Sound themes (recording and reproduction) - Les thème du son (l'enregistrement et reproduction)

in STEMGeeks2 months ago


In my previous posts, I shared :

That was the first chapter of my thesis.

In this post, I would like to share the second chapter that's called ''Sound themes''.

Let me start by ''recording and reproduction of the sound''.

I'll translate it from French to English !


1. The recording of and reproduction of sound :

1.1 Presentation :

Recording and reproduction of sound, converting acoustic vibrations into geometric, optical or magnetic signals on a durable medium, and playing these signals in order to restore the sound in its original form.

L'enregistrement du et reproduction son :
Présentation :
Enregistrement et reproduction du son, conversion des vibrations acoustiques en signaux géométriques, optiques ou magnétiques sur un support durable, et lecture de ces signaux afin de restituer le son sous sa forme d'origine.

1.2 Registration procedures :

A recording system consists of three elements: a medium (disk, tape, cylinder, etc.), a recorder and a player. There are several recording methods which fall into two groups: analog methods and digital methods.

Procédés d’enregistrement :
Un système d'enregistrement se compose de trois éléments : un support (disque, bande, cylindre, etc.), un enregistreur et un lecteur. Il existe plusieurs procédés d'enregistrement qui se divisent en deux groupes : les procédés analogiques et les procédés numériques.

1.3 Analogue recordings :

Analog recordings retain sound in its original form, that of a modulated signal. They convert acoustic waves into signals obeying the same law of variation. This type of recording can be mechanical, optical or magnetic.

Enregistrements analogiques :
Les enregistrements analogiques conservent le son sous sa forme originale, celle d'un signal modulé. Ils convertissent les ondes acoustiques en signaux obéissant à la même loi de variation. Ce type d'enregistrement peut être mécanique, optique ou magnétique.

1.4 Mechanical recording :

The sound recording system is easily understood if we consider the mechanical method which was, historically, the first used. In this process, sound waves strike a light metal diaphragm and set it in motion. A point or a chisel is connected to the diaphragm and therefore oscillates at the same time as it. Under the point, a disk or cylinder of wax, metal or other suitable material rotates so that the chisel traces a spiral-shaped groove on it. By oscillating, the chisel traces laterally or vertically a wavy furrow, according to the sound which struck the diaphragm. Thus, the geometric shape of the groove reproduces the variations of the acoustic waves well. If, for example, the sound wave has a frequency of 440 Hz (440 cycles per second), then the chisel oscillates 440 times per second. If the disc rotates under the chisel at a speed of 10 cm / s, the groove will exhibit 44 oscillations / cm (44 peaks and 44 valleys).

To reproduce the recorded sound, the reverse mechanism is used: a needle connected to a diaphragm is placed in the groove, which rotates at 10 cm / s. The ridges and valleys of the groove cause the needle to oscillate at 440 Hz; this in turn causes the diaphragm to vibrate, which produces sound waves of the same frequency in the air.

Enregistrement mécanique :
Le système d'enregistrement du son se comprend facilement si l'on considère la méthode mécanique qui fut, historiquement, la première utilisée. Selon ce procédé, les ondes sonores frappent un léger diaphragme en métal et le mettent en mouvement. Une pointe ou un burin est relié au diaphragme et oscille donc en même temps que lui. Sous la pointe, un disque ou un cylindre de cire, de métal ou d'un autre matériau approprié, tourne de sorte que le burin trace dessus un sillon en forme de spirale. En oscillant, le burin trace latéralement ou verticalement un sillon ondulé, suivant le son qui a frappé le diaphragme. Ainsi, la forme géométrique du sillon reproduit bien les variations des ondes acoustiques. Si, par exemple, l'onde sonore a une fréquence de 440 Hz (440 cycles par seconde), le burin oscille alors 440 fois par seconde. Si le disque tourne sous le burin à la vitesse de 10 cm/s, le sillon présentera 44 oscillations/cm (44 crêtes et 44 creux).
Pour reproduire le son enregistré, on emploie le mécanisme inverse : on place une aiguille reliée à un diaphragme dans le sillon qui tourne à 10 cm/s. Les crêtes et les creux du sillon font osciller l'aiguille à 440 Hz ; celle-ci fait à son tour vibrer le diaphragme, qui produit dans l'air des ondes sonores ayant la même fréquence.

1.5 Optical recording :

Following the optical recording method, used in sound cinema from the 1930s, sound waves are transformed by a microphone into equivalent electrical oscillations. These are then amplified and are used to modify the intensity or the size of a light beam (by means of a valve or light modulator, an oscillating mirror or a slit of variable width). The resulting variable light beam then impresses a side band of cinema film, which is then developed. This film has either a variable density and a constant width, or variations in transparency and size of the exposed area (when the track is recorded by means of an oscillating mirror or a slit). During the projection of the film, two light beams pass through the film: one passes through the images and projects them onto the screen; the other crosses the soundtrack and hits a photocell, which sends the corresponding modulations to an amplifier, then to the loudspeakers in the room. If we want to reproduce the soundtrack on another film, we focus a light source on it, behind which we place a photoelectric cell.

Enregistrement optique :
Suivant la méthode d'enregistrement optique, utilisée dans le cinéma sonore à partir des années 1930, les ondes sonores sont transformées par un microphone en oscillations électriques équivalentes. Celles-ci sont ensuite amplifiées et servent à modifier l'intensité ou la taille d'un faisceau lumineux (au moyen d'un clapet ou modulateur de lumière, d'un miroir oscillant ou d'une fente de largeur variable). Le faisceau lumineux variable qui en résulte impressionne alors une bande latérale de pellicule de cinéma qui est ensuite développée. Cette pellicule comporte, soit une densité variable et une largeur constante, soit des variations de transparence et de taille de la zone exposée (lorsque la piste est enregistrée au moyen d'un miroir oscillant ou d'une fente). Lors de la projection du film, deux faisceaux lumineux traversent la pellicule : l'un traverse les images et les projette sur l'écran ; l'autre traverse la piste sonore et frappe une cellule photoélectrique, qui envoie les modulations correspondantes vers un amplificateur, puis dans les haut-parleurs de la salle. Si l'on veut reproduire la piste sonore sur une autre pellicule, on focalise une source lumineuse sur celle-ci, derrière laquelle on place une cellule photoélectrique.

1.6 Magnetic recording :

The most common analog recording method is magnetic recording, where sound waves are converted into electrical impulses by a microphone, amplified and then recorded on a plastic tape coated with metal particles. Recording is carried out by a small electromagnet (recording head) in front of which the tape runs at constant speed. This electromagnet, supplied by the electrical signals from the microphone, produces on the tape a magnetization proportional to the variation of the electrical impulses. For playback, the reverse process is followed: the magnetic fields of the tape induce electrical impulses in another electromagnet (read head) which are then amplified and sent to the loudspeakers. These then transform them into audible sound waves.

Enregistrement magnétique :
La méthode d'enregistrement analogique la plus courante est l'enregistrement magnétique, où les ondes sonores sont converties en impulsions électriques par un microphone, amplifiées puis enregistrées sur une bande de matière plastique enduite de particules métalliques. L'enregistrement est effectué par un petit électroaimant (tête enregistreuse) devant lequel défile la bande à vitesse constante. Cet électroaimant, alimenté par les signaux électriques du microphone, produit sur la bande une aimantation proportionnelle à la variation des impulsions électriques. Pour la lecture, on suit le processus inverse : les champs magnétiques de la bande induisent dans un autre électroaimant (tête de lecture) des impulsions électriques qui sont ensuite amplifiées et envoyées vers les haut-parleurs. Ceux-ci les transforment alors en ondes sonores audibles.

1.7 Digital recordings :

Unlike an analog recording which inevitably distorts sound waves while also picking up unwanted noise, a digital recording is a faithful reproduction of the original sound, eliminating distortion. A digital recorder measures the shape of sound waves several thousand times per second, assigning a numerical value to each of these measurements. These digits are then converted into binary electronic pulses which are placed in memory for reconversion and subsequent reading.

This technique, which was first limited to professional recording, is now very popular, particularly applying to compact discs which have replaced most of the vinyl discs. A digital compact disc is a small aluminized disc where the electronic pulses, first converted into digital signals, are then transcribed in the form of cells etched on the surface. The compact disc, protected by plastic, is placed in a reader where a laser beam reads the encoded information. Electronic circuits convert them into analog signals which are then amplified and broadcast by conventional amplifiers and speakers. This type of digital recording can be considered as a mechanical recording since it uses the geometric variations of the compact disc.

Enregistrements numériques :
À la différence d'un enregistrement analogique qui déforme inévitablement les ondes sonores en captant également des bruits indésirables, un enregistrement numérique constitue une reproduction fidèle du son original, éliminant les distorsions. Un enregistreur numérique mesure la forme des ondes acoustiques plusieurs milliers de fois par seconde, en attribuant une valeur numérique à chacune de ces mesures. Ces chiffres sont ensuite convertis en impulsions électroniques binaires qui sont placées dans une mémoire en vue d'une reconversion et d'une lecture ultérieure.
Cette technique, qui fut tout d'abord limitée à l'enregistrement professionnel, est aujourd'hui très populaire, s'appliquant en particulier aux disques compacts qui ont remplacé la majeure partie des disques en vinyle. Un disque compact numérique est un petit disque aluminé où les impulsions électroniques, d'abord converties en signaux numériques, sont ensuite transcrites sous forme d'alvéoles gravées à la surface. Le disque compact, protégé par du plastique, est placé dans un lecteur où un rayon laser lit les informations codées. Des circuits électroniques les convertissent en signaux analogiques qui sont ensuite amplifiés et diffusés par des amplificateurs et des haut-parleurs classiques. Ce type d'enregistrement numérique peut être considéré comme un enregistrement mécanique puisqu'il a recours aux variations géométriques du disque compact.

1.8 High Fidelity :

High-fidelity (hi-fi) is a technique for recording and reproducing sound, making it possible to obtain a very faithful reproduction of the characteristics of the original sound. To correspond to high-fidelity standards, the sound must present the minimum of distortion and must reproduce the full range of frequencies audible by the human ear, located between 20 Hz and 20,000 Hz, which requires high technicality.

Different methods are used to reduce background noise, and in particular hiss. The best known is the Dolby system, installed on most tape recorders: high-pitched sounds are amplified when recording, then reduced in inverse proportion to playback. The breath being mainly made up of high frequencies, it is thus practically eliminated.

Haute Fidélité :
La haute-fidélité (hi-fi) est une technique d'enregistrement et de reproduction du son, permettant d'obtenir une restitution très fidèle des caractéristiques du son original. Pour correspondre aux normes haute-fidélité, le son doit présenter le minimum de déformations et doit restituer la gamme complète de fréquences audibles par l'oreille humaine, située entre 20 Hz et 20 000 Hz, ce qui requiert une haute technicité.
Différentes méthodes sont utilisées pour réduire le bruit de fond, et en particulier le souffle. La plus connue est le système Dolby, installé sur la plupart des magnétophones : les sons aigus sont sur amplifiés à l'enregistrement, puis réduits en proportion inverse à la lecture. Le souffle étant principalement constitué de hautes fréquences, il est ainsi pratiquement éliminé.

1.9 Stereophonic sound :

Stereophonic sound gives listeners the illusion of being in front of the real sound source, for example an orchestra. In fact, sound is recorded separately, from the left and right sides of the orchestra, and reproduced identically through the use of two (or even more) speakers. The listeners hear the instruments located on the left in the left speaker, and those on the right in the right speaker, or even the movements of a singer from one side of the stage to the other, etc. .

That was the first part of the second chapitre of my first thesis !

In my next posts I'll share the second and the third part.

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