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Filtration

Filtration des harmoniques

Tout le monde a eu l'occasion d'expérimenter cet effet en tripotant les boutons de sa chaîne ou de son poste de radio. Comprendre en quoi il consiste n'est malheureusement pas tout à fait aussi simple. Sans nous lancer dans un long discours sur les théories mathématiques, il nous est impossible de l'expliquer sans parler de Monsieur Fourier et de son théorème :

"Une fonction périodique non sinusoïdale peut être considérée comme la somme algébrique d'un terme constant et de fonctions sinusoïdales dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence de la première fonction (série de Fourier)". bla, bla, bla...

Avant d'essayer de comprendre ce qu'à bien voulu vouloir dire ce brave homme, assurez-vous d'avoir les connaissances minimum que nous exposons au chapitre "Le son".

C'est quoi une fonction périodique ? Dans le cadre qui nous intéresse, traduisons ça par "signal sonore", ou vibration ou bruit.
C'est quoi non sinusoïdale ? Un son qui n'est pas une sinusoïde pure (voir le dessin du chapitre "son").
C'est quoi une somme algébrique ? Une addition toute bête.
C'est quoi un terme constant ? Oubliez ça, pour les signaux sonores

Ce que nous dit Monsieur Fourier, c'est qu'il est possible de construire un signal triangulaire (par exemple) en additionnant plusieurs sinusoïdes. Ca semble bizarre, mais c'est vrai ! Monsieur Fourier va plus loin : il nous dit que tous les sons, même ceux qui ont une allure très étrange, sont construits à base de sinusoïdes. En fait, il n'existe qu'une seule "vraie" forme d'onde : c'est la sinusoïde. Tous les sons du monde ne sont qu'une addition plus ou moins complexe de sinusoïdes. Même quand votre oreille ne perçoit qu'une seule note de guitare, elle reçoit en vérité tout un tas de notes mélangées :

la note principale (celle que vous percevez)
une note de fréquence double et de volume beaucoup plus faible
une note de fréquence triple et de volume encore plus faible
une note de fréquence quadruple et de volume encore beaucoup plus faible
etc.

Toutes les notes autres que la note principale sont appelés "harmoniques". Jouer avec un égaliseur (equaliser) ou avec les boutons "basses", "aigüs", "medium" revient simplement à amplifier ou a diminuer le volume des harmoniques.

Voici un exemple de signal carré décomposé en une somme de sinusoïdes :

Un signal riche en aigüs apparaîtra très accidenté et pourvus de « pointes » lorsque vous le visualiserez. Un signal pauvre en aigüs se traduit par un graphique tout en rondeur.

En haut : un signal riche en aigüs.

En bas : le même signal filtré et débarrassé de ses aigüs.

La filtration des aigüs permet d'atténuer les "sifflantes" (les ss et les ff) et les occlusives (p, t, q, etc.) qui peuvent gêner l'écoute. Certain(e)s chanteurs et chanteuses ont tendance à produire ces sons avec un volume élevé. Certains filtres appelé "Déesseurs" sont dédiés à ce type de correction.

Certains logiciels ou plug-ins vous proposent de visualiser le graphique des harmoniques composant un signal. Ce type de graphique ressemble à ceci :

Ce type de graphique est appelé spectrogramme. La couleur du graphique change en fonction du nombre d'harmoniques existantes aux différentes fréquences. On peut donc voir la quantité de grâves et d'aigüs présents dans le son au fur et à mesure de son développement dans le temps.

On utilise les termes de :
Filtre passe-haut pour les filtres coupants les harmoniques basses et moyennes et laissant passer les harmoniques aigües.
Filtre passe-bas pour les filtres coupants les harmoniques hautes et moyennes et laissant passer les harmoniques basses.
Filtre passe-bande pour les filtres coupants les harmoniques hautes et basses et laissant passer les harmoniques moyennes. Les filtres à bande étroite, ne laissant passer qu'une fine bande de fréquences sont appelés "notch". Certains modules sont constitués d'un ensemble de plusieurs filtres "notch", on parle alors de "filtre en peigne".

L'effet wha-wha est un filtre passe-bas/passe-bande dont la fréquence de coupure oscille autour d'une valeur assez haute (les basses et les mediums passent intégralement, les aigüs ne passent plus au-delà de la fréquence de coupure). Ce type filtration donne à un son l'apparence d'une voyelle, a, o, ou, selon la fréquence choisie. Un filtre qui vise à transformer les sons de cette façon est appelé "humanizer". Il ne s'agit ni plus ni moins que d'un filtre wha-wha dont l'utilisateur peut figer et ajuster la fréquence de filtration.

Votre chaine hi-fi et la carte son de votre ordinateur ont chacun des limites de fréquences audelà desquelles elles sont incapables de reproduire les sons. Les fréquences de moins de 10 hertz et de plus de 25 000 hertz sont généralement "oubliées" des système de reproduction (ces valeurs correspondent à des systèmes de bonne qualité). Cela n'est pas trés grave concernant la reproduction de musique dans la mesure où ces fréquences ne sont pas perçues par l'oreille humaine. Le terme de "bande-passante" (bandwidth) désigne la gamme de fréquence qu'un système est capable d'enregistrer, de traiter ou de reproduire.

Vocabulaire relatif à cette catégorie : filtre, harmonique, bande-passante, basses, medium, aigüs, égaliseur, equaliser, Fourier, wha-wha, humanizer, passe-haut, passe-bande, passe-bas