L'INTEGRATEUR DE DENSITE SPECTRALE DE LEIPP

Yamina Guelouet, PhD, MD, Psychiatre

Pars 2

Chap 2

IDS-Leipp

L'intégrateur de densité spectrale a été conçu dans le but de résoudre le problème de la sonorité des instruments de musique.

HISTORIQUE.

La notion de sonorité a longtemps paru insaisissable. Les difficultés paraissaient insurmontables. La qualité sonore d'un instrument étant jugée d'une manière tout à fait objective. Il s'agissait donc de construire une machine, destinée à remplacer le jury des concours de sonorité et d'objectivité de cette notion de sonorité.

L'apparition du sonagraphe a été le déclic qui a permis de concevoir l'IDD. C'est l'outil de base pour étudier les messages acoustiques. Il est capable de fournir des diagrammes fréquence - temps - intensité raccordables avec la sensation produite par un son complexe évolutif réalisé dans les conditions normales d'emploi d'une source.

En fait, il renseigne sur la forme des sons dans leur contexte immédiat (quelques secondes). Mais cela n'explique pas tout dans le domaine de la perception de messages sonores. Les observations et expériences faites entre

temps ont confirmé qu'il fallait en fait considérer aussi l'aspect d'ordre lointain des événements acoustiques. En comparant deux violons ou deux chaînes d'écoute, nous sommes capables de formuler à la fin de l'écoute un jugement

sur la qualité sonore globale. Ce jugement global basé sur une écoute de longue durée échappe au sonagraphe alors que notre système auditif est capable de saisir l'information esthétique, la coloration statistique particulière d'un message acoustique. Il exploite nécessairement les mémoires à long terme et réalise certainement des opérations mentales particulières, relevant de mécanismes intégratifs qui ont lieu dans notre cerveau. Ces mécanismes étant inobservables, la solution consiste à la simuler sans se soucier de la réalité anatomo –physio ‑auditive. Il suffit de concevoir un organigramme pour définir les f(o) nécessaires et fabriquer un modèle qui réagisse comme l'organisme à étudier ‑ c'est‑à‑dire un appareillage simulant l'écoute d'ordre lointain et susceptibles de fournir des documents statistiques sur des événements sonores de longue durée, éventuellement raccordables avec les sensations subjectives d'ordre lointain. Il suffit pour cela de prendre un sonagramme complet comportant les sons et tous leurs harmoniques ou partiels et d'intégrer les données sur ordinateur. On obtient alors la courbe de densité spectrale d'une séquence de musique indiquant la répartition statistique de l'énergie dans cette séquence. L'idée de base était trouvée. Il suffisait de la mettre en pratique et de réaliser l'appareillage capable de faire des relevés de densité spectrale.

REALISATION DE L'APPAREIL.‑

On a tenté de faire un parallèle entre la vision colorée et d'éventuelles bandes sensibles données. Sachant que la lumière est découpée en 8 bandes et que ces 8 bandes suffisent à couvrir toute la gamme des couleurs quand elles sont combinées, on a choisi de la même façon 8 bandes sensibles dans la gamme des sons perçus.

CHOIX DES BANDES SONORES.‑

Par tâtonnements successifs, on est arrivé au choix de 8 bandes sonores.

En faisant écouter à un auditoire de 30 sujets l'écoute musicale entraînée d'une œuvre bien choisie, on procède au découpage en faisant des réjections à l'aide de filtres.

On coupe de temps à autre, en cours d'audition, la bande la plus grave, en réglant le filtre de réjection entre 50 et 75 Hz. Si personne ne réagit, on élargit cette bande de 50 à 100 à 150, à 200 Hz jusqu'au moment où la majorité

des sujets réagissent : "Il n'y a plus de basse"

La bande de 50 à 200 Hz est appelée "bande des basses". On recommence en partant de 200 Hz. On trouve ainsi la bande des qraves entre 200 et 400 Hz et ainsi de suite jusqu'à l'obtention des 8 bandes de toute la gamme des fréquences perçues. (Fig. 4a).

Fig. 4a – 1

Le parallèle Sons-lumière à souvent été tenté :Les

« Bandes sensibles » colorées correspondent assez bien avec les « Bandes sensibles » auditives choisies ici.

Fig. 4b

Fig. 4c

ORGANIGRAMME des RECHERCHES sur la DENSITE SPECTRALE :

1°) En Haut :on fait écouter de la musique enregistrée en coupant successivement des bandes à l’aide d’un filtre de réjection (choix des bandes sensibles)

2°)Au milieu :On règle le filtre en « passe bande » et on relève successivement dans chaque bande la quantité d’énergie qui y est contenue. Il faut repasser 8 fois la même bande magnétique :c’est long- alors ……

3°)En bas :L’IDS donne directement le diagramme en temps réel……

Si à partir de l'échantillon musical, on laisse successivement passer par des filtres passe bande les différentes bandes de fréquence, on peut avec un intégrateur électronique calculer l'énergie contenue dans les différentes bandes. On obtient un diagramme comportant ces bandes critiques en abscisses, les quantités d'énergies en ordonnée.

Ces diagrammes sont hautement "parlants" et permettent des rapprochements tout à fait évidents avec la sensation de coloration dont il a été question plus haut. En donnant les quantités d'énergies de chaque bande en pourcentage de la quantité totale d'énergie des 8 bandes, on peut comparer entre les diagrammes des différentes sonorités ou colorations. A partir de ces résultats, on a pu construire l'appareil opérationnel qui permettait d'obtenir les diagrammes désirés en une seule lecture, l'échantillon sonore, en direct et en temps réel. Cet appareil est l'intégrateur de densité spectrale.

La séquence sonore est injectée dans l'appareil par microphone ou magnétophone.

Possibilité de réglage du gain et de la sensibilité.

Un système électronique permet le balayage des différentes bandes de fréquence et au fur et à mesure de ce déroulement, s'inscrit le diagramme énergie ‑ fréquence sur du papier calque qui permet ensuite la comparaison des diagrammes entre eux.

On peut considérer :

- soit l'allure globale du diagramme qui donne ainsi la « balance sonore »

- soit comparer des diagrammes entre eux en calculant ce qui est perdu ou gagné dans chacune des bandes. Un écart global de 2 % correspond à 10% dans la bande 50 à 200 Hz, 40 % dans la bande,1200 à 1800 Hz . . . etc. (fig 4b).

Il existe aussi un affichage numérique qui permet de donner directement le % d'énergie dans chaque canal.

APPLICATIONS DE L'IDS.‑

Conçu au départ pour résoudre le problème de la sonorité des instruments et permettre objectivement de les comparer l'IDS s'avère être utile dans d'autres domaines, dont l'étude de l'auto‑contrôle de la voix que nous verrons dans le chapitre suivant.

1. Sonorité des instruments de musique.

On a pu comparer ainsi la sonorité de 3 violons et objectiver ainsi ce que l'oreille n'a pu préciser.

2. Haute fidélité.

On peut avec l'IDS comparer les chaînes H.F., résolvant ainsi le problème posé par les spécialistes de la Hi-fi.

3. Problème de la directionnalité d'une source sonore.

L'IDS permet de résoudre les mesures, les quantités. Il s'agit de déterminer les résultats obtenus avec une déduction d'énergie acoustique rayonnés dans les différentes directions à partir d'un instrument donné.

4. Acoustique des salles.

Le but est de tester la qualité sonore d'une salle en fonction de ce que l'on se propose d'y faire (animation, musique, parole).

En ce qui concerne la musique, l'IDS objective de "bonnes" et de mauvaises places et permet de voir quelles sont celles qui se rapprochent davantage de l'idéal coloré voulu par les musiciens.

Il serait intéressant de voir s'il est possible de prédire la qualité de sonorité d'une salle pour telle ou telle musique à partir d’artefacts acoustiques.

5. Etude des bruits de fond, des bruits de machine.

Entre autres intérêts, tel que la fabrication des avertisseurs sonores en présence de fond, il faut relever les problèmes de nuisance des bruits du point de vue humain. On peut citer le cas des relevés IDS sur deux tours. Le premier concentre l'énergie sonore vers le grave (50‑600, le deuxième entre 1800 et 3000 Hz. Il est évident que le 2ème tour est plus nocif que le premier, quoique son niveau en dB soit plus faible du fait que le bruit émis se situe dans la bande la plus sensible pour l'oreille.

On peut aussi utiliser l'IDS pour contrôler le bon f(o) d'une machine, en détecter les bruits qui traduisent un dysfonctionnement.

6. Coloration de la voix humaine.

La coloration de la voix est aisée à objectiver avec l'IDS. Les études faites avec cet appareil permettent de constater qu'il existe un invariant de la couleur de la voix, qui caractérise le locuteur, même s'il travestit sa voix.

Autre cas intéressant : le contrôle de la voix après opération des cordes vocales et l'objectivation de l'apport de cette intervention.

Dans cet ordre d'idée, l’utilisation de l'IDS est utilisé dans le travail que nous allons exposer : l'auto‑contrôle de la voix et la détermination de l'oreille préférentielle d écoute .

©Yamina Guelouet