COLORATION D'UNE BANDE DE BRUIT DUE À UN ECHO

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HAL Id: jpa-00230654

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Submitted on 1 Jan 1990

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COLORATION D’UNE BANDE DE BRUIT DUE À UN ECHO

F. Santon

To cite this version:

F. Santon. COLORATION D’UNE BANDE DE BRUIT DUE À UN ECHO. Journal de Physique

Colloques, 1990, 51 (C2), pp.C2-143-C2-146. �10.1051/jphyscol:1990234�. �jpa-00230654�

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ler Congrès Français d'Acoustique 1990

COLORATION D'UNE BANDE DE BRUIT DUE À UN ECHO

F. SANTON

Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique du CNRS, 31, Chemin Joseph-Aiguier, F-13402 Marseille Cedex 09, France

Résumé

-

On a e f f e c t u é des mesures du seuil d e coloration d e bandes d e bruit due à un écho

--

de r e t a r d variable. Les bandes d e bruit ont pour largeur une bande critique ou deux bandes critiques. On obtient non pas un seul minimum comme dans l e c a s du bruit blanc, mais une succession d e maximums et d e minimums d'autant plus accentués que l a largeur d e l a bande d e bruit est plus réduite.

Abstract

-

Coloration threshold measurements were made f o r bands of noise in t h e presence of a n echo with a variable delay. The bandwidth was s e t t o one critical band o r t w o critical bands. The d a t a d o not show a single minimum of t h e threshold a s a function of t h e delay, a s in t h e c a s e of white noise, but r a t h e r we found several maxima and minima depending on t h e bandwidth ; t h e narrower t h e bandwidth, t h e more strongly marked t h e maxima and minima are.

1 - INTRODUCTION

On connait bien depuis les travaux dlATAL, SCHROEDER e t KUTTRUFF (1) l'effet d'un é c h o d e r e t a r d Tau variable sur l e timbre d'un bruit blanc. Le s p e c t r e initial e s t transformé par l'effet d'un f i l t r e e n treillis dont l e s minimums sont distants d e (l/Tau) Herz, donnant lieu à une modification du timbre baptisée "coloration" ^:au bruit blanc semble s e superposer un son musical complexe dont l a sonorité quelque peu rapeuse évoque une f l û t e de Pan.

ATAL e t ses collaborateurs avaient travaillé a v e c des filtres e n treillis ^:ils ont montré des courbes donnant l a variation du seuil d e coloration Ns (Niveau d e l'écho ou Niveau d e l'écho p a r rapport a u son direct) e n fonction de Tau. Le r e t a r d é t a i t déduit du s p e c t r e du filtre.

Les auteurs qui ont travaillé sur c e sujet plus récemment ont utilisé directement des lignes à r e t a r d (21, (31, (41, (5). L'objet d e l a présente étude e s t l a variation du seuil d e coloration si l'on envisage non pas un bruit blanc, mais d e s bandes d e bruit d e largeur limitée Delta F.

2 - PROCEDURE EXPERIMENTALE

L'auditeur e s t situé dans une chambre anéchoi'que (5 m x 5 m x 5 m). On lui présente d'abord l e signal d e référence, donné par l e haut-parleur frontal, signal d e 350 ms d e durée e t d'un niveau égal à 60 dB, puis une seconde a p r è s les deux signaux dont l'un présente le son d i r e c t d e niveau 60 dB et l'écho, l'autre l e son direct seul dont l e niveau, suivant les présentations varie aléatoirement e n t r e 59 e t 62 dB. C e t t e variation évite l a présence d'un "indice d e niveau1' qui aiderait l'auditeur. D'autre p a r t l e signal Son Direct + Echo a une durée limitée à 350 ms, donc l'écho une durée 350 ms

-

Tau, Tau é t a n t l a durée du retard, c e qui évite l a présence d'un "indice temporel". Les temps d e montée e t d e descente des signaux sont d e 30 ms.

L'auditeur doit répondre p a r 1 ou 2 à l'aide d'un terminal conversationnel suivant qu'il estime que l'écho s e trouve dans le premier ou le.deuxième signal présenté. Suivant la technique des "blocs d e 2", l e niveau d e l'écho fixé à 60 dB a u départ diminue d e 2 dB après deux réponses c o r r e c t e s e t augmente après une réponse fausse. Après chaque réponse, l'auditeur reçoit un "feedback" indiquant la réponse correcte. On relève 8 inversions du sens d e variations du niveau, et l'on f a i t l a moyenne des 6 dernières. Le t e s t e s t présenté trois fois e t l'on f a i t l a moyenne des trois seuils partiels relevés : un calcul d'écart-type permet d e vérifier l a cohérence d e s résultats.

Nous avons utilisé, comme l'avaient f a i t A N D 0 et ALRUTZ (2) des bandes d e bruit c e n t r é e s respectivement sur l e s fréquences F c d e 250, 500, 1000, 2000 e t 4000 Hz. Les bandes d e bruit ont une largeur E e l t a F égale soit à une bande critique (Bc), soit à deux bandes critiques (2 Bc). Nous présentons l e s résultats obtenus pour F c = 250, 500 e t 1000 Hz pour un même auditeur sur l e s figures 1, 2 e t 3.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1990234

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COLLOQUE DE PHYSIQUE

Ns (dB)

3 0 / ! ; : +^l : :

; I I

^{Tau (ms)}

1 2 3 4 5 6 7 8 9 110 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 I

Fig 1 : Coloration threshold Ns as a function of the delay Tau of an echo, for two bands of noise ( - 200 t o 300 Hz; --- 150 to 350 Hz) and for one listener.

1

3 2 I

I $ : : I + I ;I I A I l Tau (ms)

Fig 3 : Coloration threshold Ns as a function of the delay Tau of an echo, for two bands of noise ( - ⁸⁸⁰t o 1120 Hz;

---

750 t o 1250 Hz).

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T

I I '

Fig 2: Coloration threshold Ns as a function of the detay Tau cf an echo, for two bands of noise ( - 450 to 550 Hz;

---

⁴⁰⁰

to 600 Hz).

4 0

3

-

RESULTATS

I I

S I ; ; + ; ; ; S ; ; ; $ ; ; ; $ ; ; ; $ ; +

^I ^{Tau (ms)}

D'une façon générale, on c o n s t a t e que les courbes présentent une succession d e maximums et d e minimums d'autant plus accentués que l e r e t a r d e s t plus faible et que l a bande d e bruit e s t plus réduite.

On peut estimer que le premier minimum d e l a courbe Ns (Tau) correspond à la présence dans l a bande d e fréquence envisagée du premier minimum du f i l t r e e n treillis. Si c e minimum coïncide a v e c l a fréquence centrale Fc, on a alors :

. 5 1 . 5 2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . 5 7 . 5 8 . 5 9 . 5 1 1 0 . 5 1 1 . 5

I

1/(2 Tau) = F c

Pour l e s minimums ultérieurs on obtient :

3/(2 Tau) = Fc, 5/(2 Tau) = F c et ainsi d e suite.

On a matérialisé s u r chaque figure l a situation des minimums ainsi calculés par d e s rectangles noirs, sur l'axe des Tau.

On peut d'autre p a r t estimer que si l e f i l t r e présente au moins deux minimums dans l a bande d e fréquence considérée, il n'y aura plus d e variation locale ,du seuil d e coloration, c e qui correspond à une valeur minimale d e Tau définie par :

2/Tau = Delta F

c e qui donne p a r exemple Tau = 1 0 m s pour D e l t a F = 200 Hz.

C e t t e frontière est matérialisée sur les figures par une ligne en pointillé verticale, dans l e c a s où Delta F = 2 Bc. Les distances e n t r e les minimums des courbes Ns (Tau) correspondent assez bien à la périodicité d e s valeurs d e Tau données p a r les triangles noirs.

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COLLOQUE DE PHYSIQUE

4 - CONCLUSION

Dans l e c a s d'un bruit blanc, l e seuil d e coloration Ns augmente régulièrement e n fonction d e Tau, après un minimum dont l a situation e s t variable suivant l e s auditeurs. C e t t e situation n'a pas, a priori, d e justification théorique. Les mesures p a r bandes d e bruit pourraient indiquer que c e minimum e s t l i é à une bande d e fréquences préférentielle suivant l e s différents auditeurs. D'autre part, e n élargissant l a bande d e fréquences considérée l e s variations locales d e l a courbe Ns (Tau) deviennent plus faibles ; à l a limite, pour un bruit blanc, elles n e sont plus liées qu'à l'erreur d e mesure. Il n e semble pas que dans c e t t e évolution, l a bande critique a i t un rôle déterminant : e n e f f e t , pour une largeur Delta F

= 2 Bc, l e s variations locales d e Ns (Tau) r e s t e n t notables.

REFERENCES

(1) ATAL B.S., SCHROEDER M.R. e t KUTTRUFF K.F. Perception of coloration in filtered gaussion noise.

4 O ICA, H31, Copenhague, 1962.

(2) AND0 Y. et ALRUTZ H. Perception of coloration in sounds fiels in relation t o t h e autocorrela- tion function.

J. Acust. Soc. Am 71 (3) p 616, 1982.

(3) TOOLE F.E. et OLIVE S.E. The modification of timbre by resonances : perception and measure- ment.

J. Eng. Soc, 36 (3) p 1 2 2 , 1988.

(4) SANTON F. Nouveaux résultats sur l a coloration.

13O ICA, Belgrade, p 439, 1989.

(5) BECH S. Audibility of single reflections with short delay times.

13' ICA, Belgrade, p 447, 1989.