le son, qu'est ce ?

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Salut à tous, je suis (encore) de retour, durant mes nombreuses périgrinations, je me suis posé la question: comment un ordinateur comprends et reproduit-it un son? Alors, je commençai mes rechercher. J'ai donc trouvé que basiquement, le son est une onde plutôt sinusoïdale avec des périodes plus ou moins longue en fonction des fréquences(je n'ai pas le niveau en physique pour assurer cela). Ce site explique comment le format MP3 fonctionne :http://www.sebsauvage.net/comprendre/mp3/ et le site comment ça marche parle de l'algorithme huffman pour la réduction de la taille d'un fichier. Je souhaiterais créer un programme qui permette d'écrire un fichier son à partir de bits seulement (par exemple, transformer un fichier .png en .mp3) mais aussi pouvoir, en insérant des valeurs créer des sons ou des musiques pourquoi pas. C'est d'abords a but expérimental. Quelles ressources et quels conseils pourriez vous me donner? Je n'ai trouvé aucune détails techniques précis sur comment est organisé un fichier son… Mais juste des infos physiques que le son et son comportement m'aiderait. Merci beaucoup pour vos conseils et sur ce je retourne à mes recherches ^^

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Staff

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Salut,

Alors, je commençai mes rechercher. J'ai donc trouvé que basiquement, le son est une onde plutôt sinusoïdale avec des périodes plus ou moins longue en fonction des fréquences (je n'ai pas le niveau en physique pour assurer cela).

GouleFutée

Le son est effectivement une onde matérielle, mais pas spécialement sinusoïdale. En revanche, une onde sonore peut être découpée en une somme de sinusoïdes. Je t'invite à regarder un peu du côté des séries de Fourier à ce sujet.

Ce site explique comment le format MP3 fonctionne : http://www.sebsauvage.net/comprendre/mp3/

GouleFutée

À vrai dire, le lien que tu fournis présente essentiellement le mécanisme de l'échantillonnage.

[…] et le site comment ça marche parle de l'algorithme huffman pour la réduction de la taille d'un fichier.

GouleFutée

L'algorithme de Huffman est une méthode de compression sans perte (à l'inverse du MP3 par exemple) qui se base sur les redondances dans les données pour en réduire la taille. Il s'agit d'un algorithme générique qui n'est pas spécifique à un type de donnée comme le sont par exemple les algorithmes MPEG3 et Vorbis.

Je souhaiterais créer un programme qui permette d'écrire un fichier son à partir de bits seulement (par exemple, transformer un fichier .png en .mp3) […]

GouleFutée

Je ne suis pas sûr de te suivre sur ce point… Peux-tu préciser ta pensée ?

[…] mais aussi pouvoir, en insérant des valeurs créer des sons ou des musiques pourquoi pas.

GouleFutée

Tu peux tout à fait créer des fichiers sonores en déterminant toi-même les valeurs des différents échantillons, cependant cela va te demander un travail titanesque. Pour te donner une idée, en qualité CD, tu as 44.100 échantillons par secondes composés de deux fois seize bits (un pour chaque canal). Bref, cela fait beaucoup d'octets à gérer. :-°

Afin d'approfondir tes connaissances dans ce domaine, je t'invite à te renseigner d'abord sur les formats non compressés, notamment le PCM (pour Pulse Code Modulation) qui est le plus répandu (c'est sous cette forme que sont stockées les données dans les fichiers WAVE). ;)

Édité par Taurre

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Auteur du sujet

Déjà merci beaucoup pour cette super réponse ;). Ensuite, je peux mal m'exprimer, j'en suis désolé, je n'ai jamais étudiés les ondes.

Je souhaiterais créer un programme qui permette d'écrire un fichier son à partir de bits seulement (par exemple, transformer un fichier .png en .mp3) […] GouleFutée Je ne suis pas sûr de te suivre sur ce point… Peux-tu préciser ta pensée ?

donc ce que j'entends par la, ce n'est pas de la transformation, mais je parle du postulat, un fichier png est un ensemble de codes en hexa et en binaire qui décrivent les differents éléments de l'image(je parle ici seulement de ce qui est bitmap) et un fichier son est aussi un ensemble d'infos en binaire(enfin je suppose), il serait donc possible de "désassembler" un fichier PNG et de lire et écrire dans un fichier son code binaire/hexa. J'espere ne pas trop vous avoir perdu… Merci beaucoup Taurre pour ta précieuse lumière et ne t'inquiète pas, je ne vais probablement pas déterminer TOUTES les valeurs à la mains, je suis curieux pas fou ^^

Édité par GouleFutée

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Pour faire simple, le son est une onde physique. Ça correspond à une série de pression-décompressions du milieu dans lequel il se propage. En fait, tu peux te faire une bonne idée de ce que c'est en regardant au ralenti un haut-parleur : tu as une membrane qui avance et qui recule. Ce mouvement va créer des séries de pression-décompressions qui vont se propager dans l'air et qui vont arriver jusqu'à ton oreille.

La manière de le voir en informatique de manière très basique est de noter la position de la membrane de ton haut-parleur en partant de 0 pour la position la plus reculé et (en normalisant) 1 pour la position la plus avancée. Donc si tu as la séquence 0 1 0 1 0 1 0 1 0, ta membrane va vibrer à la vitesse à laquelle tes données seront lues (ce qui correspond à la fréquence d'échantillonnage) et va produire une certaine note. Si tu divise par deux ta fréquence, tu aura quelque chose comme 0 0.5 1 0.5 0 0.5 1 0.5 0, ce qui te donnera une note deux fois plus graves. Ça, c'est pour les notions de bases.

Maintenant, passons à la partie utilisation informatique. Si tu ne souhaite pas utiliser de librairie, je te conseille de regarder du côté du format wav. C'est clairement le format le plus simple. L'entête est décrite sur la page wikipédia dédié : Format WAV. Si tu veux faire les choses facilement, tu ne vas utiliser qu'un seul canal, ce qui te laisse deux paramètres à choisir : la fréquence d'échantillonnage et la taille d'un échantillon. La fréquence d'échantillonnage, ça correspond à la fréquence la plus courte pouvant être représenté dans ton fichier, mais aussi la vitesse à laquelle ton fichier sera lu. Il est très courant d'en avoir une de l'ordre de 44000 Hz, ce qui correspond à 44000 valeurs par secondes. Ensuite, la taille d'un échantillon correspond à la taille (en nombre de bits) utilisé pour stocker la valeur d'un échantillon, ce qui détermine la précision à laquelle tu sera capable de donner la position de la membrane. 8 bits, c'est très peu et avec 24 bits, tu es assez large. 16 bits peut être intéressant à utiliser parce que je ne connais pas de langage de programmation qui permet de représenter un entier sur 24 bits exactement.

Donc pour ton programme, il faudra créer un fichier binaire, écrire l'entête (en suivant la page wikipédia) et ensuite écrire les données les unes à la suite des autres. Si tu veux commencer le plus facilement possible, tu peux faire un fichier 8 bits à 44000 Hz qui contient une série de 50 "0" suivi de 50 "255" (valeur maximale) qui se répète au moins un millier de fois (ça fera ~2 secondes). En essayant de l'ouvrir, tu devrait entendre un La assez désagréable.

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Staff

donc ce que j'entends par la, ce n'est pas de la transformation, mais je parle du postulat, un fichier png est un ensemble de codes en hexa et en binaire qui décrivent les differents éléments de l'image(je parle ici seulement de ce qui est bitmap) et un fichier son est aussi un ensemble d'infos en binaire (enfin je suppose) […]

GouleFutée

Tu supposes bien. ^^

[…] il serait donc possible de "désassembler" un fichier PNG et de lire et écrire dans un fichier son code binaire/hexa. J'espere ne pas trop vous avoir perdu…

GouleFutée

Tu peux effectivement utiliser le contenu d'un fichier PNG pour créer un fichier audio, mais le résultat risque d'être assez peu agréable à entendre. Cela dit, c'est parfaitement faisable, oui.

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Auteur du sujet

Merci beaucoup pour tous vos éléments, je crois en avoir presque assez: par exemple, on peut voir à quoi ressemble disons, les 4 premieres notes de Hells bells(:p), qui ressemble donc a une courbe, mais comment la reproduire?

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Je comprends pas l'intérêt en fait de faire un son à partir d'une image. Ça n'a aucun sens. Il te faudrait définir toi-même à quoi correspond chaque pixel de l'image en termes de son.

Si tu veux apprendre des choses sur le son, je te conseillerais de faire quelques recherches sur la transformée de Fourier (et non pas les séries de Fourier, qui ne concernent que les signaux périodiques alors que la transformée est définie sur tout signal). Le principe est de dire qu'on peut décomposer pas trop mal tout signal sous forme de somme de sinus et le recomposer de manière pas trop mauvaise en superposant ces différents signaux (synthèse de Fourier).

Tu peux aussi te pencher sur l'échantillonnage vu qu'il y a pas mal de phénomènes à prendre en compte, par exemple le repliement et le critère de Shannon.

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Juste histoire de préciser, ça doit vouloir dire que tu es obligés d'utiliser un langage suffisamment bas niveau pour pouvoir manipuler les octets directement, donc à priori le C (détrompez-moi si vous connaissez un autre langage pour le faire). Ensuite, il va falloir que tu vire tout ce qui est en-tête de fichier, puis que tu récupères la suite d'octets restante, et enfin que tu l'enregistres en tant que son.

Mais je préfère te prévenir, la probabilité est plus que forte que tu n'arrives à rien avec ça. Déjà, il te faudra des images vachement grandes pour avoir une durée pas trop courte (2 pixels = 3 échantillons de son, soit (3/44100) seconde). Et ensuite ça fera des sons très moches.

@Berdes : Le 16 bits est tout à fait suffisant, et c'est le standard. Le 24 bits n'est utilisé qu'en studio pendant le mixage son d'une bande sonore afin d'éviter les approximations de calcul, mais à la fin c'est exporté en 16 bits.

La vie, c'est comme les mirabelles

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Mais non, c'est possible. Java doit être tout à fait capable d'ouvrir un fichier en mode binaire et d'effectuer des opérations bit à bit. Il faut rien de plus.

Utilise ton langage favori, c'est quasi certain que tu puisses faire ça avec.

Édité par anonyme

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Juste pour préciser : en parcourant une image sensé de manière continue, genre avec une courbe de Hilbert, de Peano ou de Moore et en interprétant les données des pixels (RGB, HSL ou autre) sous forme de fréquences, il doit quand même y avoir moyen d'avoir un son relativement pas désagréable.

Autrement, j'ai tester la génération d'un fichier wav en C++ et ça passe sans soucis. Donc si ça peux être utile à quelque, le voici :

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#include <cassert>
#include <cmath>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <limits>
#include <vector>

using namespace std;

using data_t = int16_t;

struct WaveHeader {
  char fileTypeBlocID[4] = {'R','I','F','F'};
  uint32_t fileSize;
  char fileFormatID[4] = {'W','A','V','E'};

  char formatBlockID[4] = {'f','m','t',' '};
  uint32_t blocSize = 16;
  uint16_t audioForamt = 1;
  uint16_t nbrCanaux = 1;
  uint32_t frequence;
  uint32_t bytePerSec;
  uint16_t bytePerBloc;
  uint16_t bitsPerSample;

  char dataBLocID[4] = {'d','a','t','a'};
  uint32_t dataSize;
} __attribute__((packed,aligned(1)));

int main() {
  ofstream file("test.wav", ios::binary | ios::trunc);
  vector<data_t> sound;

  for(int i=1; i<=7; ++i) {
    for(int j=0; j<22000; ++j) {
      double value = sin(j*i/100.*M_PI/2.)*numeric_limits<data_t>::max();
      sound.push_back(value);
    }
  }
  for(int i=1; i<=7; ++i) {
    for(int j=0; j<22000; ++j) {
      double value = sin(j*i/100.*M_PI/2.)*numeric_limits<data_t>::max();
      value += sin(j*(i-1)/100.*M_PI/2.)*numeric_limits<data_t>::max();
      value /= 2;
      sound.push_back(value);
    }
  }
  for(int i=1; i<=7; ++i) {
    for(int j=0; j<22000; ++j) {
      double value = 0.;
      for(int k=1; k<=i; ++k) {
        value += sin(j*k/100.*M_PI/2.)*numeric_limits<data_t>::max();
      }
      value /= i;
      sound.push_back(value);
    }
  }

  WaveHeader header;
  header.frequence = 44000;
  header.bitsPerSample = sizeof(data_t)*8;
  header.dataSize = sound.size()*header.bitsPerSample/8;

  header.fileSize = header.dataSize + 36;
  header.bytePerBloc = header.nbrCanaux*header.bitsPerSample/8;
  header.bytePerSec = header.frequence*header.bytePerBloc;

  cout << sizeof(header) << endl;
  assert(sizeof(header) == 44);
  file.write(reinterpret_cast<char*>(&header), sizeof(header));
  for(const data_t i : sound) {
    file.write(reinterpret_cast<const char*>(&i), sizeof(i));
  }
  return 0;
}

Note : l'attribut __attribute__((packed,aligned(1))) est spécifique à gcc. Il indique au compilateur de bien mettre les attributs les uns à la suite des autres sans laisser de place entre et est important pour écrire le header d'un coup dans le fichier (ligne 70). Donc si vous utilisez un autre compilateur, il faudra adapter cette partie (ou écrire les champs de l'en-tête un par un).

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J'avais fait un topic sur le wave il y a de ça un moment… :) https://openclassrooms.com/forum/sujet/le-format-wave-37889

@Taurre: le format mp3 utilise le codage de huffman ! Les pertes se font selon des modèles psychoacoustique. ;) C'est en fonction de ça que 2 encodeurs qui encodent les mêmes données ne donnent pas les mêmes résultats. Je dirais que c'est la partie la plus complexe dans la compression audio. :)

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Auteur du sujet

merci beaucoup ^^. J'ai deja commencé à lire des fichier d'images, qui sont plus simple dans leurs structures binaires mais je vais bientot commencer le son. Super sujet au fait ;) c'est vraiment super utile

Édité par GouleFutée

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Auteur du sujet

Bon, c'est très casse gueule en java et la manipulation de bits est très fastidieuse. je pense que je vais passer sur du C++ qui semble quand même bien plus adapté a la situation.Rien que l'absence de pointeurs est gênante…Parce que j'ai du mal a transposer le code du post d'OC en java(beaucoup de mal)

Édité par GouleFutée

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