte rien ! Alors, vengeance !! ;-)
Pigé ! Et j’ai vu grâce à toi qu’on pouvait introduire des maths dans un commentaire. Ça pourrait me servir :-)
Franck
, le 14.12.2004 à 14:56
OK, un son est une succession de pression et dépression d’un milieu ambiant, et donc ne se propage pas dans le vide puisqu’il n’y a pas de milieu ambiant à pressurer.
Mais qu’est-ce qu’ils foutent donc à Arecibo avec le programme SETI ???? Qui explique?
Super site Cuk.ch, je deviens accro!
@+
, le 14.12.2004 à 15:21
Seti se targue de capter des émissions radios dans une gamme de fréquences assez étendue en espérant que certaines de ces fréquences radios soient modulées par une intelligence extraterrestre…
Quand nous écoutons la radio ou regardons la télé dite hertzienne ou via satellite ou encore téléphonons via nos portable, le son et l’image modulent une onde radio sur une fréquence donnée.
La modulation peut être de plusieurs types : amplitude, fréquence, phase, etc, et le tout codée, cryptée, multiplexée etc.
Une moulinette transforme tout c’bazard en qqchose d’audible ou de regardable, et voilou !
De là à espérer que Seti puisse capter une fréquence modulée de manière « intelligente » à supposer que l’on fasse la différence entre un signal cahotique et un signal modulée par une intelligence extraterrestre… On peut rêver !
Le système solaire n’étant à ce jour peuplé que d’êtres intelligents connus… nous, il faut donc aller « voir » plus loin.
L’étoile la plus proche (alpha du Centaure est à 4,6 années lumières) pourrait posséder un système planétaire, l’une de ces planète pourrait réunir des conditions favorables à l’apparition de la vie, celle ci pourrait être intelligente… faudrait-il encore qu’ils se soient développés en même temps que nous…
En allant voir plus loin, (qq milliers d’années lumières), le nombre d’étoiles équivalentes augmente, et les probabilités de trouver de la vie aussi…
Mais une conversation nécessitant plusieurs milliers d’années entre chaque message risque de lasser !
(dernier pargraphe corrigé).
Alexis, tous les défauts…
, le 14.12.2004 à 15:42
Et en photo, quand le capteur ne va pas…
, le 14.12.2004 à 15:54
« Quand nous écoutons la radio ou regardons la télé dite hertzienne ou via satellite ou encore téléphonons via nos portable, le son et l’image modulent une onde radio sur une fréquence donnée. »
Donc le son qui ne se propage pas dans le vide peut se transformer en une onde qui elle se propage dans le vide?
C’est le cabot qui se la mord cette histoire!
@+
, le 14.12.2004 à 16:00
Il faut distinguer les ondes sonores des ondes électromagnétiques qui sont pas mal différentes.
D’un côté les ondes sonores sont comme l’a expliqué Fabien un ensemble de dépression et de surpression, c’est à dire qu’en fait on fait bouger des particules, pour les ondes sonores ça peut être l’air, l’eau, un métal…
Sans milieu (dans le vide donc) il n’y a plus rien à bouger donc plus d’ondes sonores.
D’un autre côté les ondes électromagnétiques elles résultent de la variation de deux champs : un champ électrique et un champ magnétique or ces champs eux vivent très bien dans le vide (c’est même ce qu’ils « préfèrent »).
Et le SETI ils analysent des ondes électromagnétiques qu’ils reçoivent avec des antennes et non avec des micros (c’est là le meilleur moyen de distinguer les deux).
Mon point de vue sur le SETI ne n’engage que moi mais ça sert vraiment rien c’est du gaspillage de temps machine qui pourrait servir à analyser les modifications du climat ou du décryptage génétique ou autre… Les chances qu’une autre forme de vie utilise les mêmes types d’ondes que nous impliquent que cette forme de vie soit vraiment très proche des hommes et avec le même niveau de développement (il y a 200 ans personne n’aurait pu nous détecter de l’extérieur avec la même méthode) si on ajoute à ça le fait qu’il faut que cette forme de vie soit pas trop loin de nous au final on obtient pas grand chose d’intéressant !
, le 14.12.2004 à 16:12
Qu’est-ce que vous êtes savants…et clair en plus! (Ah, si mes profs…)
Qui va expliquer aussi clairement pourquoi une onde se propage dans le vide? C’est vrai quoi, un caillou dans l’eau, ça fait des ondes, mais dans l’eau.
Et puis je croyais qu’une onde n’est qu’une vision partielle d’un flux de particules…
Et puis aussi qu’en physique quantique, la particule elle passe à droite ..et en même temps à gauche…
Mal à la tête, moi.
Qui a dit « chi… »
OK, je sors
@+
, le 14.12.2004 à 16:33
Marc, une onde électromagnétique c’est bêtement de la lumière. Or la lumière est composée de photons. La propagation de la lumière est donc simplement des photons qui se déplace d’un point A à un point B. Or pour qu’un object se déplace, il n’y a pas besoin de milieu, une onde électromagnétique va donc sans problème se propager dans le vide.
Ainsi, la lumière ou les ondes hertziennes se propageront dans l’espace, là ou les ondes sonores ne le pourront pas.
Pour transmettre un son via une onde hertzienne, on créé une onde hertzienne décrivant l’onde sonore (un peu comme un fichier JPEG décrit une image) et on la « stocke » (on la module) dans une onde de fréquence plus élevée pour la transmettre via des antennes. Ton poste de radio fait alors office de décodeur et va extraire l’information et la retransformer en son.
, le 14.12.2004 à 16:54
Soyons honnête là ça devient un peu complexe :
Comment une onde fait pour se propager dans le vide ?
Déjà je pense que j’ai pas assez de distance par rapport au sujet pour bien l’expliqué mais de toutes bien expliquer en détail le phénomène n’est pas vraiment une chose aisée.
Les ondes électromagnétiques sont formées d’un champ électrique et d’un champ magnétique or ces champ n’ont pas besoin de matière pour pouvoir exister.
Les champ magnétiques par exemple ça devient les boussoles et ça a lieu même dans le vide, seule la source importe, au contraire la matière peut être un frein aux champs magnétiques : par exemple si on s’amuse à déplacer un aimant sur une table avec un autre aimant placé sous la table il vaut que la table soit en bois qu’en plomb (si je me rappelle bien le plomb ça isole pas mal du magnétisme mais de toutes façons c un exemple).
Et c’est le même principe avec un champ électrique, il vit très bien dans le vide. Par exemple si on « électrise » (ouille) un peigne et qu’on attire ses cheveux avec et bien on peut faire pareil dans le vide (sauf qu’on peut plus respirer…).
Cependant on n’a pas une onde pour autant. On suite ce qu’il admettre que c’est qu’un champ magnétique variable peut entraîner un champ électrique variable et qu’un champ électrique variable peut entraîner un champ magnétique variable. Je parle là de variation dans le temps. Et c’est ici que la magie s’opère en effet, une source crée un champ électrique variable (une antenne par exemple) alors à proximité de cette antenne il se forme un champ magnétique variable qui lui même entraîne un champ électrique variable, de sorte que petit à petit il se propage cette fois un couple c’est à dire un couple de champs électrique (E) et magnétique (B).
Cette propagation (E=>B=>E=>B=>E…) est donnée par l’équation de d’Alembert.
Le dernier problème c’est pourquoi un champ magnétique variable entraîne un électrique variable (et réciproquement) là ça devient assez dur…
Voilà je sais pas si j’ai été très clair mais je suis prêt à détailler si ça vous intéresse.
, le 14.12.2004 à 17:28
Ondes radio, infrarouges (la chaleur), la lumière qui nous éclaire, les ultraviolets qui nous font bronzer (au mieux), les rayons X qui permettent au toubib de scruter notre carcasse, les rayons alpha, beta et gamma viennent finir cette suite d’ondes de fréquences plus ou moins grandes calculées en mètres, millimètres, nanomètres.
Et tout ça c’est du photon !
En bref si en faisant du ski, ébloui par le soleil, on se fait une entorse, on appelle les secours avec son portable, on se retrouve au poste à se chauffer près du radiateur électrique puis à passer une radio à l’hosto, il ne nous reste plus qu’à bronzer au soleil… et là, on aura pris du photon à toutes les sauces !!!
Alexis, tous les défauts !
, le 14.12.2004 à 17:56
« Fabien:
Marc, une onde électromagnétique c’est bêtement de la lumière. Or la lumière est composée de photons….
Pour transmettre un son via une onde hertzienne, on créé une onde hertzienne décrivant l’onde sonore (un peu comme un fichier JPEG décrit une image) »
-Waouuuu! j’adore la pédago. Fortiche.
« alec6:
…il ne nous reste plus qu’à bronzer au soleil… et là, on aura pris du photon à toutes les sauces !!! »
-C’est ce que je disais, pédago les gars.
« Ola:
Le dernier problème c’est pourquoi un champ magnétique variable entraîne un électrique variable (et réciproquement) là ça devient assez dur…
Voilà je sais pas si j’ai été très clair mais je suis prêt à détailler si ça vous intéresse. »
-oui, ça devient assez dur. Mais vous êtes tous trop là !!! Moi, je veux bien qu’on continue. (je serai moins c.. avec mes gamins).
@+ et merci.
ps: si on résume: un son ne se propage pas dans le vide mais s’y propage quand même par génération « à la mord moi le n.. » d’une perturbation electromagnétique .
ps2: un peu de pédago pour les dérivées de Fourier, Mr cadburry?
, le 14.12.2004 à 18:15
@alec6: attention, les rayons alpha et beta ne sont pas des ondes.
Les « rayons alpha » sont des noyaux d’helium, et les « rayons beta » sont des électrons ou des positons.
Ca n’a en fait rien à voir :-)
, le 14.12.2004 à 18:17
si on résume: un son ne se propage pas dans le vide mais s’y propage quand même par génération « à la mord moi le n.. » d’une perturbation electromagnétique .
C’est pas tout à fait ça, les ondes sonores ne peuvent pas se propager dans le vide. Parcontre on peut les aider on va dire en les transformant, avec par exemple des Talkie-Walkie on transforme les ondes sonores en ondes électromagnétiques, mais ça se fait pas tous seul.
C’est ce qui permet de téléphoner avec son mobile aussi.
Mais le principe de propagation que j’expliquais dans le post précédent c’est uniquement pour les ondes électromagnétiques et pas les ondes sonores. C’est deux types de propagation bien distincts.
Une onde sonore ne peut pas entraîner d’ondes électromagnétiques sans l’intervention de l’homme et d’un dispositif adéquat (micro, émetteur, antenne…) et de même pour la réciproque.
, le 14.12.2004 à 18:32
Moi j’ai toujours eu du mal à concevoir que la lumière soit à la fois « onde et matière », simultanément phénomène ondulatoire et constitué de ces particules appelées photons, et que pour couronner le tout ces photons n’avaient pas de masse. J’ai reçu le coup de grâce quand j’ai appris que De Broglie avait étendu cette dualité onde-matière à toute particule existante…
Bref, je préfère les maths ;-)
Au fait, savez-vous que c’est en étudiant les séries de Fourier qu’un nommé Georg Cantor a été conduit à élaborer la théorie des ensembles à la fin du 19ème ? Vous savez, au niveau secondaire, ça a donné les fameuses « patates » qui ont traumatisé une génération d’élèves en France… Cette théorie qui est quand même la base de toutes maths actuelles, et qui dit aussi qu' »une droite a autant de points qu’un plan » (mais ça on apprend ça à l’université, ça s’énonce autrement :-), et autres joyeusetés assez spectaculaires…
Donc faites gaffe, si vous mettez le doigt dans les séries de Fourier, ça va être l’engrenage :-)
Ce qui va réjouir les anti-maths ici, c’est que Georg Cantor a fini dans un asile de fous – entre autres parce qu’il ne supportait pas d’être incompris et persécuté par toute la communauté matheuse de l’époque…
Fin de la disgression ! J’ai encore le droit de poster après ça, dites ? :-)
, le 14.12.2004 à 18:49
« ola:
les ondes sonores ne peuvent pas se propager dans le vide. Parcontre on peut les aider on va dire en les transformant, avec par exemple des Talkie-Walkie on transforme les ondes sonores en ondes électromagnétiques, mais ça se fait pas tous seul.
C’est ce qui permet de téléphoner avec son mobile aussi. »
-Très clairement dit. Les antennes d’Arecibo sont donc le portable de la planète Terre. Mais y-a-t’il quelqu’un au bout du fil?
« Nept:
attention, les rayons alpha et beta ne sont pas des ondes.
Les « rayons alpha » sont des noyaux d’helium, et les « rayons beta » sont des électrons ou des positons. »
-C’est la fameuse dualité onde-matière du sieur Louis qui gène tant Franck?
, le 14.12.2004 à 18:58
Pour revenir sur la qualité « mathématique » d’un son, je me suis toujours demandé quels étaient les effets des formats de compressions (MP3, AAC…), des débits et des fréquences d’échantillonnage.
Par exemple, et pour être concret :
Est-il plus intéressant (dans le sens de la qualité du son) de compresser en AAC 160 kbps plutôt qu’en MP3 256 kbps ?
L’AAC en 320 kbps est-il « comparable » à la qualité CD ?
Le format WAV est-il réellement inférieur à l’AAC ?
L’idée serait d’obtenir le meilleur compromis qualité/taille (idéalement, en fonction de l’usage : baladeur, autoradio, chaîne Hi-Fi… et de la musique : classique, pop, techno…).
A mon avis, c’est assez compliqué, mais bon…
, le 14.12.2004 à 18:58
Marc, ce n’est pas tant cette dualité que ma difficulté à la concevoir dans mon imparfaite cervelle :-)
, le 14.12.2004 à 19:00
bon, tout le monde se fout du aac alors…
, le 14.12.2004 à 19:07
Marc2004: Non, ce n’est pas la même.
Les alpha et beta, c’est purement de la matière, même si elle a aussi de l’énergie.
Les gamma, lumières et autres, c’est de l’électromagnétique et eux ont l’immense chance de bénéficier de cette dualité leur permettant d’être à la fois énergie et matière.
Mais comme dirait notre ami Albert, de toutes façons, l’énergie et la matière, c’est la même chose.
Ca devient compliqué aujourd’hui :-)
, le 14.12.2004 à 19:08
« Franck:
Marc, ce n’est pas tant cette dualité que ma difficulté à la concevoir »
Certes, et vous n’etes pas le seul ! Et la physique quantique alors !!!!
Pour moi c’est plus la fonction onde qui est difficile à concevoir. La version corpusculaire me convient assez bien, la fonction « statistique » de la mécanique quantique aussi. l’Onde…..ça fait un peu philo !
Mais je trouve qu’au cours de ces échanges, des explications très didactiques, très pédagogiques ont été fournies.
C’est ça le plus magique: 2 ou 3 lignes qui font comprendre tout un bouquin… Et il y en a eu plus que 2 ou 3 lignes depuis ce matin.
bravo la Suisse.
, le 14.12.2004 à 19:23
Nept !
M… ! j’ai dit une C…rie !!
Mais alors, après les rayons X, à des fréquences plus élevées, donc des longueurs d’ondes plus courtes, que trouve-t-on ?
Alexis, tous les défauts !
, le 14.12.2004 à 19:25
parait que le aac bouzille moins les aigus que le mp3 déjà.
, le 14.12.2004 à 19:50
Il paraît, oui. Mais il fait l’inverse avec les basses.
, le 14.12.2004 à 21:04
Magnifique, Fabien! Magistral! Tu es fait pour l’enseignement!
Pour célébrer ce bijou de vulgarisation scientifique, je propose d’écouter le Prélude et Fugue BWV 532 de Jean-Sébastien Bach! … en mp3 (dans ce cas, je trouve que ce n’est pas si mal…)
, le 14.12.2004 à 21:21
Faisons un point sur la compression audio d’abord les algo de compression moderne ne se contente pas de faire un filtre passe bas c’est tout de même plus fin.
En fait le principe est le suivant à des moments il y a des sons qui en couvrent d’autres quand vous parlez à quelqu’un en boîte de nuit la musique a tendance a couvrir un peu ce que vous dîtes et bien là un peu pareil.
Il y a des moments où on va coder des sons qu’on entend peu parce qu’ils sont un peu couverts par d’autres. Evidemment s’ils sont sur l’enregistrement c’est qu’ils étaient forcément pas inutiles me direz vous et bien c’est en partie vrai en partie faux.
En partie vrai vous le comprenez vous-même, voyons la partie fausse.
Lors d’un enregistrement on place un micro par instrument en gros, résultat même si à un moment la contre basse fait beaucoup de bruit et couvre le violon pour un auditeur placé dans la salle le micro du violon enregistre quand même le violon. Au mixage il en réside évidemment qu’on entend toujours plus la contrebasse mais il reste des harmoniques faibles du violon à coder même si elles sont peu audibles. En effet l’oreille ne peut discerner trop de son à la fois (ça dépend des oreilles d’ailleurs). Pareil pour les échantillons électroniques utilisés pour la musique électronique ils sont enregistrés indépendemment les uns des autres.
Il s’ajoute à cela que bcp d’installations audio ne sont pas capables de retranscrire avec une grande qualité les extrêmes du spectre.
Que faut-il conclure ?
Qu’on perd quand même forcément des informations et qu’au bout d’un moment ça devient forcément audible, il faut déterminer le moment où c gênant et ça ça dépend de son oreille, de son goût pour la musique et de son installation audio.
Pour faire son choix rappelons que la qualité CD c’est un échantillonage sur 16bits et à 44100Hz sans compression, et en rippant un CD on peut maintenir cette qualité avec des fichiers WAVE ou AIIF qui n’applique pas de compression.
On peut aussi maintenir cette qualité avec l’Apple LossLess qui est une compression sans perte c’est à dire que c’est uniquement des maths (factorisations et autres…) c’est comme une compression ZIP mais ciblée audio, il y a aussi les fichiers FLAC sur le même principe.
Ensuite il y a les algo de compressions à perte : mp3, aac, ogg vorbis, wma.
A partir de là il faut déterminer son seuil : on peut réfuser dès le départ d’utiliser ses algos par principe et par respect de la musique mais un vinyle raillé c’est pas mieux.
On peut dire que les deux meilleurs algo sont l’AAC et l’ogg Vorbis actuellement dans cette catégorie avec une quasi égalité du moment qu’on utilise l’algo d’Apple pour l’AAC (qui est renommé comme très bon).
Ensuite il faut voir le débit en ayant ceci à l’idée :
une étude a été faîte auprès de gens qui se plaignaient de la qualité des fichiers mp3, on leur a fait écouter des mp3 à 160kbps VBR LAME et les originaux : 80% se tromper régulièrement et donc n’étaient pas vraiment capable de faire la différence entre les deux. Sur une population normale ça fait donc plutôt du 90-95%
En conclusion un fichier AAC en 160 (voire 256) kbps convient à pas mal de monde et surtout à pas mal d’usage car c’est là l’élément majeur. Si c’est pour utiliser vos fichiers avec les enceintes de votre ordi ou même en reliant votre ordi à votre chaîne aussi bonne soit-elle ne vous gênez pas ça devrait suffire (les sorties audios des macs sans carte son ne sont pas de bonnes qualité).
Ensuite si l’AAC est un archivage dans l’optique de graver des CDs pour votre chaîne de salon qui est bonne le problème est différent. (De même si vous utilisez une carte son ou une sortie optique).
Pour terminer je dirais que toutes les oreilles sont différentes et que de telles généralisations sont un peu gênantes mais il faut remettre les choses à leur place : bien souvent les gens qui critiquent l’AAC, ou autres, écoutent leur fichiers sur des installations de mauvaises qualités sur lesquelles il n’est pas vraiment possible de faire la différence (typiquement les enceintes de leur ordinateurs).
Voilà j’ai été un peu long, et en plus c’est critiquable mais bon je pense qu’il faut rappeler certaines choses.
(je regrette de pas avoir retrouvé le site pour l’étude du labo anglais le 80% il faut un peu tombé du ciel mais pourtant il est pas de moi).
, le 14.12.2004 à 23:09
Merci Fabien,
comme c’est bon un petit rafraîchissement, même en physique. Et merci à tous pour leurs enrichissements.
J’ai notamment été bluffé par le MP3 proposé par Caplan, il faut dire que j’avais lu que c’était du midi !
Pour en revenir au maths, c’est quoi « la fonction doit être C1 par morceaux » ? Soit cela n’existait pas il y a 30 ans, soit j’ai oublié ou encore cela s’appelait autrement. Par amitié pour les autres membres de cuk.ch, il n’est pas nécessaire de répondre à cette question autrement que par un lien ou une référence ;-)
Encore un point, une onde est un outil mathématique, une idée, un concept que l’on applique à différentes choses. Cela nous permet de faire des calculs analogues sur des phénomènes physiques divers. Donc dire « l’onde se déplace » est une facilité de langage qu’il ne faut pas prendre à la lettre. Ce qui se déplace (ou non) c’est une vague, un son ou une perturbation électromagnétique et là il est plus facile de comprendre pourquoi la possibilité de déplacement dépend du milieu.
Ah encore un truc, la plupart des phénomènes que l’on calcule grâce aux ondes ne s’accompagnent pas de déplacement de matière – le son qui naît dans un violon ne se déplace pas jusqu’à nos oreilles avec les molécules d’air qui étaient dans le violon à ce moment là !
Promis j’arrête, d’ailleurs vous dormez déjà tous.
Bonne nuit
borelek = 5.1 planètes (la honte)
, le 14.12.2004 à 23:58
Google est mon ami ;-)
Voici les fonctions C1 par morceaux, et plus encore concernant les séries de Fourier :
http://c.caignaert.free.fr/chapitre12/node1.html#SECTION00011000000000000000
C’est la définition standard (en tout cas telle que je l’ai apprise à l’université.
, le 15.12.2004 à 07:48
dans le jargon c’est ce qu’on appelle se faire rtfmiser (Read This Fucking Manual)
merci franck, pour le lien que mon Google à moi n’a pas trouvé ;-)
hum
ce C1 ça ne voudrait pas dire « continue » par hasard ? y a-t-il des applications de classe C2 ?
Oui, oui, Ok, compris je vais voir sur Google.
Et même je vais faire un test de Fast DVD Copy 3. car en fait ce qui me dérange quand je lis un DVD sur mon Macintosh, c’est le bruit du lecteur, j’espère qu’on peut faire une copie sur le disque dur.
Oui, oui, Ok, compris je vais lire l’article de François, faire le test et discuter après.
borelek = 5.1 planètes (la honte)
, le 15.12.2004 à 13:03
magistral,
merci à Fabien et tous les autres