Fréquence
La fréquence est l’une des propriétés les plus fondamentales du son et joue un rôle central dans l’analyse musicale. Elle se mesure en hertz (Hz), c’est-à-dire en nombre de vibrations par seconde.
Principes de base
Lorsque les molécules d’air vibrent selon un schéma régulier, nous percevons la fréquence de la vibration comme une hauteur musicale : plus la vibration est rapide, plus la hauteur perçue est aiguë. Dans les affichages de VoceVista, les vibrations plus rapides apparaissent sous forme de crêtes plus rapprochées dans la forme d’onde, et à des positions plus hautes sur l’axe des fréquences du spectre et du spectrogramme.
Contexte musical
Les fréquences correspondent à des notes de musique :
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La note A4 (diapason) correspond par convention à 440 Hz. VoceVista peut être reconfiguré pour des accordages non standard.
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Chaque octave représente un doublement de la fréquence.
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Chaque demi-ton du tempérament égal multiplie la fréquence par la racine douzième de 2 (environ 1,0595).
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Un cent est un centième de demi-ton, une unité utile pour mesurer de fins écarts d’intonation.
Échelles de fréquence linéaire et logarithmique
Le spectre et le spectrogramme peuvent afficher la fréquence sur une échelle linéaire ou logarithmique, et ce choix a un effet important sur ce qui ressort de l’affichage.
Une échelle linéaire espace les fréquences de façon égale : chaque Hz occupe la même place. Les harmoniques d’une note tenue sont régulièrement espacées, ce qui rend la structure harmonique facile à voir et à compter, et la partie supérieure du spectre dispose de beaucoup de place.
Une échelle logarithmique donne à chaque octave la même place. Cela correspond à notre façon d’entendre la hauteur : des intervalles musicaux égaux apparaissent comme des distances égales à l’écran, et les touches du piano, dessinées le long de l’échelle, sont régulièrement espacées. Une échelle logarithmique est généralement préférée pour le travail musical et pédagogique.
Résolution de fréquence
La résolution de fréquence de l’analyse est la plus petite différence en Hz que l’analyseur peut distinguer comme deux fréquences séparées. Elle dépend de trois choix qui interagissent :
- Taille de la FFT
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Le nombre d’échantillons de chaque calcul de FFT. Des FFT plus grandes distinguent des différences de fréquence plus fines.
- Fenêtre temporelle
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Une fenêtre d’analyse plus longue permet à la FFT de voir davantage de cycles d’une vibration lente, et distingue donc plus précisément les basses fréquences. À l’inverse, une fenêtre plus courte réagit plus rapidement aux changements dans le temps.
- Fonction de fenêtre
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La forme appliquée aux échantillons avant la FFT (voir Fonction de fenêtre FFT). Elle détermine la netteté avec laquelle deux fréquences proches sont séparées et la mesure dans laquelle chaque pic déborde sur ses voisins.
Il n’existe pas de réglage idéal unique : une meilleure résolution de fréquence se paie toujours en résolution temporelle, et inversement.
Limites
La fréquence mesurable la plus basse est fixée par la fenêtre d’analyse : si la fenêtre est plus courte qu’un cycle du signal, la FFT ne dispose d’aucun cycle complet à mesurer. Un son de 50 Hz a un cycle de 20 ms, si bien qu’une fenêtre plus courte ne peut tout simplement pas le représenter comme une fréquence.
La fréquence mesurable la plus élevée est fixée par le taux d’échantillonnage de l’enregistrement. La limite de Nyquist (la moitié du taux d’échantillonnage) est la fréquence la plus élevée qu’un enregistrement numérique peut coder. Un enregistrement à 44,1 kHz monte jusqu’à 22,05 kHz, et un enregistrement à 48 kHz jusqu’à 24 kHz. Le microphone et la chaîne de lecture limitent encore, en pratique, ce qui peut être capté et reproduit.
À titre de comparaison, l’audition humaine d’une personne jeune et en bonne santé couvre à peu près de 20 Hz à 20 kHz, si bien que la plage analysable dépasse généralement ce que vous pouvez entendre.
Applications
La compréhension de la fréquence est au cœur de nombreuses utilisations de VoceVista : mesure précise de la hauteur pour le travail de l’intonation, analyse harmonique de sons complexes, identification des formants en pédagogie vocale, évaluation de l’accordage, caractérisation du vibrato, étude des registres vocaux et comparaison du timbre.
Dans VoceVista
L’échelle de fréquence du spectre et du spectrogramme se configure dans Échelles. La taille de la FFT, la fonction de fenêtre et la résolution se trouvent dans Paramètres de l’analyseur.