Analyseur de spectre audio

Une forme d’onde indique le niveau sonore à chaque instant ; un spectre indique les fréquences qui composent ce niveau. L’analyseur ci-dessus propose les deux vues, ainsi qu’un spectrogramme, c’est-à-dire le spectre qui évolue dans le temps. Un même signal, trois images complémentaires : passer de l’une à l’autre est le moyen le plus rapide de comprendre de quoi un son est fait.

La forme d’onde trace l’amplitude des échantillons en fonction du temps : excellente pour repérer l’écrêtage, les silences et la dynamique globale, mais aveugle à la hauteur. Le spectre prend une fenêtre courte (quelques milliers d’échantillons) et montre l’énergie présente dans chaque bande de fréquences, des graves les plus bas à gauche jusqu’aux aigus à droite. Le spectrogramme empile des centaines de ces spectres de gauche à droite, au fil du temps, l’intensité étant rendue par la couleur : un glissando de piano devient une traînée ascendante, une note tenue de violon une ligne horizontale stable, et la parole une chaîne de formants de voyelles.

La transformée de Fourier rapide (FFT) convertit un bloc d’échantillons temporels en amplitudes de fréquences. Elle répond à la question : « si ce bloc était une somme de sons purs, quelle part de chacun occuperait-il ? » L’analyseur découpe l’audio en fenêtres qui se chevauchent, de quelques milliers d’échantillons, et applique une FFT à chacune : les petites fenêtres précisent mieux le moment, les grandes précisent mieux la fréquence, d’où le compromis inévitable de la taille de fenêtre. L’option de fréquence logarithmique ci-dessus ne concerne que l’affichage : elle étire le graphique pour que les octaves graves, où se trouve l’essentiel de la musique, gagnent en largeur au lieu d’être écrasés contre le bord gauche.

Jouez un la3 sur n’importe quel instrument : le spectre montre un pic à 440 Hz (la fondamentale) ainsi que des pics plus petits à 880, 1 320 et 1 760 Hz, les harmoniques, multiples entiers de la fondamentale. C’est l’équilibre de ces harmoniques qui rend le la3 d’un violon différent de celui d’une flûte : même fondamentale, recette différente au-dessus. C’est pourquoi le spectre est la vue de référence pour identifier un instrument, prendre des décisions de mixage ou traquer le bruit : un ronflement secteur apparaît comme un pic tenace à 50 ou 60 Hz, et la troncature d’un MP3 se voit comme une énergie qui s’arrête net vers 16 kHz.

• La forme d’onde indique la hauteur. Non. Deux accords très différents au même volume ont des formes d’onde presque identiques. L’information de hauteur n’apparaît qu’après la FFT, dans les vues spectre ou spectrogramme.
• Un spectre et un spectrogramme, c’est la même image. Non. Le spectre est une tranche de fréquences à un instant donné ; le spectrogramme est la succession de milliers de ces tranches dans le temps. Le spectre répond à « quoi », le spectrogramme à « quand ».
• Un fichier CD cache de l’audio au-delà de 22 050 Hz. Non. Un échantillonnage à 44 100 Hz limite mathématiquement le contenu à 22 050 Hz ; la limite de Nyquist est une propriété des échantillons eux-mêmes, non de l’affichage.

Outils associés : MIDI vers WAV et Audio vers WAV / FLAC pour produire des fichiers qui méritent d’être analysés, Réduction du bruit lorsque le spectrogramme révèle un souffle ou un ronflement constant, et Normalisation audio lorsque la forme d’onde montre des niveaux à corriger.