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Dossier : La compression - Part 1 - Le signal


Schématiquement nous avons deux types de signaux ainsi que les situations intermédiaires qui conduisent à des logiques de compression différentes :



I – LE SIGNAL

A - Les signaux cycliques qui se reproduisent


périodiquement identiques ou quasi-identiques à eux mêmes. La plupart des sons percussifs sont dans ce cas.

- Durée et forme des transitoires à peu près constantes

- contenu fréquentiel variable selon l’intensité

La périodicité ou débit subit des variations selon les styles.


L’objectif de la compression de ces signaux est de produire le même cycle d’opérations sur chacun d’eux. C’est à dire attack + release. Ce qui nécessite le temps pour un compresseur d’accomplir ces deux opérations et d’être initialisé pour le signal suivant.



1- Le débit du signal


A b.p.m 120, le temps qui s’écoule entre 2 signaux est t en ms = 60 / 120 x 1000 = 500ms ou simplement, 60 000 / b.p.m.

Donc un roulement de caisse claire ou de grosse caisse à la double croche donnerait un débit de 125 ms. Ce débit est largement maîtrisable pour un compresseur moyennement réactif. Si on double le tempo, soit à 240, la double croche donne 60 ms. C’est réalisable mais pas à la portée de n’importe quel compresseur.

Exemple :


Nous constatons de visu que le signal est irrégulier en intensité. Si nous voulons le niveler, le compresseur doit accomplir ses cycle en moins de 85 ms.



2-Enveloppe dynamique

Elle décrit les variations d’amplitude d’un signal en fonction du temps : -temps et niveaux d’arrivée à la crête max -durée de décroissance du signal -durée totale du signal. -dans le cas de signaux longs ou entretenus (voir note de sax ténor) on considèrera la durée de maintien.

Enveloppe d’une note de sax ténor

Observons la quasi parfaite symétrie attaque, 30ms /extinction, 35ms. C’est le cas des instruments à vent (voix comprise)



a) Transitoire d’attaque


Caractérisé au plan strictement dynamique par : -le niveau maxi -le temps d’attaque = temps de montée au niveau

maxi

L’attaque de l’instrument sollicite une bonne adaptation de l’attack t. du compresseur mais aussi la recherche du meilleur seuil possible.


1) Le niveau maxi

Il est considéré comme la crête à maîtriser dans la plupart des objectifs de la compression.

Cependant le phénomène est plus complexe qu’il n’y paraît

car l’arrivée au niveau max n’est pas linéaire contrairement à sa représentation la plus fréquente.


Il est précédé de plusieurs crêtes de plus en plus intenses. Chacune est susceptible de déclencher la compression en fonction du réglage de seuil : nous les appellerons crêtes de déclenchement.


* Un question annexe se pose pour déterminer le début (ou la fin d’un signal) : on peut comme pour le reverb time adopter le –60dB comme seuil du silence ou encore la valeur d’un seuil très bas, par ex.-30dB. Pour ma part, je choisis cette dernière

valeur car –60dB ne fait pas partie de l’échelle des valeurs raisonnables d’un compresseur.


Ex- Ci-dessous, le transitoire d’attaque d’une note de basse :

D’après le document ci-dessus : Pour un seuil réglé à –15dB le compresseur a 11ms pour atténuer la crête maxi.

Pour un seuil réglé à –10dB le compresseur a 8,8ms pour atténuer la crête maxi.

Conclusion : un seuil bas permet une détection précoce des crêtes et donne + de temps au compresseur pour agir.


2) Autres exemples :


Guitare nylon : note MI 82,5Hz

Seuil à –12dBfs : l’attack time peut être réglé à + de 20ms.

Seuil à –5dBfs : attack time 12ms

Observations : On est surpris par la montée très raide du signal entre 0 et 10ms où il atteint le niveau de –4dBfs, il progresse de 20dB en 10ms, tandis qu’à partir de 10ms, il progresse très lentement et monte de 3dB en 57ms. Nous considèrerons que la 1ère crête à maîtriser se situe à 10ms (ou à 25ms pour une compression ultra-light).



b) Durée des signaux :


La durée totale des signaux ne peut pas être étalonnée pour la plupart des instruments car ils peuvent résonner ou être prolongés plus ou moins longtemps selon la volonté du musicien (vents, cordes, piano, cymbales etc).

Ce qui est intéressant c’est la variation lente des niveaux dans les cas de résonances longues.

Ci-dessous, dynamique globale d’une note de piano.

Cette note chute entre 56ms et 430 ms de seulement 4dB.


On peut établir une fourchette statistique sur certains sons percussifs comme : caisse claire toms, grosse caisse, clave, bongos... dont la durée peut varier mais dans de faibles proportions selon la tension ou l’amortissement des peaux par ex.


Quelques durées approximatives hors réverb:

Grosse caisse mate : 150ms

Grosse caisse résonnante : 300ms

Caisse claire : 100 à 200ms

Rimshot : 70 à 100ms

Bongo : 40ms

Congas : de aigu à grave : 150 à 200ms

Cloches mates métal : 30 à 80ms

Woodblock : 150ms


La durée totale du cycle de compression ne doit en principe pas excéder la durée du signal.



c) Extinction :


L’extinction du signal correspond à la période de décroissance du son, elle est gérée par le release time.

Les instruments à extinction longue, > à 200 ms sont sujets au pompage : cymbales, cordes, toms non amortis, grosses caisses résonnantes...


Les instruments à vent ont une extinction quasi instantanée et sont peu sensibles au pompage classique.



3- Spectre

a) Apparition des zones de fréquences

Chaque zone de fréquence a sa propre enveloppe dynamique. Les diverses zones de fréquences apparaissent dans l’ordre

suivant : aigus, médiums puis graves. Le décalage maxi observable a lieu sur les instruments graves. Ce décalage existe pour les signaux aigus (triangle par ex.) mais il est négligeable.


Les med/aigus ont des transitoires beaucoup plus rapides (à front raide) que les graves, mais ils sont de faible amplitude et ils durent moins longtemps sauf les cordes avec archet dont le son est entretenu (les transitoires, c’est à dire les frottements de l’archet sont présents tout au long des note) et évidemment les instruments dépourvus de fréquences graves ou médium, triangle par exemple.



b) Divers documents :


Voici deux zones fréquentielles de la contrebasse : 60/90Hz et 320/440Hz. Leur décalage dépasse 50 ms.

c) Enveloppe dynamique des zones de fréquences

Le document ci-dessous montre l’enveloppe de diverses zones de fréquence d’une même grosse caisse.

En plus du décalage entre les diverses zones, nous observons de grosses différences d’amplitude. Les hauts médiums et les aigus culminent à –15dB tandis que les graves se situent entre –1 et 0dBfs.

Rappel sur l’isosonie : amplitude. Les deux signaux l’un de 60Hz et l’autre de 4KHz sont entendus à égalité si l’on baisse celui de 4Kz de 20dB, ceci au niveau global de 80dBspl. Dans le cas de cette grosse caisse, le niveau de 4KHz (attaque) est inférieur d’environ 15dB à celui de 60Hz : on entend donc une attaque puissante.


Pourtant, ces fréquences que l’on entend si bien, le compresseur ne les détecte pas sauf si le seuil est bas (-15dB au moins). Dans tous les cas elles seront peu compressées car proches du seuil.


4- Mesure pratique de la durée des transitoires d’attaque


En règle générale, la grande majorité des compressions a pour objectifs, soit de niveler, soit de booster, soit de protéger contre la saturation. Pour ces trois opération il est impératif de maîtriser les crêtes.


Nous avons constaté dans le paragraphe précédent l’efficacité de l’atténuation produite par le compresseur dépend étroitement de l’attack time : un A.T court maîtrise mieux les crêtes qu’un A.T long.


Il existe une méthode expérimentale pour établir assez précisément l’influence de l’attack time sur la réduction de la dynamique. Le gain indique en positif le montant de l’atténuation.

Voici les paramètres choisis : le niveau maxi des signaux testés étant –0,1dB

Remarques : - Un gain < à +2dB est négligeable, la crête maxi est mal maîtrisée - un gain de +2dB est limite, le bénéfice est passable - Au-delà de +3dB, le gain devient significatif


Les 9dB de gain possible observés pour un attack time de 0ms correspondent à l’atténuation théorique. Ce qui démontre que le « Logic Compressor » est parfaitement fiable.

5- Conseils de réglage de l’attack time


Dans la perspective où l’on veut maîtriser les crêtes : protection, nivelage et boostage

B – LES SIGNAUX ALEATOIRES ou COMPLEXES


1 – Instruments concernés

- C’est le cas des ensembles d’instruments (mix complet, batterie) ou d’instruments aux caractéristiques dynamiques complexes. - Le piano : la variété des transitoires (attaque et extinction), tessiture très étendue (27,5Hz à 4KHz), complexité du contenu spectral. - La guitare avec tous ses registres : disto, sons clairs, médiator ou doigts, cocottes par ex. - Les instruments à vent sont moins complexes malgré leurs changements fréquentiels et leur durée aléatoire car ils ont en commun des transitoires d’attaque plutôt lents : entre 25 et 30ms et les transitoires d’extinction quasi immédiats (il n’y a pas à craindre de pompage sur l’instru lui-même). Remarque : tout signal en particulier mélodique devient quasi aléatoire dès lors que le musicien fait des nuances importantes et joue à des hauteurs très diverses.



2 – Approche statistique


Il faut leur appliquer des traitements qui produiront un effet globalement positif sans pour autant qu’on puisse éviter quelques effets secondaires dus à l’inadaptation par instants de la compression.

Le principe de base est le compromis.

Nous étudierons, lors de l’étude de la masterisation, les effets secondaires indésirables dits « artefacts » ainsi que les solutions à ces problèmes.

Le compresseur multibande a pour objectif principal de réduire les effets secondaires généralement observés dans la compression monobande.

Publié avec l'aimable autorisation de René KAMOUN

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