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Cours de son
" Les Techniques générales de prises de son " :
- Présentation du son,
- Rappel de la composition d'une onde sonore,
- Harmoniques,
- Numérisation,
- Principaux formats numériques,
- Transmission des signaux avec et sans fil,
- Initiation à la prise de son,
- Techniques de prise de son simple,
- Pratique de prise de son simple (reportage) en cabine, en extérieur, en intérieur,
- Pratique de prise de son en reportage /documentaire,
- Situations à risque et prise de son discréte,
- Initiation au montage son, reportage, commentaire, pastille,
- Conversion, transmission ou diffusion par et pour différents media.
" Les techniques de prise de son avancées et multicanal " :
- Technique d'enregistrement, mixage, multipiste.
- Transmission de nombreux signaux avec et sans fil.
- Stéréophonie
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- O.R.T.F.
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- MS (Middle Side)
- Haute fidelité (Hi-Fi)
- O.C.T (Optimized Cardïoïd Triangle)
- INA3 (Ideale Nieren Anordnung : configuration idéale de cardioïdes)
- I.R.T. (Croix Microphoniques)
- Carré Hamasaki
- 5.1 suround
- Prise de son Binaurale
- Ambisonic ou 360°(soundfield) et VR réalité virtuelle
- Double MS (Avant Arriére)
- Holophonique Chaponnay
- Prise de son DSD haute résolution
Janvier 2017
Son :
Nous percevons un son comme la résultante mécanique issu de la mise en vibration de molécules, entre une source sonore, à travers un support dense homogéne ou pas, solide, liquide ou gazeux et jusqu'à un récépteur (notre oreille). La variation de la pression de l'air (média de référence pour nous), par rapport à une valeur constante, ayant lieux à intervalles réguliers et durant un certain laps de temps, sera defini comme un son. De façon tout à fait mécanique, ces vibrations se transmettent de molécules en molécules : c'est-à-dire qu'elles se rapprochent et s'éloignent de façon plus ou moins régulière. Ceci crée des zones de pression et de dépression qui sont caractérisables par plusieurs de ses propriétés : vitesse (ou célérité), longueur d'onde, fréquence (définisant sa hauteur en musique), période, intensité (ou amplitude), timbre, etc. . Les bruits que l'on appelle sons partiels comme les claquements, chocs, crissements, sont composés de son trop complexes pour avoir des caractéristiques facilement déterminables, ce sont des superpositions d'ondes de différentes fréquences sans rapport entre elles.
- Microphone -
Le microphone est l'élément primordial de la prise de son, il est incontournable à tout enregistrement de son.Un bon micro, fiable, solide et adapté à notre usage est une absolue necessité à notre activité.Une prise de son avec un micro défaillant, par mes-emploi ou par manque de qualité est plus que très compliqué à rattraper voir impossible, même avec la meilleure des consoles de mixage, les meilleurs traitements de son et le meilleurs monteur son…
Plusieurs types de micro différents existent, utilisant plusieurs technologies et techniques répondant à l'immense palette de nos besoins de chef opérateur son.Nos micros sont tous des transducteurs qui transforment l’énergie vibratoire en énergie électrique.
Un haut-parleur est le transducteur inverse du microphone.
TECHNOLOGIES
électrodynamiques
Les micros dynamiques sont de technologies simple et passive.
La membrane métalisée (ou encore diaphragme) va capter les vibrations de l’air, et entrer en vibration synchrone avec celles-ci, le déplacement de la membrane a proximité d'une bobine métallique placée dans le champ magnétique de l’aimant, va crée des perturbations dans le champ magnétique de l’aimant permanent, fixé au corps du micro.La loi de Lenz-Faraday s'applique et chacune de ces variation de flux magnétique induit un courant électrique induit aux bornes de la bobine et peut donc être récupéré.
- microphone dynamique
Le poids, la flexibilité et l’élasticité de l’équipage mobile d’un micro dynamique conditionne sa qualité sensible sur le rendu des transitoires d’attaque, et le rendement de niveau de sortie.
Les micros dynamiques tel les Beyerdynamic M88, ont une sensibilité faible et un signal de sortie faible. Il est impératif d'avoir de très bon pré-ampli pour exploiter ce signal.Ces micros sont très robustes et tolèrent les chocs et de très hauts niveaux sonores.
Il sont également très utilisés en studio d’enregistrement, notamment pour la prise de batterie et pour tout instrument dégageant une forte pression sonore.Leur courbe de réponse n'est pas linéaire, chaque micro posséde sa propre réponse en fréquence et leur performance dans les fréquences aigües est moins bonne. Le rendu d’un micro dynamique est moins « naturel » et « fidèle » qu’un micro électrostatique par rapport au son réel de la source, ceci donne une couleur particulière au son. Ce micro est très abordable comparé aux micros électrostatiques.Attention ces microphones sont très sensibles au fortes variations de pressions (dépression d'altitude, artillerie, coup de feu.
électrostatique
- microphone à condensateur ou électrostatique ou statique
Dans un micro à condensateur, la membrane est l'une des deux électrodes, l’autre étant fixe. La moindre vibration engendre une pression à la surface de la membrane qui va se déplacer et modifier la distance entre la membrane et l’électrode fixe.Une partie électronique se charge de transformer les variations de capacité en courant électrique.
L'électronique et la polarisation de la membrane nécessite une « alimentation fantôme » sous 110V, 48V « phantom » ou 12V « Tuschel ».
micro électrostatique
La partie mobile est légère, seule la membrane est mobile et autorise un bon rendu des transitoires et des fréquences aigües, ainsi qu'une sensibilité et un rendement important donnant un niveaux de sortie fort. Le son est plus fidèle qu’avec un micro dynamique, la bande passante est étendue et à peu près linéaires sur la partie audible (20Hz-20000Hz). Leur domaine d’application est largetrès polyvalent autant en prise de proximité qu’en ambiance.
Neumann, Sanken, Sennheiser, Schoeps, DPA, fabrique des micro statiques, ils sont très sensibles au chocs, au vent et aux fortes pressions sonores qui peut facilement les endommager. Il sont difficiles d'emploi en extérieur sans protection et équipement adéquat.Cette technologie est couteuse.
- microphones à Electret
C'est un micro à condensateur avec une membrane à polarisation permanente. La polarisation de la membrane s’atténue après plusieurs années, il arrivera fatalement un moment où il faudra la changer. Une source d’alimentation en 48V phantom ou 1,5 Volts ou autres tensions continus est necessaire pour ses composants électroniques.
Ces micros ont des couts de fabrication faibles et sont orienté a destination du grand public.
- micros à ruban
Les micros à ruban sont les ancêtres des micros dynamiques. Le ruban polarisé placé dans le champ magnétique d’un aimant joue les deux rôles de membrane et de bobine. Sa vibration induit directement un courant électrique aux bornes de la membranes.
micro à ruban
Les aigües très doux de ce microphone souffre d’un très faible niveau de sortie et nécessite de très bon préamplificateur, extrêmement sensible aux chocs, au vent et aux surpressions acoustiques, il peut être difficile d'emploi en extérieur surtout lors d'intempérie. Moins utilisé depuis les années 80, ils donnent de très bons résultats en condition difficile avec de fortes dynamiques brutales (claquement de portières, moteurs, intérieur d'hélicoptères,...)
Beyerdynamics est connu pour ces deux modèles M160 ou M220
- microphone à zone de pression ou piezzo
Ces micros sont donc composés d’une plaque plus ou moins grande (plus elle est grande, plus la réponse en fréquence du micro sera étendue et linéaire dans les fréquences graves) et d’un capteur, généralement électrostatique.A l’immédiate proximité d’une surface on observe une surpression, ce renforcement sonore d'environ 6dB par rapport à un micro placé dans l’air, avec un fort renforcement des fréquences basses. Ceci rend précieux par sa discrétion pour la prise de voix d'homme (prêtre à l'autel), piano ou grosse caisse et est très utilisé au cinéma, en télévisons.
le PZM Crown est le plus connus.Capteurs et directivités induites
La caractéristiques primordiale d'un micro est sa directivité qui a un rôle essentiel dans le résultat sonore final. Cette directivité découle du capteur.
< h2>Le capteur à pression
Le capteur à pression est constitué d’une membrane placée sur une cavité fermée, seule la face extérieure de la membrane reçoit les vibrations sonores.
Capteur à pression
La cavité et l’extérieur sont maintenus à l'équilibre de pression par un évent. Seule, les vibrations acoustiques provoque un mouvement de la membrane.Dans la pratique ce type de capteur reçoit les ondes sonores de tout point autour de lui. Sa sensibilité est égale dans toutes les directions, c’est un capteur à directivité omnidirectionnelle.La directivité se représente avec un diagramme polaire, avec au centre la membrane et autour l’angle d’incidence de la source sonore. La courbe papier d'un capteur omnidirectionnel est un cercle parfait dans un espace à 2 dimensions qu'il faut projeté dans notre espace à 3 dimensions comme une directivité sphérique.
Directivité omnidirectionelle
La sensibilité la mesure du niveau de sortie pour une pression donnée mesuré en mV/Pa. La sensibilité est fonction de la taille de la membrane, de la fréquence de l’onde et de son angle d’arrivée :
- Plus la longueur de l’onde est grande en regard de la membrane (basses fréquences jusqu’à max 1 KHz environ) moins l'onde est perturbée lors de sa propagation. La pression à la surface de la membrane reste identique quel que soit l’angle d’arrivée du son, c'est une directivité Omidirectionelle.
- Plus la longueur de l’onde se rapproche de la taille de la membrane, (fréquences moyennes et élevées), plus la membrane perturbe la propagation de l’onde.
Deux phénomènes coïncident apparaissent :
- Une réflexion et une diffraction va se créer sur la membrane avec des ondes de longueur courte ou moyenne.
- Les ondes qui arrivent dans l’axe de la membrane vont être réfléchies par celle-ci et vont repartir sur le même axe à l'inverse et forme une onde stationnaire qui provoque une surpression dans l’axe du micro (jusqu’à +6dB).
Une onde qui arrive (onde 1) s’additionne à l'onde réfléchie d'elle-même (onde 2) et forme une onde résultante d'amplitude double.
En exploitant ce phénomène, les constructeurs adaptent la bosse fréquentielle, issue de la réflexion, à la page de fréquence la plus adaptée à l’usage de ce micro. Une surpression dans la bande de fréquences de 4 et 6 KHz, permettra un gain de clarté et d’intelligibilité des voix.
Les hautes fréquences (aigue) arrivant avec un angle d'arrivé important vont frapper la membrane en différents endroits avec un petit décalage temporel ce décalage provoque un phénomène de phase. Cette phase différente induit des annulations d’ondes aléatoires engendrant une perte de niveau en sortie pour ces fréquence. Plus l’angle est important, plus le phénomène augmente.
La directivité se restreint avec des fréquences élevées et des angles d’arrivée éloigné de l'optimum.Les capteurs à gradient sont omnidirectionnels pour les fréquences inférieures à 1kHz, ils deviennent un peu plus directifs jusqu’à 10KHz et sont très directifs au dessus de 10KHz.
Le capteur à gradient de pressionLa membrane est à l’air libre sans aucune cavité, les vibrations atteignent les deux côtés de la membrane. Le son capté est la différence ( ou gradient) entre les vibrations reçue au même moment par chacune des deux faces de la membrane.
Capteur à gradient de pression
La directivité d’un tel système est facilement déductible :
Lorsque la source vibratoire est située perpendiculairement à l’axe du micro (à 90° ou 270°), le signal est en phase, et les deux faces de la membrane reçoivent la même vibration et s’annule car la membrane reçoit deux vibrations de même intensité mais opposées.
Lorsque la source vibratoire est dans l’axe du micro (à 0° ou 180°) alors l'onde vibratoire arrive hors phase sur les deux faces de la membrane alternativement et la différence de pression entre les deux faces de la membrane est maximale, la sensibilité du micro est ici la plus forte.
Plus la source s’éloigne de l’axe du micro plus son signal augmente et plus elle se rapproche de l’axe perpendiculaire du micro plus elle s'annule.Cette directivité symétrique particuliére de la membrane à gradient de pression est appelée directivité bidirectionnelle ou en 8.
Directivité en 8 ou bidirectionnelle
En conjuguant ces deux directivités omnidirectionnelle et bidirectionnelle, ont va pouvoir créer des directivités intermédiaires encore plus adaptées à nos usages particuliers.
Autres directivités :Ces directivités sont obtenus en additionnant tout ou partie des directivités de bases :
La directivité cardioïde : 0,5×Omni + 0,5×En8
Directivité Cardioïde (en forme de coeur)
C’est l'une des directivités la plus utilisée en prise de son, elle rejette quasiement tout ce qu’il y a à l’arrière du micro avec un taux de réjection maximum à 90° et à 270° Le diagramme violet reprensente la sensibilité dans le plan, une sensibilité de 1 ( ou 100%) dans l’axe du micro (0°), une sensibilité de 0,5 soit 50% sur les côtés et de 0 soit 0% à l’arrière du micro.
La directivité supercardioïde: 0,4×Omni + 0,6×En8
Directivité Supercardio
La directivité hypercardioïde: 0,3×Omni + 0,7×En8
Directivité Hypercardio
Les deux dernières directivités on une directivité plus fermé donc plus sélective vers l’avant (0°) mais récupère des son dans un lobe arrière. Utile dans des environnements bruyants pour isoler la source le plus possible.
La directivité hypocardio ou cardioïde large: 0,7×Omni + 0,3×En8
Directivité Hypocardio
-
Proche de l’omnidirectionnel, avec sensibilité l’arrière réduite.
Associer les deux directivités Omni et En8 est théoriquement possible en associant un capteurs à pression avec un capteur à gradient de pression, placés au même endroit dans le même micro. Si cette technique est très compliquée, sa mise en oeuvre l'est encore plus mettre en œuvre et rend ces fabrication très onéreuse.Les constructeurs ont développé d’autres méthodes efficaces pour construire des microphones de directivité spécifique :
- Les méthodes acoustiques :
- La méthode électrique :
- Les deux membranes ont la même polarisation, la directivité est omnidirectionnelle .
- Les membranes ont une polarisation inversée, la directivité est en 8.
- Un seule membrane est polarisée, la directivité est cardioïde.
Une même vibration sonore donnera un signal quasi-équivalent avec
La directivité d’un micro ne varie pas mais est (très) affectée par l'acoustique du lieu d’enregistrement et la dynamique de la source.
Format numérique :
Facile à stocker, à copier, avec de nombreuses possibilités d'exploitation et de traitement beaucoup plus simple et rapide que le format analogique, le numérique est devenu la norme dans nos domaines audiovisuels.
Numérisation :
LA conversion d'une source Analogique vers un format numérique est faite grace à l'emploi d'un convertisseur analogique/numérique ou CAN. Cette numérisation du son est l'enregistrement de chaque moment au cours d'un temps donné avec une description :
L'échantillonnage : définition temporelle
La fréquence d'échantillonnage détermine le nombre d'analyses par seconde. Plus elle est élevée, plus la définition temporelle sera bonne, et plus le résultat sera fidèle à l'onde de départ.
Plus la fréquence d'échantillonnage est grande, plus on se rapproche de la forme d'onde originale
.
Le théorème de Nyquist-Shannon nous renseigne sur la fréquence d'échantillonnage à utiliser pour qu'il n'y ait pas de perte flagrante. Celle-ci doit être au minimum deux fois plus élevée que la fréquence maximale contenue dans le son à numériser.
La bande passante de l'oreille couvre une bande allant de 40Hz à 20000 Hz, la fréquence d'échantillonnage devra être d'au moins 40000Hz pour avoir une numérisation correcte. L'amplitude relevée àmoment va être encodée en binaire avec une certaine quantification.
La quantification : définition d'amplitude
La méthode PCM (Pulse Coded Modulation/Modulation d'impulsion codée) est le standard actuel (2005) en audionumérique, on va relever la valeur de l'amplitude de la forme d'onde à chaque moment defini par un intervalle régulier. On codera ce moment valeur en langage binaire.
En rouge la forme d'onde analogique, en noir sa représentation numérique. On remarque que l'amplitude ne peut prendre qu'un nombre de valeurs fini. (Dans cet exemple, 16)
Ceci apportera la precision de la mesure c'est exprimé en nombre de bits : 8, 16, 24, 32… .
Plus le nombre de bits sera élevé, plus la valeur numérique de l'amplitude se rapprochera de la valeur originale du son analogique.
avec 8 bits on a 2^8 possibilités d'échantillonnage, soit 256 échantillons possibles.
avec 16 bits on a 2^16 possibilités d'échantillonnage, soit 65536 d'échantillons possibles.
avec 24 bits on a 2^24 possibilités d'échantillonnage, soit plus de 16 millions d'échantillons possibles.
Avec 32 bits on a 2^32 niveaux soit prés de 1 millard d'échantillons possibles.
La valeur réelle d'amplitude de l'onde est toujours comprise entre 2 possibilité d'echantillonnage, le niveau codé sera le plus proche de la valeur d'échantillonnage possible. Chaque approximation engendre une erreur de quantification, qui a comme valeur maximale de la moitié de l'amplitude entre les deux possibilités d'echantilllonnage encadrant ce moment.
Plus les possibilités d'echantillonnages sont élévés moins l'erreur est grande.
De même, plus le nombre de bits de codage est élevé, plus la dynamique du signal numérique est importante. La dynamique maximale est le nombre de bits multiplié par 6. Théoriquement donc 96dB en 16 bits, et 144dB en 24 bits. Pour lire ces fichiers on utilise un convertisseur numérique/analogique (CNA) utilisant le même principe inversé.
Forme d'onde :
On passe d'un signal analogique continu à un signal numérique discontinu. Il est possible de lisser la courbe qu'on obtient à l'aide d'un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est supérieure à 20kHz.
Quelques standards
CD : échantillonnage 44,1 KHz en 16 bits
DVD : De 96 KHz à 192 KHz en 16 ou 24 bits
Enregistreurs numériques grand public (DAT, Minidisc) : 48 KHz en 16bits
Enregistreurs professionnels : 48-192 KHz en 24 bits
DSD (SACD) 2,8 MHz en 1 Bit
La technologie DSD developpe la technologie PCM avec le SACD (Super Audio CD).
Le DSD (Direct Stream Digital) exploite des convertisseurs à suréchantillonnage (convertisseurs delta-sigma) ayant une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 5,6 ou 2,8 ou 1,4 Mhz mais ne codent que sur un seul bit.
ces deux technologies n'ont pas de compatibilité ascendante, une compatibilité descendante est possible pour les lecteurs.
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Densité de pulsation de l'onde sonore PDM (Pulse Density Modulation)
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- Pense bête pour cablages courant
