Comprendre la phase en audio

La plupart du temps, le néophyte subit ces « problèmes » de phase sans même en avoir conscience. Quelque chose ne tourne pas rond au niveau du son, mais il ne comprend pas vrai­ment d’où cela peut venir et tâtonne pour brico­ler une solu­tion bancale. Pour­tant, cette mysté­rieuse histoire de phase n’a rien de bien sorcier et peut même deve­nir un précieux allié lorsqu’on s’y inté­resse un tant soit peu. Dans cette première partie, nous allons abor­der la ques­tion d’une façon simple pour mieux appré­hen­der la partie théo­rique de la grande méchante phase !

Genèse

Au commen­ce­ment était le Son. Comme vous le savez, il s’agit basique­ment de vibra­tions se propa­geant dans l’air sous la forme d’une varia­tion de pres­sion. Lorsque nous captons un son via un micro­phone, ce dernier se trans­forme en signal élec­trique que nous pouvons repré­sen­ter par une forme d’onde.

Afin de nous simpli­fier la tâche, nous allons consi­dé­rer l’un des sons les plus simples qui soit, à savoir une onde sinu­soï­dale pure qui se compose donc de « creux » et de « bosses » alter­nant de façon régu­lière (ici à une fréquence de 440 Hz).

Si nous ajou­tons à ce signal une autre sinu­soïde parfai­te­ment iden­tique en alignant exac­te­ment les « creux » et les bosses » (c’est-à-dire aucun déca­lage tempo­rel entre les deux), nous obte­nons en sortie une forme d’onde oscil­lant à la même fréquence, mais ayant augmen­tée de 6 dB. Nous disons alors que ces deux signaux sont en phase.

À l’in­verse, si nous alignons ces mêmes formes d’onde afin que les « bosses » de l’une coïn­cident avec les « creux » de l’autre, nous obte­nons un magni­fique silence. Les signaux sont alors dits hors phase. 

en phase

hors phase

Sans aller dans cette situa­tion extrême, un simple petit déca­lage tempo­rel entre les deux signaux se traduira par une baisse plus ou moins impor­tante du niveau sonore en sortie. Ce déca­lage s’ap­pelle alors une rota­tion de phase et se mesure en degrés. Une rota­tion de 180° corres­pond au phéno­mène du hors phase, 360° reve­nant à un aligne­ment parfait des formes d’onde, mais avec un cycle de déca­lage.

Filtre en peigne

Toute cette partie théo­rique est bien jolie, mais dans la vraie vie nous avons rare­ment à trai­ter un cas aussi simple qu’une sinu­soïde pure. Cepen­dant, une forme d’onde, aussi complexe soit-elle, n’est rien d’autre que la conju­gai­son d’ondes simples de diffé­rentes fréquences. Ainsi, dans l’exemple ci-contre, la troi­sième forme d’onde est la somme des deux premières. S’il est facile de comprendre ce qu’il se passe lorsque l’on super­pose ce signal à lui-même en étant en phase ou hors phase, (respec­ti­ve­ment augmen­ta­tion du volume de 6 dB ou silence total pour les deux du fond qui ne suivent pas !) que se passe-t-il lors d’une rota­tion de phase d’une poignée de degrés obte­nue par un déca­lage tempo­rel de quelques milli­se­condes entre les deux formes d’onde ?

Il se produit alors un phéno­mène que l’on nomme filtrage en peigne (comb filte­ring en anglais) qui se traduit par la dimi­nu­tion de certaines zones de fréquences comme nous le montre un analy­seur de spectre. La courbe rouge repré­sente les deux signaux en phase, la verte étant le résul­tat du déca­lage tempo­rel de la figure précé­dente. Ce phéno­mène s’ex­plique tout simple­ment grâce à la décom­po­si­tion en formes d’onde simples du signal complexe. Il est facile de comprendre alors que le déca­lage tempo­rel induit des problèmes de phase avec certaines ondes, mais pas avec d’autres, d’où la figure en forme de peigne dans l’ana­ly­seur de spectre.

To be conti­nued…

Après lecture de cet article, il appa­raît évident que des problèmes de phase peuvent faci­le­ment ruiner votre travail. La prochaine fois, nous jette­rons un oeil sur des cas concrets afin de trans­for­mer ces diffi­cul­tés en force.