Spectre, spectre instantané et sonagramme

On peut isoler des « tranches » de signal et leur appliquer la transformation de Fourier. En multipliant ces analyses, on peut obtenir une représentation graphique dans les trois dimensions du temps, de la fréquence et de l'amplitude.

Nous avons déjà vu que l'on peut réduire la description du son à trois grandeurs physiques : la fréquence (Hz), le temps (s) et l'amplitude (dB). Par exemple, un son simple (sinusoïdal) est complètement décrit par les trois mesures suivantes : f = 440Hz, t = 1s, a = 60 dB. Par contre un son complexe sera défini, par exemple, de la manière suivante :

Une telle représentation devient très complexe lorsque le signal étudié possède de nombreuses harmoniques : un signal à vingt-cinq harmoniques nous obligerait à reporter cinquante-deux valeurs dans notre tableau pour le décrire exhaustivement. Qui plus est les sons musicaux et ceux de la parole ne sont jamais stables dans le temps, ce qui fait du tableau de valeur une méthode impraticable pour traiter des cas non théoriques.

À partir de ces constatations, on a eu l'idée d'associer deux à deux les trois grandeurs physiques évoquées ci-dessus et de tracer les graphes de ces associations. On obtient ainsi :

On peut considérer les trois graphes ci-dessus (figures 6.17, 6.18 et 6.19) comme les projections planes, sur les plans élémentaires, d'un objet sonore en trois dimensions. On établit les correspondances suivantes :

Dans notre représentation en trois dimensions : sur l'axe des x (abscisses), on reporte la fréquence ; sur l'axe des y (ordonnées), on reporte le temps ; sur l'axe des z, on reporte l'amplitude.

Dans cette perspective, on obtient un spectrogramme acoustique sonagramme (appelé aussi sonagramme) en projetant l'objet sonore sur le plan de base (axes x et y). Les variations d'amplitudes seront marquées par le noircissement plus ou moins grand des bandes. (On peut aussi représenter l'amplitude par des courbes de niveau tracées tous les 6dB - utile surtout pour l'acoustique architecturale, pas pour l'analyse de la parole.)

Au niveau des formants, les sorties sur papier des sonagraphes présentent parfois des défauts au niveau de la résolution, en particulier en ce qui concerne les amplitudes (marquées par le degré de noircissement) dont on obtient généralement une représentation ne dépassant pas l'échelle 1/5.

Il faut garder un certain nombre de choses à l'esprit pendant l'analyse d'un spectrogramme :

(On peut, d'autre part, utiliser un enregistreur logarithmique pour étudier le plan dynamique et un « mélographe » pour le plan mélodique.)

Il s'agit essentiellement d'effectuer un choix entre les paramètres qui nous intéressent :

• En repérant les instants de transition, on peut faire correspondre des symboles phonétiques à diverses phases du spectrogramme.
• On peut étudier l'évolution mélodique d'un signal, liée, en première approximation, au fondamental, mais on se sert en pratique d'un harmonique de rang élevé (le dixième pour une voix d'homme, le cinquième pour une voix de femme ou d'enfant).
• On peut étudier le rythme du signal en observant l'évolution des durées des segments phonétiques qui le composent.