DÉMYSTIFIONS…
Dans l’univers du son, la notion de phase occupe nombre de discussions. De la prise de son au mixage, du calage système au mastering, les notions de phase sont prégnantes. Et, de fait, pour en éviter les pièges, il est vraiment utile de bien comprendre les phénomènes qui se cachent derrière cette notion.
Commençons par évoquer la polarité, dont la notion est parfois confondue avec la phase. Quel que soit le signal audio, le changement de polarité consiste à inverser les valeurs des niveaux instantanés, c’est-à-dire appliquer un facteur -1. Les grandeurs positives deviennent négatives, et inversement. Le signal ne subit aucun décalage temporel, il est simplement comme reflété dans un miroir placé sur l’axe horizontal des niveaux zéro (fig. 1).
Sur une liaison audio symétrique, le point chaud véhicule le signal en phase, et le point froid le même en opposition de phase. Pour inverser la polarité, il suffit – et c’est ainsi que fonctionnent la plupart des étages d’entrée analogiques –, de permuter les connexions du point chaud et du point froid.
Un exemple d’utilité de cette inversion de la polarité se trouve dans la prise de son d’une caisse claire avec deux micros. L’un orienté de haut en bas sur la peau, l’autre de bas en haut sous le timbre (fig. 2). Lorsque vous frappez la peau, l’onde acoustique va créer une pression sur le micro inférieur, mais une dépression sur le micro supérieur. Les vibrations des deux capsules sont de polarités opposées. Inverser la polarité de l’un des deux signaux doit permettre de rendre constructive la somme des deux signaux. Même si, parfois, ça « sonne » mieux sans l’inversion de polarité !
LA PHASE
La phase est une notion qui fait référence à la position d’une forme d’onde par rapport à un temps zéro ou une autre onde. Le déphasage s’exprime en degrés. Quelle que soit la fréquence du signal, le cycle de la forme d’onde correspondra à une rotation complète sur un cercle, soit 360° (fig. 3). On appelle cela la période du signal.
Deux signaux de même fréquence sont en phase lorsqu’ils passent par l’axe zéro au même moment et qu’ils ont la même polarité (fig. 4).Lorsqu’un signal est décalé dans le temps par rapport à l’autre, on appelle cela un déphasage (fig. 5). Si le déphasage atteint 180°, les deux signaux se retrouvent en opposition de phase, c’est-à-dire en polarité inversée (fig. 1). L’inversion de polarité est donc un cas particulier du déphasage, à 180°. Quand le déphasage arrive à 360°, les deux signaux se retrouvent à nouveau parfaitement en phase d’un point de vue électrique, mais décalés dans le temps d’une période complète.
COMBIEN DE TEMPS UNE PÉRIODE DURE-T-ELLE ?
Quelle que soit la fréquence du signal périodique, le déphasage peut s’exprimer au sens électrique entre 0 et 360°, donc entre une durée nulle et celle d’une période complète. Si le déphasage est supérieur à 360°, par exemple 380°, le résultat électrique sera le même qu’avec un déphasage de 380 – 360 = 20°.Le déphasage en angle peut se traduire en temps. La durée T d’une période est liée à la fréquence F du signal, et s’obtient par le calcul T = 1/F. Cela donne, pour 20 Hz, T = 50 ms, pour 1 kHz, T = 1 ms, et pour 20 kHz, T = 50 μs.Un déphasage de 180°, celui de l’opposition de phase (ou de polarité), va donc correspondre à un décalage temporel de 50/2 = 25 ms pour un signal à 20 Hz, mais 0,5 ms pour 1 kHz et 25 μs à 20 kHz.
Fourier l’a montré, tout signal périodique peut être décomposé en une série de signaux sinusoïdaux, constituée d’une fondamentale sommée à des harmoniques de fréquences multiples de la fondamentale et d’amplitudes diverses (fig. 6).Un changement de polarité va inverser chacune des composantes et conduire à l’inversion de la somme des composantes constituant le signal.
