L’égalisation - Théorie, technique et équipement

Notions préliminaires

Aux débuts de la téléphonie, les ingénieurs ont dû faire face à un problème : les fréquences aiguës subissaient des pertes proportionnelles à la longueur des câbles, rendant les conversations longue distance sourdes et peu intelligibles. Ils se lancèrent alors dans la conception d’un circuit électronique qui devait rendre les sons “égaux” (identiques) de chaque côté de la ligne. Le nom donné à ce circuit fut “égaliseur”.

Les égaliseurs utilisés dans la production musicale de nos jours sont rarement employés pour rendre deux signaux identiques mais plutôt dans un but esthétique ou pratique, résultant dans la plupart des cas en une réponse en fréquence qui n’est pas “plate”. L’égalisation peut être utilisée pour ajuster le timbre d’instruments ou de voix individuellement à l’intérieur du spectre général du mixage, ou pour masquer des sons indésirables comme le bourdonnement d’un ampli de guitare ou combattre le larsen d’un système de sonorisation, par exemple.

On peut donc définir l’égalisation comme le procédé qui consiste à ajuster l’équilibre entre les différentes composantes fréquentielles d’un signal audio à l’aide de filtres. Une façon simple de comprendre un égaliseur est de le considérer comme un appareil avec des boutons de volume indépendants pour des fréquences particulières. La plupart des équipements Hi-Fi disposent de filtres simples qui permettent des ajustements dans les graves et les aigus, et les égaliseurs utilisés en production musicale offrent nettement plus de flexibilité dans le modelage du contenu fréquentiel d’un signal.

Ce dossier est le premier volet d'un dossier complet sur l'égalisation. Il est théorique et parfois assez technique mais nous vous encourageons vivement à le lire avant de passer au deuxième volet plus pratique, car il est important d'avoir un minimum de compréhension des concepts acoustiques expliqués ci-après afin de prendre les bonnes décisions lorsque vient le moment de tourner les boutons de son égaliseur au mixage !

DE LA FRÉQUENCE...

La fréquence est le nombre d'occurrences d’un phénomène périodique par unité de temps et la période est la durée de l’un des cycles d’un phénomène périodique, ce qui en fait la réciproque de la fréquence.

On appelle longueur d'onde la distance parcourue par l'onde durant une période. Elle est donc inversement proportionnelle à la fréquence.

Sur ce schéma, la fréquence est de 2 Hz : il y a deux vibrations complètes en 1 seconde

Pour prendre un exemple concret, si le cœur d’un nouveau-né bat à 120 battements par minutes, sa période (le temps entre deux battements) est d’une demi-seconde (60 secondes divisées par 120 battements).

La fréquence est un paramètre important utilisé en science et en ingénierie pour caractériser la cadence des phénomènes vibratoires et oscillatoires, en particulier les signaux audio (mais aussi les ondes radio ou la lumière).

Le son se propage sous forme d’ondes dans l’air (ou autres fluides) et ses composantes fréquentielles déterminent sa “couleur” ou son timbre. La fréquence d’un son est la propriété qui permet de déterminer sa hauteur au sens musical, elle est mesurée en Hertz (cycles par seconde).

Les fréquences audibles par l’oreille humaine sont limitées à une gamme spécifique, typiquement entre 20 Hz et 20000 Hz (20 kHz), mais le seuil supérieur diminue considérablement avec l’âge. D’autres espèces peuvent percevoir des gammes de fréquences différentes : jusqu’à 60 kHz pour certains chiens par exemple.

... À LA NOTE DE MUSIQUE

La hauteur d’un son est une sensation auditive au sein de laquelle l’auditeur fait correspondre des notes de musique à des positions relatives sur des gammes musicales, en se basant principalement sur sa perception des fréquences.

En comparant le son qu’on cherche à évaluer à des sons aux tonalités pures (ceux avec des ondes sinusoïdales), on peut associer des notes à des ondes sonores apériodiques complexes, comme une touche enfoncée sur un piano à queue ou une voix humaine, par exemple.

Fréquences pures des notes d'un piano

La hauteur d’un son complexe peut être ambiguë selon l’auditeur, qui peut percevoir plusieurs hauteurs différentes. La fréquence fondamentale peut être déterminée précisément par des mesures physiques mais peut différer de la note perçue en raison des harmoniques.

Le degré de finesse des différences de hauteur que l’oreille humaine peut percevoir varie en fonction du contenu fréquentiel. En dessous de 500 Hz, nous percevons des variations d’environ 3 Hz pour les ondes sinusoïdales et 1 Hz pour les timbres complexes. Au-delà de 1000 Hz nous percevons des différences d’environ 0,6% (soit 10 cents). La finesse de détection augmente lorsque les deux tons sont jouées simultanément plutôt que l’un après l’autre.

SÉRIE HARMONIQUE

Une série harmonique est une séquence de sons (des tons purs représentés par des ondes sinusoïdales) au sein de laquelle la fréquence de chaque son est un multiple entier de la fondamentale (la fréquence la plus basse).

Les instruments de musique accordés sont souvent basés sur un résonateur acoustique comme une corde (piano, guitare) ou une colonne d’air (orgue, trompette), qui oscille à plusieurs modes simultanés. Aux fréquences de chaque mode vibratoire, les ondes voyagent dans les deux directions le long de la corde ou de la colonne d’air, créant des phénomènes de renforcement et d’annulation (ondes stationnaires). L'interaction avec les molécules d’air génère des ondes sonores audibles, qui se déplacent en partant de l’instrument. En raison de l’espacement typique de ces résonances, ces fréquences sont essentiellement limitées aux multiples entiers (ou harmoniques) de la fréquence la plus basse. Ce sont ces multiples qui forment la série harmonique.

La hauteur d’une note de musique est généralement perçue comme le partiel le plus bas (la fondamentale), qui peut être celui créé par la vibration sur toute la longueur de la corde ou de la colonne d’air, ou une harmonique plus élevée selon le choix de l’instrumentiste. Le timbre d’une note stable est fortement affecté par l’intensité relative de chaque harmonique.