La compression du niveau sonore

Par Jean-Christophe Messonnier


La semaine du son organise chaque année des journées destinées à faire découvrir à un large public les différentes problématiques liées au son. Lors de sa troisième édition (du 10 au 14 janvier 2006) le Conservatoire a participé à la journée autour de la  prise de son multicanal et de la sonorisation à Radio France. L'exposé qui va suivre est une version multimédia de la conférence donnée à cette occasion. Vous pouvez avoir accès aux exemples sonores en cliquant sur le logo.


Une large gamme d'amplitude

Les sons présents dans la nature recouvrent une large gamme d'amplitude. Entre les plus petits sons et les plus intenses, le rapport dépasse un milliard. L'intensité des sons est reliée à l'amplitude du signal, tel que celui enregistré avec un microphone.

Correspondant à l’exemple sonore n°1, la figure suivante montre l’évolution de l’amplitude du signal en fonction du temps.

EXEMPLE :

exemple d’onde sonore n°1 : Prokofiev



Qu'est-ce qu'un décibel?

Pour rendre compte de l’intensité perçue, on utilise l’ échelle pratique des décibels : le doublement de l’intensité perçue correspond à environ 10 décibels, ce qui correspond au triplement de l’amplitude du signal. 1 décibel (1 dB) correspond à la plus petite différence d’intensité perceptible. Lorsque l’on utilise les décibels, on parle de niveau sonore.

EXEMPLE :

Correspondant à l’exemple sonore n°2, la figure suivante montre une différence de niveau de 10 dB

exemple sonore n°2 : Bach  

Puissance du son et dynamique.

Concernant les sons musicaux, on utilise des instruments de musique plus ou moins puissants, ce qui dépend du mode de production du son : par exemple un piano est plus puissant qu'une guitare. Le musicien peut bien sûr, en fonction de cette puissance, produire des sons plus ou moins intenses, en fonction de son mode de jeu.

A l’intérieur d’une œuvre, on appelle la différence de niveau (en dB) entre les passages les plus forts et les passages les moins forts la dynamique.


EXEMPLE :

exemple sonore n°3 :
Bach (clavecin) + Prokofiev (orchestre)

L'exemple suivant fait entendre un clavecin et un orchestre avec leur différence de niveau réelle et leur dynamique originale



Problèmes de niveaux

Les problèmes de niveaux deviennent cruciaux lorsque plusieurs types de sons sont en présence. Un premier exemple simple concerne le rapport de niveau entre un son musical et un bruit. Le niveau du bruit étant donné, on peut contrôler le niveau de la musique avec un bouton de volume. Mais une grande dynamique pose un problème : plus le bruit est fort, plus il est difficile de faire émerger les niveaux faibles, ou alors les niveaux les plus forts sont vraiment violents. Le problème est analogue lorsque plusieurs instruments jouent ensemble et n’ont pas la même puissance ou pas la même dynamique. L' exemple suivant fait entendre le clavecin et l’orchestre entendus précédemment en présence d’un bruit de voiture.


EXEMPLE :

exemple sonore n°4 :
Bach + bruit de voiture 

exemple sonore n°4 bis :
Prokofiev + bruit de voiture 


Contrôle de la dynamique

Plus la dynamique est faible, plus le niveau moyen de l’enregistrement est fort, car on remonte toujours le niveau jusqu’au maximum admissible par le canal de transmission : opération appelée "normalisation".

On doit donc se poser le problème du contrôle de la dynamique. En d’autres termes, on doit compresser les niveaux des sons afin d’en faciliter la diffusion. Il existe différentes méthodes pour le faire, qui consistent toutes à effectuer des variations de niveau au cours du déroulement du morceau. Les sons seront plus ou moins compressés suivant leur destination, leur usage.  Les exemples suivants concernent le clavecin et l’orchestre avec leur dynamique originale mais normalisés.


EXEMPLE :

exemple sonore n°5 :
Bach + Prokofiev normalisés

 


Comment compresser un CD ?

Pour un CD, cette compression peut être effectuée pour partie au mixage et pour partie au mastering (préparation du CD servant d’original pour la gravure)

Une première méthode de compression consiste à contrôler le volume global en fonction du temps à l’aide d’une interface graphique associant au déroulement du son une visualisation de son niveau (courbe de niveau). Cet exemple de piano a été compressé en contrôlant les courbes de niveau manuellement.

EXEMPLE :

exemple sonore n°6 :
Piano (Liszt) avant et après mastering.

L'exemple suivant permet de visualiser des courbes de niveau

Une deuxième méthode consiste à utiliser un limiteur ou un compresseur. Il s’agit de machines agissant comme des contrôleurs de niveau automatique. Leur principe est de comparer le niveau du son rentrant à un niveau de référence et de régler son volume en conséquence.    


exemple de compresseur

 


Limiteur et compresseur

Il existe plusieurs types de compresseurs et de limiteurs et les différents réglages dépendent des fabricants. Pour décrire les différents paramètres, on distinguera tout d’abord le limiteur du compresseur.

Un limiteur définit un niveau maximum (seuil ou threshold), que le signal de sortie ne devra pas dépasser. Si le signal d’entrée dépasse ce seuil, le gain ( cad le contrôle du volume) est réduit de l’excédent de niveau. Par exemple si le signal d’entrée dépasse ce seuil de 6dB, le gain est réduit de 6dB.

EXEMPLE :

exemple sonore n°7 :
Prokofiev+ limiteur 

 

Un compresseur définit un seuil en dessus duquel le niveau sera réduit d’une fraction définie comme paramètre (ratio). Si le signal d’entrée dépasse le seuil de 10dB et que le ratio est 2, le gain du compresseur sera réglé de telle façon que le signal de sortie ne dépasse le seuil que de 5dB.

EXEMPLE :

exemple sonore n°8 :
Prokofiev+ compresseur

Il existe d’autres paramètres concernant aussi bien les limiteurs que les compresseurs mais ils varient suivant les fabricants. On peut citer, parmi les plus courants, les temps de réaction lorsque le signal dépasse le seuil (attack) et lorsqu’il repasse en dessous du seuil (release).

On dispose donc d’une batterie d’outils permettant de contrôler le niveau. La dynamique finale peut rester relativement importante sur certains CDs ou être très limitée comme en publicité radio. Le plus important est d’optimiser la dynamique en fonction des conditions de diffusion. Réduire la dynamique constitue une perte d’information mais  optimise la transmission de cette information en fonction du milieu environnant. La compression des niveaux est un outil utile mais il est vrai que la recherche d'un niveau sonore maximum peut se faire au détriment d'un optimum artistique.