Un tutoriel sur les signaux sonores (unplug).

Description.

Cette applete permet de visualiser l'évolution temporelle et le contenu fréquentiel des graves aux aigus (le spectre) d'un son, d'une parole, d'un extrait musical ou d'un signal sonore numérique.
L'analyse s'effectue en temps réel. Dès l'ouverture de l'application on peut visualiser les sons émis par soi-même ou dans l'environnement grâce à la captation par microphone. L'application permet également de générer des signaux numériques (sinusoïde, signaux carrés et scie, bruit), pour en observer le spectre. Finalement on peut lancer des enregistrements (musicaux ou autres), et en visualiser les représentations temporelles et fréquentielles.

Objectif.

Le but de ce tutoriel est d'expérimenter avec des sons. Le son est une somme de signaux périodiques, des sinusoides. Nous allons les observer et en manipuler. Il suffit d'utiliser l'interface à partir des boutons.

Introduction.

  1. La notion de signal périodique.

    Une note est une vibration de l'air comme détaillé ici (bien lire le document avant de commencer). Un son se mesure en Hertz (Hz), et correspond au nombre de battements de la vibration par seconde. Les sons les plus graves que l'oreille humaine puisse entendre correspondent à une vibration de 20Hz (20 battements par seconde), tandis que les plus aigus sont de 20 000Hz. Les ultrasons, littéralement "au delà du son", correspondent à des sons que notre oreille ne peut percevoir mais qui peuvent être captés par des animaux tels que les chiens ou les chauve-souris.
    La voix humaine vibre principalement entre 100 et 3000Hz.
    Voir aussi un document sur la numérisation du son.

Travail proposé.

  1. Observer la forme des sons.

    La fenêtre qui s'affiche s'anime en fonction des sons/bruits qu'elle capture grâce au microphone de l'ordinateur. Les sons sont retranscrits en terme d'amplitude en fonction du temps (partie haute de l'interface) mais aussi analysés en terme de contenu fréquentiel, autrement dit, le système retranscrit la richesse des sons en terme de fréquences, ici contenus entre 20 et 8000Hz. On appelle aussi le contenu fréquentiel, le spectre des fréquences.
    • Parler, siffler, émetter un son en fermant la bouche, et observer le contenu temporel et fréquentiel qui s'affichent. Noter les différences. A quoi cela est dû à votre avis? Réfléchir sur la notion de source sonore.
    • L'interface permet également de générer des signaux numériques (sinusoïde, signaux carrés et scie, bruit). Observer le signal temporel et le spectre qui s'affichent. Les comparer.
    • Enfin, l'interface permet de jouer des enregistrements (musicaux ou autres). Comparer les représentations temporelles et fréquentielles des enregistrements entre eux, puis par rapport aux signaux numériques. Quelles sont les différences des signaux (fréquence(s), cadence, etc..)?
  2. Faire un audiogramme.

    Nous allons évaluer l'audiogramme humain c'est à dire notre seuil de détection d'un son selon sa fréquence.
    • Se mettre à deux: le sujet dont on va mesurer l'audiogramme et l'expérimentateur qui va faire les mesures.
    • Se mettre dans un coin calme (le groupe devra faire silence le temps des mesures) et utiliser un casque audio. Le sujet écoute les sons et lève la main quand il détecte un son audible, baisse la main quand il n'entend plus rien. L'expérimentateur va utiliser l'interface pour proposé plusieurs sons. Pour les fréquences d'environ 100Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz, avec un sinusoïde, partir de l'amplitude la plus basse et monter doucement jusqu'à ce que le sujet lève la main, noter le niveau; refaire le test 4-5 fois pour chaque fréquence. Porter les résultats sur une courbe. Comparer à des exemples d'audiogramme de personnes jeunes ou agées à trouver en utilisant google . Quelles sont les fréquences que l'on entend mal en vieillissant ?
    • Avez vous ressenti des sensations différentes selon les fréquences perçues? Cela est relatif à la psycho-acoustique: certaines fréquences nous semblent plus désagréables que d'autres, en particulier les sons très aigus.
    • Il faut savoir que si on est exposé à des sons trop intenses . . on dégrade définitivement son système auditif !!! Les musiciens des groupes de Rock, par exemple, utilisent des "boules quiez" pour atténuer les sons quand ils répètent. Par ailleurs, les jeunes des pays scandinaves glissent souvent des atténuateurs sonores dans leurs oreilles lorsqu'ils assistent à des concerts...sans perdre pour autant le plaisir de l'événement! Et d'aileurs, une petite question: quelles sont fréquences les plus atténuées par les boules quiez..?
  3. Tester les réverbérations des sons.

    Nous allons évaluer comment se réverbère le son selon l'environnement.
    Avant l'activité, trouver une boite en carton, des cartons à oeufs ou quelque chose qui ressemble à du coton, une plaque métallique ou de plexiglas, etc.. bref des matériaux qui réverbèrent le son différemment.
    En insérant le haut parleur de l'ordinateur dans ces differents volumes (boite en carton avec coton, salle d'eau avec carrelage, etc..) jouer des sons/musiques et écouter les différents rendus. Utiliser ensuite l'interface pour observer les différentes fréquences du son selon le milieu où il se propage.