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Les effets audionumériques
Tout a commencé avec les effets analogiques dont l'usage était réservé aux studios d'enregistrement ou de radio. Dans les années 80, l'arrivée de l'ordinateur et des effets audionumériques a permis de développer des matériels et des logiciels très performants que chacun peut désormais utiliser dans son Home Studio. Aujourd'hui les effets audionumériques s'utilisent dans tois grands contextes :
la chaîne d'acquisition : le son est numérisé puis amplifié, normalisé ou compressé avant stockage ou diffusion
la chaîne de diffusion : le son est modifié pour répondre à des critères particuliers (égalisation)
le studio : le son est modelé afin de produire un enregistrement finalisé en vue de sa commercialisation.Les techniques de traitement du signal sonore numérique fournissent un ensemble d'algorithmes permettant de transformer le son. Ces transformations sont appliquées à la dynamique, la durée, la hauteur, la spatialisation ou le timbre du son. Le contrôle de certains paramètres de l'algorithme se réalise à l'aide de contrôleurs réels comme des potentiomètres sur des équipements de studio , ou par les interfaces graphiques des logiciels.
Voici le tableau des principaux effets audionumériques
Paramètre modifié
Nom de l'effet
Dynamique
Durée
Hauteur
Espace
Timbre
Temps réel
Nous n'aborderons ici que la description de quelques effets
1 - LE CONTROLE DE LA DYNAMIQUE
1.1- Le noise gate ou porte de bruit
Voici un traitement agissant sur la dynamique. En fonction du niveau sonore constaté, le noise gate peut soit couper complètement le signal entrant lorsque le niveau est trop faible, soit le laisser inchangé. Tous les passages inférieurs à une valeur donnée seront donc écrasés.
Principe : Le système détecte le niveau du signal d'entrée et le compare au seuil fixé (threshold). Si le niveau détecté est en dessous du seuil, il diminue le gain dans une proportion donnée (ratio). Si ce niveau est au dessus du seuil, le gain est de 1, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'amplification, le signal de sortie est égal au signal d'entrée.
Application : permet d'atténuer la nuisance des bruits (bruit souffle, bruit d'enregistrement, craquements) qui apparaissent avec des volumes très faibles ou en présence de blancs. La porte de bruit permet, suivant les paramétrages, d'obtenir un effet haché ou d'isoler un élément sonore (un instrument par exemple). Ce réducteur de bruit couperait de manière très violente le son de toute note redescendant lentement vers son niveau zéro s'il ne disposait pas d'un réglage du temps d'attaque et de relâchement (attack time et release time). La musicalité s'en trouve ainsi améliorée car la queue des notes n'est plus coupée !
1.2 - Le compresseur
Principe : Le compresseur est un amplificateur à gain variable. Tout comme pour le noise gate, le système détecte le niveau du signal d'entrée et le compare au seuil fixé (threshold). Si le niveau détecté est au dessus du seuil, il diminue automatiquement le gain dans une proportion donnée (taux de compression ou ratio). Notons que les niveaux faibles ne sont pas amplifiés car il faudrait un second module de détection de seuil. En fait le système donne l'illusion d'une amplification par un second étage de gain qui ajuste le niveau de sortie.
Aplication : En studio, cette technique permet d'éviter le débordement de certains signaux sur les pistes voisines. Il arrive en effet qu'une magnétisation importante d'une piste déborde sur une piste adjacente en la magnétisant partiellement.
La compression pourra être utilisée sur des lignes de chants ou des percussions (Techno, House). Globalement, le son apparaîtra beaucoup plus fort. Les stations de radiodiffusion FM ainsi que les chaînes de télévision l'utilisent couramment dans les spots publicitaires !
1.3 - Le limiteur
Les fonctions du limiteur sont très proches de celles du compresseur. La principale différence : le seuil est déterminé par la valeur maximale du signal à modifier. Le limiteur permet d'éviter les distorsions sur les équipements analogiques ou numériques dont les entrées reçoivent des signaux de niveau maximal.
1.4 - L'expandeur
Sa fonction est l'inverse de la compression. L'expansion permet d'augmenter l'amplitude dynamique d'un signal audio. Cette fonction permet par exemple de souligner certains éléments sonores sans toutefois modifier la dynamique d'ensemble.
1.5 - La normalisation
La normalisation consisite à appliquer un gain à un signal de sorte que son niveau maximal soit de 0 dB. Elle se réalise hors temps réel. On calcule le maximum (M) de la valeur absolue du signal x(n) puis on divise la valeur de chaque échantillon par ce maximum. Soit x(n) le signal à normaliser, le signal normalisé sera égal à y(n) = x(n) / M
1.6 - Le fade-in, fade-out et crossfade
Ces techniques permettent d'éviter l'apparition ou la disparition trop brusque d'un son. Le fade-in consiste donc à monter progressivement le volume sonore de 0 jusqu'au niveau nominal dans un intervalle de temps paramétrable. On évite ainsi que le son ne brise trop brusquement le silence. Le fade-out opère à l'inverse en réduisant progressivement le volume sonore depuis son niveau nominal jusqu'à 0. Le crossfade est en fait un fondu enchaîné qui permet de mixer 2 sources sonores. Il permet de passer de l'une à l'autre en gardant approximativement le même volume sonore.
2 - LES EFFETS TEMPORELS
2.1 - Le chorus
Principe : Effet qui consiste à prélever une partie du signal d'origine, en lui appliquant un léger retard, puis à modifier sa tonalité.
Utilisation : Le chorus permet de créer l'impression d'un choeur à partir d'une seule voix ou de simuler plusieurs instruments jouant simultanément le même morceau. Cette particularité permet aussi de l'utiliser pour corriger des sons un peu plats en augmentant leur épaisseur .
2.2 - L'harmoniseur
Cet effet permet de démultiplier un échantillon en modifiant sa tonalité sans en changer la durée. On obtient alors un accord harmonique à partir d'une seule source sonore.
2.3 - La réverbération
Pour aborder cet effet , il est nécessaire de s'intéresser un peu à l'acoustique architecturale. Elle consiste à la fois à protéger un local contre les perturbations sonores provenant de l'extérieur (isolation phonique) et à corriger ses caractéristiques acoustiques (acoustique interne) permettant de créer une ambiance optimale pour l'utilisation choisie (enregistrement, concert, théâtre, discothèque).
Une onde sonore émise dans une salle se propage dans toutes les directions à la vitesse de 340 m/s. Elle rencontre rapidement le plafond, les murs et le sol. Selon la nature de ces surfaces, une fraction de l'énergie acoustique est absorbée et le reste est réfléchi. Ainsi, tous les matériaux sont caractérisés par un coefficient d'absorption propre , suivant qu'ils absorbent plus ou moins l'énergie (rapport de l'énergie absorbée à l'énergie incidente). Ces réflexions s'atténuent dans le temps en fonction des dimensions de la pièce, de la localisation de la source sonore et de la nature des surfaces rencontrées. Des murs nus (par exemple en béton) ne réagiront pas de la même manière que s'ils étaient recouverts par des revêtements absorbants (moquette, liège, panneaux absorbants...)
La réalisation d'un studio doit suivre ces règles. Les pièces sont parfaitement insonorisées et de doivent pas générer de réflexions des ondes sonores produites. Mais l'insonorisation vise aussi à protéger la tranquillité des voisins !
Ce n'est qu'après la phase d'enregistrement d'une source sonore que les effets de réverbérations peuvent être appliqués. Ils permettent de simuler un espace acoustique naturel. Ils sont souvent utilisés pour simuler l'ambiance sonore d'un milieu particulier (effet de salle, petite pièce, gare, parking, cathédrale), mais aussi pour donner de l'ampleur à une source un peu "plate", pour allonger un son, supprimer certains défauts, ou enfin pour "fondre" un son dans une ambiance sonore.
Un effet de "réverb" est donc caractérisé par les dimensions des surfaces rencontrées, le niveau sonore, les fréquences dominantes, la position des sources, les matériaux employés, le morcellement des panneaux absorbants... Ces données permettent le calcul du temps de réverbération d'un local. Les premières lois d'acoustique architecturale ont été énoncées par Sabine, physicien américain, dès 1900. Aujourd'hui, ces lois ne donnent qu'une approximation. Par des retouches ultérieures, prenant en compte des facteurs complémentaires aux données de base utilisées dans la formule, on affine le calcul.
Pour info, voici la formule de Sabine permettant le calcul du temps de réverbération d'une salle :
T = 0.16 . V / a moy .S
T = temps de réverbération - V = volume de la salle en m3 - a moy = coefficient d'absorption moyen de la salle et S = surface de lasalle en m2
Ces courbes, d'après R. Lamoral, donnent le temps de réverbération à 1000 Hz en fonction du volume de la salle. Les traits pleins correspondent à l'écoute directe, à l'enregistrement ou à la retransmission stéréophonique et les pointillés à l'enregistrement ou à la retransmission monophonique
2.4 - Le delai (delay)
Principe : La modélisation du delai (delay) est assez simple. Le signal retardé avec volume réglable est additionné au signal entrant. On entend en sortie le son original suivi d'une répétition .
Delay time : Temps de retard à appliquer. Celui-ci peut aller jusqu'à plusieurs secondes mais il est rare de dépasser 2 secondes. Delay level : Volume du signal retard
Utilisation : Le delai est utilisé pour simuler la stéréophonie ou mettre en valeur un instrument ou une voix. Que se passe-t-il si l'on fait varier le temps de délai ? En dessous de 50 ms l'oreille humaine ne perçoit pas de retard mais le son semble plus ample (effet de doubling). Au delà de 50 ms l'oreille perçoit le retard et jusqu'à 150 ms la répétition suit immédiatement la note originale (slap back). Une dernière utilisation, de loin la plus employée : il s'agit de régler le temps de délai sur une figure rythmique de type noire, croche ... L'effet est garanti !
Voici pour le tempo 60 les valeurs du temps de délai en fonction de la figure rythmique. Il sera facile de déterminer le délai dont vous aurez besoin par un simple calcul
2.5 - L'écho
Comme son nom l'indique, il génère la répétition du son original. L'amplitude de chaque écho décroît progressivement (ratio) pour donner un effet d'atténuation. L'utilisation d'un "delay" très court (1 ms) permet d'obtenir des effets "feed-back" intéressants.
L'écho est calqué sur le phénomène acoustique naturel présent dans les zones montagneuses. Nous avons tous vu à quoi ressemble l"écho des montagnes"... Cet effet est très largement employé pour le traitement des voix intégrées dans les Mix actuels.
2.6 - La chambre d'écho
Elle permet de positionner 2 micros (nos 2 oreilles !) dans un espace déterminé pour simuler des espaces sonores. Ses paramétrages permettent d'agir :
- sur l'éloignement des micros
- sur les dimensions de la pièce à recréer
- sur les coefficients de réflexion (murs, sols, plafond)
On retrouve ainsi les caractéristiques d'une pièce au murs nus ou l'atmosphère feutrée d'un espace occupé (personnes, meubles, moquette).
3 - LES EFFETS FREQUENTIEL
3.1 - L'équaliseur, égaliseur
C'est un dispositif constitué de filtres permettant d'amplifier ou d'atténuer sélectivement des gammes de fréquences du spectre audio. De nombreux équipements HIFI en sont dotés. Dans le domaine professionnel un équaliseur permet de corriger les "défauts acoustiques" d'une salle en supprimant certaines résonances ou les colorations induites sur le son (architecture de la salle, revêtements).
3.2 - Le flanger
Le flanger permet de colorer un son en sommant deux versions déphasées d'un même signal. On attribue ce procédé aux DJs qui tentaient de synchroniser deux disques vinyles identiques sur des platines différentes. Pour des raisons mécaniques, la synchronisation parfaite des deux platines n'était pas possible et de plus, les vitesses de rotation n'étaient pas stables. Le résultat du mixage donnait un son très intéressant. La légende attribue aussi cette technique à John Lennon et à son ingénieur du son qui opéraient comme suit : La source sonore était enregistrée sur deux magnétophones en monitoring en prenant soin de faire varier la vitesse de l'un des deux magnétos. Il en résultait un effet très caractéristique de "rotation " qui fut très apprécié des groupes "Pop-Rock" dans les années 70, en particulier pour le traitement des pistes de batterie et de percussions.
Aujourd'hui, la manipulation de quelques paramètres permet d'obtenir l'effet de flanging beaucoup plus aisément !
3.3 - Le vocoder
Le vocoder était un dispositif initialement prévu pour coder puis re-synthétiser la voix afin d'en assurer une transmission efficace. Les premiers systèmes étaient loin d'être parfaits et donnaient à la voix une texture plutôt "robotisée". Quelle découverte, mais surtout que d'applications dans le domaine musical ! Cet effet est très utilisé dans les Mix intégrant des samples vocaux.3.4 - L'enhancer
Bien qu'ils soient commercialisés sous le même nom, ces appareils peuvent faire intervenir des technologies bien différentes. Le premier principe, très répandu, consiste à générer des harmoniques en multipliant des fréquences existantes pour renforcer la partie aigüe du signal. Puis on applique un peu de distorsion et on ajoute le signal obtenu au signal original. L'autre principe consiste à corriger la dynamique sans création de fréquences. On quantifie le niveau des aigus et en dessous d'un certain seuil, on rajoute au signal original sa partie aigüe amplifiée et filtrée pour ne pas récupérer trop de souffle. Dans le domaine de la restauration de documents sonores, ce système est particulièrement efficace pour redonner de la brillance à un son sans éclat. Les instruments sont ainsi mieux définis.
3.5 - L'exciter
Cet effet ajoute de la brillance au son par un jeu subtil sur les phases
Dans le même esprit, certains effets ont pour vocation de gonfler les basses d'un enregistrement audio. Ils se révèlent très utiles pour redonner de la consistance à un sample qui manque de graves, mais on peut également l'employer pour souligner le boum d'une grosse caisse rap ou accentuer les infrabasses d'une bassline techno.
4 - AUTRES EFFETS ET TRAITEMENTS
4.1 - Le time-stretching
Cette fonction permet de faire varier la longueur d'un échantillon sans changer sa tonalité. Cela permet de modifier le rythme initial d'un sample en faisant varier son BPM (Beats Per Minute). Néanmoins, elle n'agit que dans un domaine relativement restreint. Si le passage de 110 à 120 BPM ne pose aucun problème, le résultat d'une variation de 60 à 180 BPM peut réserver quelques surprises. Les trackers (logiciels plus ou moins évolués permettant de mixer des pistes audio sur lesquelles on a placé des échantillons sonores) offrent presque tous cette possibilité permettant d'harmoniser des samples ayant un tempo différent.4.2 - Le pitch-shifting
Le "Pitch Shifting" agit à l'inverse du "Time Streching". On fait varier la tonalité d'un échantillon sans changer sa durée.
5 - CONCLUSION
Les logiciels de traitement audio offrent, en version standard, des effets intéressants que l'on pourra tester. Mais un
emploi exagéré aura plutôt tendance à écraser le son. Donc prudence et modération dans vos choix et vos réglages !
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