Le centroïde spectral
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Le centroïde spectral est un descripteur acoustique dont la valeur est obtenue à partir d'un calcul statistique (moyenne pondérée) effectué sur la représentation fréquentielle du signal (voir "Signal vs Spectrum"). Le centroïde est donc un descripteur spectral et correspond à un type précis d'évaluation de la courbe (ou forme) du spectre.
La mesure du centroïde consiste à déterminer l'endroit où se situe le centre de gravité spectral du signal. Sa valeur correspond à une fréquence (en Hz), de part et d'autre de laquelle l'énergie du spectre est équitablement répartie. Habituellement, on calcule successivement la fréquence correspondant au centroïde sur plusieurs fenêtres temporelles (d'une durée prédéterminée d'environ 50-60 millisecondes, en moyenne), puis on calcule la fréquence moyenne pour l'ensemble de la durée du son évalué.
Autrement dit, le centroïde "représente le poids relatif des fréquences aiguës et graves" [1]. Plusieurs études en psychoacoustique ont démontré qu'il était fortement corrélé à la brillance perçue du son, et qu'il s'agissait d'une des propriétés les plus importantes lorsque l'oreille humaine doit différencier plusieurs timbres instrumentaux (par exemple, le timbre du hautbois et celui du cor).
Par ailleurs, on observe souvent une variation du centroïde lorsqu'un.e instrumentiste augmente la nuance dynamique de son instrument. Si un.e trompettiste joue une note d'abord en nuance piano, puis en nuance forte, l'intensité sonore (en décibels) augmentera, mais on observera également un déplacement du centroïde vers les aigus, ce qui correspond à un son plus brillant. Dans le cas d'instruments dont le registre dynamique est restreint, comme la flûte traversière, on utilise d'ailleurs souvent les variations de brillance (donc de centroïde) afin de simuler de plus grands changements dynamiques.
Courbe d’évolution du centroïde spectral d’un banjo (à droite) en comparaison avec le spectrogramme (à gauche) issu du même son. On remarque que la valeur du centroïde diminue à mesure que l’on évolue dans le son, ce qui concorde avec la distribution des harmoniques (les partiels aigus s’estompent plus rapidement), ainsi qu’avec la forme de son enveloppe d’amplitude (démontre la corrélation entre intensité et centroïde spectral).
Références
[1] McAdams, Stephen, et Bruno Giordano. 2010. « La psychoacoustique dévoile le potentiel musical du timbre ». Dans Actes du 10ème Congrès Français d’Acoustique. Lyon, France. Repéré le 7 janvier 2018 à l’URL, http://www.brunolgiordano.net/SMC_BLG_ 2010_CFA10.pdf.
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