Pourquoi les hautes fréquences inaudibles sont importantes

[jbcauchy]

Pour le résumé français j'avoue être un peu overbooké en ce moment. Il faudra être patient...

Bon, je m'y colle pour en faire un petit !

Ils ont fait écouté à un groupe de personnes de la musique contenant des signaux montants au-dessus de 20kHz, puis, le même morceau mais filtré à 20kHz en passe-bas, et aussi uniquement la partie située au-dessus de 20kHz (donc le complément du 2ème cas).

Dans chaque cas, ils ont fait un électro-encéphalogramme et une thomographie (pas sur de l'orthographe) de leurs cerveaux pendant l'écoute.

Résultats : dans le cas 2, l'électro + thomo font voir des différences importantes dans l'activité du cerveau des personnes, ce qui laisse penser qu'ils ont "réagit" à la présence des signaux au-dessus de 20kHz et c'est associé à un avis plus positif des auditeurs sur l'écoute.
Par contre, rien dans le cas 3.

Bref, cela tend à montrer que le cerveau humain réagit aux sons au-dessus de 20kHz, s'ils sont reçu en compagnie de sons en-dessous de 20kHz.

je pense avoir dit l'essentiel ?



Sinon, ils parlent régulièrement de signaux haute-fréquence non stationnaires, et ça me fait alors furieusement penser aux discussions qu'on avait eu il y a quelques temps sur les limitations de Shannon/Fourier avec les signaux non-stationnaires : à partir du moment où le contenu spectral d'un signal varie vite par rapport à l'échelle de temps d'observation, l'équivalence temps-fréquence est parfois (souvent ?) un peu litigieuse... Et c'est une des choses qui explique le besoin d'une fréquence d'échantillonnage plus élevé que le rapport 2 donné par Shannon.
Je trouve d'ailleurs dommage que l'étude ne s'inquiète pas de ce genre de chose...

Ciao

jb

[GBo]

[...]
Sinon, ils parlent régulièrement de signaux haute-fréquence non stationnaires, et ça me fait alors furieusement penser aux discussions qu'on avait eu il y a quelques temps sur les limitations de Shannon/Fourier avec les signaux non-stationnaires : à partir du moment où le contenu spectral d'un signal varie vite par rapport à l'échelle de temps d'observation, l'équivalence temps-fréquence est parfois (souvent ?) un peu litigieuse... Et c'est une des choses qui explique le besoin d'une fréquence d'échantillonnage plus élevé que le rapport 2 donné par Shannon.
Je trouve d'ailleurs dommage que l'étude ne s'inquiète pas de ce genre de chose...

Ciao

jb

Si on suit ton raisonnement (et je le suis car j'ai retrouvé ces fameuses discussions, très instructives ), et vu que la bande de 20 Khz à 100 Khz est à la fois importante pour le cerveau ET non stationnaire, il faudrait échantillonner non pas à 192 Khz mais à 10x100Khz = 1 Mhz en PCM (et beaucoup plus en DSD) pour la respecter, non ?
cdlt,
GBo.

[jbcauchy]

Salut !

Si on suit ton raisonnement (et je le suis car j'ai retrouvé ces fameuses discussions, très instructives ), et vu que la bande de 20 Khz à 100 Khz est à la fois importante pour le cerveau ET non stationnaire, il faudrait échantillonner non pas à 192 Khz mais à 10x100Khz = 1 Mhz en PCM (et beaucoup plus en DSD) pour la respecter, non ?

Euh, c'est pas tout à fait ça que je voyais : je pensais plutot que la musique est composé de signaux non-stationnaires, donc si on fait une FFT brute sans se poser de question, on va trouver des composantes à très haute fréquence qui ne seront peut-être que la visualisation fréquencielle de la non-stationnarité des signaux de fréquence plus basse, et non pas à proprement parler des composante HF du son.

Pour prendre un exemple simple : si on a un sinus à 20kHz dont l'amplitude varie au cours du temps, une FFt va nous dire qu'il y a des composantes au-dessus de 20kHz. Si on les supprime, cela revient donc à modifier les variations temporelles d'amplitude du sinus, ce qui sera alors audible MEME SI on suppose qu'on ne peut pas entendre les sons au-dessus de 20kHz.

Pour pouvoir approfondir ce genre de choses, il aurait été intéressant qu'il fassent des essais avec des signaux HF non-stationnaire mais non-corrélés avec les signaux en-dessous de 20kHz, pour voir s'il s'agit ou non d'une vraie perception des ultra-sons...

A+

jb

[GBo]

J'ai bien compris (et vérifié sous sound forge...).
cdlt,
GBo.

[Sham]

Ils ont fait écouté à un groupe de personnes de la musique contenant des signaux montants au-dessus de 20kHz, puis, le même morceau mais filtré à 20kHz en passe-bas, et aussi uniquement la partie située au-dessus de 20kHz (donc le complément du 2ème cas).

Dans chaque cas, ils ont fait un électro-encéphalogramme et une thomographie (pas sur de l'orthographe) de leurs cerveaux pendant l'écoute.

Résultats : dans le cas 2, l'électro + thomo font voir des différences importantes dans l'activité du cerveau des personnes, ce qui laisse penser qu'ils ont "réagit" à la présence des signaux au-dessus de 20kHz et c'est associé à un avis plus positif des auditeurs sur l'écoute.
Par contre, rien dans le cas 3.

jb

Merci pour ce résumé... qui semble à priori confirmer que les hautes fréquences ont un effet à partir du moment où l'auditeur perçoit le reste du spectre, puisque le cerveau ne réagit pas aux HF seules. Bref, ça confirme la perception subjective de l'enrichissement des timbres sur le spectre audible. Vive les larges bandes passantes.

[undweller]

Vive les larges bandes passantes.

+1

Dans chaque cas, ils ont fait un électro-encéphalogramme et une thomographie (pas sur de l'orthographe) de leurs cerveaux pendant l'écoute.

salut Jean-Baptiste,

pour info, en fait c'est "tomo" du grec "tomos" = couper/trancher ... la tomographie étant un examen d'imagerie par plans de coupe (utilisant par exemple un scanner médical) et permettant une reconstruction tridimensionnelle (grâce l'informatique qui va bien ). un complément utile mais cher à mettre en oeuvre étant l'IRM.

à part ça, tes explications sont extrêmement intéressantes (come toujours :8), mais faudrait penser aux pauvres de nous en mettant un ou deux schémas pour illustrer les aspects liés aux fast fourier pour des signaux non-corrélés... dans le passage suivant...

Pour pouvoir approfondir ce genre de choses, il aurait été intéressant qu'il fassent des essais avec des signaux HF non-stationnaire mais non-corrélés avec les signaux en-dessous de 20kHz, pour voir s'il s'agit ou non d'une vraie perception des ultra-sons...

... si j'ai bien compris, tu regrettes qu'un test avec des signaux > 20KHz seuls, de manière à ne pas "confondre" (sur la lecture et/ou les effets perçus) avec les sinus des fondamentales < 20KHz, n'ait pas été fait afin de valider la quesiton de la perception des des HF > 20K... c'est ça ?

Dans ce cas, quel est la différence avec le test 3 de leur protocole ?
En quoi ce dernier est-il insuffisant ?

Merci de tes lumières ,

C.
(100e harmonique)

[jbcauchy]

Salut !

pour info, en fait c'est "tomo" du grec "tomos" = couper/trancher ... la tomographie étant un examen d'imagerie par plans de coupe utilisant un scanner médical et permettant une reconstruction tridimensionnelle (grâce l'informatique qui va bien ). un complément utile mais cher à mettre en oeuvre étant l'IRM.

Merci, mon cher pour ce petit cours de linguistique appliqué !
Je vais donc me coucher (un peu) moins bète ce soir...

Comme quoi, on apprend de tout sur ce forum !

faudrait penser aux pauvres de nous en mettant un ou deux schémas pour illustrer les aspects liés aux fast fourier pour des signaux non-corrélés... dans le passage suivant...

Désolé, je suis pas un super pro du net pour faire du site web...

mais j'ai quand même trouvé ça, pour ilustrer l'allure d'un du spectre d'un signal sinus en fonction de l'évolution temporelle de l'amplitude :
http://perso.wanadoo.fr/pol.bct/exemples/Pulses.htm

Cela vient du site de POL du forum Delphi. On y voit des courbes où un sinus de durée limité conduit à un spectre qui s'étend bien au delà de la fréquence du sinus de base.
Sinon, il ne faut pas hésiter à poser des questions si ce que je dis n'est pas clair, ou si quelqu'un n'est pas d'accord (je ne prétend pas du tout détenir la vérité absolue ! ).

... si j'ai bien compris, tu regrettes qu'un test avec des signaux > 20KHz seuls, de manière à ne pas "confondre" (sur la lecture et/ou les effets perçus) avec les sinus des fondamentales < 20KHz, n'ait pas été fait afin de valider la quesiton de la perception des des HF > 20K... c'est ça ?

En fait, j'aurais aimé un test avec de la musique filtrée en passe-bas à 20kHz et avec en plus des composantes au-dessus de 20kHz rajouté artificiellement (venant un autre morceau de musique que l'on aurait filtré en passe-haut à 20kHz, ou autre).
Cela permettrait de distinguer ce qui est lié à "l'étalement spectral" des signaux non-stationnaires de fréquence inférieure à 20kHz, de ce qui est lié à de véritables signaux ultra-soniques venant en supplément.
Ce serait donc complémentaire du cas 3...

a+

jb

[Fsin]

Pour prendre un exemple simple : si on a un sinus à 20kHz dont l'amplitude varie au cours du temps, une FFt va nous dire qu'il y a des composantes au-dessus de 20kHz. Si on les supprime, cela revient donc à modifier les variations temporelles d'amplitude du sinus, ce qui sera alors audible MEME SI on suppose qu'on ne peut pas entendre les sons au-dessus de 20kHz.

Conclusion: l'oreille ne serait pas sensible aux fréquences supérieures à 20kHz mais serait très sensible à la variation d'amplitude des sons de fréquences inférieures à 20kHz. Du coup le fait de supprimer (ou plutôt de ne pas restituer) les fréquences supérieurs à 20kHz est perçu par le cerveau puisqu'il lui manque de l'information.

Cela me semble plus convaincant que les hypothéses de vibration de la boite cranienne.

[undweller]

mais j'ai quand même trouvé ça, pour ilustrer l'allure d'un du spectre d'un signal sinus en fonction de l'évolution temporelle de l'amplitude :
http://perso.wanadoo.fr/pol.bct/exemples/Pulses.htm

merci

En fait, j'aurais aimé un test avec de la musique filtrée en passe-bas à 20kHz et avec en plus des composantes au-dessus de 20kHz rajouté artificiellement (venant un autre morceau de musique que l'on aurait filtré en passe-haut à 20kHz, ou autre).
Cela permettrait de distinguer ce qui est lié à "l'étalement spectral" des signaux non-stationnaires de fréquence inférieure à 20kHz, de ce qui est lié à de véritables signaux ultra-soniques venant en supplément.

ok j'avais donc compris ton idée

Ce serait donc complémentaire du cas 3...

là, je ne suis toujours pas sûr de comprendre en quoi...
simplement par le simple fait d'enrichir, artificiellement ou non, la densité du message > 20K ?

[jbcauchy]

là, je ne suis toujours pas sûr de comprendre en quoi...

Je vais essayer de m'expliquer, en reprenant mon exemple du sinus 20kHz :
- en envoyant un sinus 20kHz + l'harmonique à 40kHz, l'oreille humaine entend-elle la différence par rapport au 20kHz seul ? Là, c'est une question de perception d'un "vrai" signal ultrasonique (un sinus à 40kHz).
- en envoyant un signal 20kHz dont l'amplitude varie, une FFT indique du niveau au-dessus de 20kHz (qui n'est pas du tout harmonique). Si l'oreille entend cela, on peut dire que l'oreille est sensible aux variations temporelles des signaux <20kHz, mais cela ne veut absolument pas dire que l'on perçoit les ultrasons.

Les cas de test présentés dans cette étude ne permettent pas selon moi de trancher définitivement entre les deux possibilités. Il y a d'ailleurs peut-être un peu des 2 dans la perception de notre oreille !

C'est plus clair comme ça ?

jb

[undweller]

C'est plus clair comme ça ?

[mode GI on]
yessa ! Crystal !
[/ mode GI]

Les cas de test présentés dans cette étude ne permettent pas selon moi de trancher définitivement entre les deux possibilités. Il y a d'ailleurs peut-être un peu des 2 dans la perception de notre oreille !

probablement, oui...
à l'instar du corps, l'oreille humaine est pleine de surprises, et de ressources

Il est en tout cas fort douteux de penser que cette limite de perception, qu'elle quelle soit, puisse être fixe (non modulée) pour un même individu selon les conditions, sans parler de l'ensemble de la planète