Les phénomènes qui nous entourent sont quasiment tous continus, c'est-à-dire que lorsque ces phénomènes sont quantifiables, ils passent d'une valeur à une autre sans discontinuité.
Ainsi, lorsque l'on désire reproduire les valeurs du phénomène, il s'agit de l'enregistrer sur un support, afin de pouvoir l'interpréter pour reproduire le phénomène original de la façon la plus exacte possible. Lorsque le support physique peut prendre des valeurs continues, on parle d'enregistrement analogique. Par exemple une cassette vidéo, une cassette audio ou un disque vinyle sont des supports analogiques.
Par contre, lorsque le signal ne peut prendre que des valeurs bien définies, en nombre limité, on parle alors de signal numérique.
La représentation d'un signal analogique est donc une courbe, tandis qu'un signal numérique pourra être visualisé par un histogramme.
De cette façon, il est évident qu'un signal numérique est beaucoup plus facile à reproduire qu'un signal analogique (la copie d'une cassette audio provoque des pertes...).
La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée numérisation. La numérisation comporte deux activités parallèles : l'échantillonnage (en anglais sampling) et la quantification. L'échantillonnage consiste à prélever périodiquement des échantillons d'un signal analogique. La quantification consiste à affecter une valeur numérique à chaque échantillon prélevé.
La qualité du signal numérique dépendra de deux facteurs :
Ainsi, grâce à la numérisation on peut garantir la qualité d'un signal, ou bien la réduire volontairement pour :
Le théorème de Shannon stipule que pour pouvoir numériser correctement un signal, il faut échantillonner à une fréquence double (ou supérieure) à la fréquence du signal analogique que l'on échantillonne.
Un convertisseur analogique numérique (CAN) est un appareil permettant de transformer en valeurs numériques un phénomène variant dans le temps. Lorsque les valeurs numériques peuvent être stockées sous forme binaire (donc par un ordinateur), on parle de données multimédia.
Un ordinateur dit « multimédia » est une machine capable de numériser des documents (papier, audio, vidéo...). Les principaux périphériques comportant des convertisseurs analogique numérique sont :
Les convertisseurs numérique analogique permettent de restituer un signal numérique en signal analogique. En effet, si une donnée numérique est plus facile à stocker et à manipuler, il faut tout de même pouvoir l'exploiter. A quoi servirait un son numérique si l'on ne pouvait pas l'entendre...
Ainsi, sur un ordinateur multimédia on trouve des convertisseurs numérique analogique pour la plupart des sorties :
autre version :
On peut diviser
les obsédés du son en deux tribus bien distinctes : les fanas de l'analogique et
ceux du numérique, quoique la tendance soit au compromis chez les premiers.
Voici quelques précisions qui vous permettront d'apprécier les deux systèmes...
Un son est une onde, produite par
un objet en vibration. Quand il vibre, cet objet passe par une infinité de
positions définissant la courbe sonore (ex : une corde qui vibre passe par une
infinité de points dans l'espace) alors que le numérique est basé sur une
réduction de ce nombre de points afin d'être exploitable par une machine.
Pour vous faire une idée, imaginez un danseur (ou mieux, une danseuse) en plein
soleil (c'est l'analogique) ou en club, devant un strobo (c'est le numérique).
C'est une image très exagérée, mais le principe est le même : le soleil
diffusant une lumière continue, vous percevez tous les mouvements. En revanche,
le strobo n'éclaire que par flashs : vous ne voyez donc que des bribes des
mouvements réellement effectués.
Alors une question
se pose : pourquoi choisir le numérique si c'est tellement moins bien ? Eh bien
imaginez que vous accélérez tellement le strombo que vous n'avez plus tellement
de différences pour distinguer les mouvements (Le nombre de fois où le strombo
s'allume par seconde, c'est la fréquence). Voilà, vous y êtes, le numérique en
est là aujourd'hui : il n'y a plus beaucoup de différences, mais il en reste.
Bon, mais ça n'explique toujours pas pourquoi dans 99% des cas, on choisit du
numérique. Tout simplement parce que les données numériques ne s'altèrent pas :
alors que l'analogique véhicule un signal qui s'affaiblit et gagne en souffle à
chaque appareil de la chaine, le numérique transmet des chiffres qui sont
immuables. Autres raisons : le numérique est beaucoup moins cher et plus facile
à mettre en œuvre !
Alors que reste t'il à l'analogique ? Hormis sa qualité de définition, tous ses défauts, le fait qu'il soit imparfait ajoute de la chaleur au son, des surprises (bonnes ou mauvaises).
En ce qui concerne les claviers, sur un synthé analogique, le son est plus riche et varie en fonction de la chaleur des composants, faisant découvrir de nouveaux sons, obligeant à rechercher toujours mieux : rien à voir avec la nouvelle génération de synthés pseudo-analogiques, qui ont en revanche l'avantage de garantir de retrouver ses sons et de les modifier que quand on leur demande.
3 ème version d'Audiofanzine:
Définition du son
A
l'heure où le tout numérique tente petit à petit de prendre la place de
l'analogique, il est bon de se poser la question de savoir plus précisément ce
qu'est vraiment le numérique, ses possibilités, et ses limitations.
Avant d'entrer dans le vif du sujet, prenons le temps de redéfinir ensemble
quelques notions. Au fil de ces pages je vais privilégier le sens logique,
l'intuition et l'expérience personnelle plutôt que des considérations
mathématiques, physiques ou de théorie du signal.
Ce dossier permet de bien débuter dans ce domaine. Un second
dossier, plus poussé et plus complexe, est disponible sous le doux nom de
Les
secrets de l'audionumérique.
Pour commencer, qu'est ce que le son ?
Sous
sa forme la plus simple, le son n'est qu'une vibration mécanique, c'est à dire
un mouvement plus ou moins complexe d'objets matériels autour de leurs points
d'équilibre. En l'occurrence, si un auditeur perçoit un son, c'est parce que
les particules d'air immédiatement limitrophes de ses tympans vibrent. Par
ailleurs, intervient également un phénomène de propagation de ces vibrations
dans certains matériaux : le son atteint généralement les oreilles de
l'auditeur après avoir été transmis par l'air depuis sa source (remarque :
sous l'eau, ce sont les particules d'eau qui transmettent le son).
C'est la source qui est à l'origine de la vibration. Posez la main sur votre gorge en émettant un son, posez la sur un haut parleur : les objets qui émettent du son sont des objets vibrants. Ensuite cette vibration se transmet de proche en proche par l'intermédiaire du milieu (l'air, l'eau...). Dans le vide, le son ne se propage pas puisqu'il n'y a pas de milieu matériel.
Les auditeurs entendent des sons, car la pression de l'air change légèrement dans leurs oreilles. A un point fixe, c'est la pression d'air qui va vibrer au cours du temps. On peut représenter cette variation de pression par rapport au temps sous forme graphique. De la même façon cette pression, récupérée par un capteur (microphone...), peut être représentée sous forme de tension :
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Le premier signal électrique que je vais introduire est le signal électrique analogique. C'est celui que l'on observe immédiatement à droite du graphe de pression au cours du temps. Il est directement semblable (analogue) à la pression au cours du temps à un facteur multiplicatif près. Le signal électrique analogique qui nous intéresse ici n'est en fait qu'une variation temporelle d'un potentiel électrique similaire aux variations de pression de l'air au cours du temps. Les correspondances entre ces deux phénomènes physiques sont usuellement réalisées grâce aux microphones et haut-parleurs.
L'information analogique est constituée de valeurs continues dans le temps, c'est à dire qu'à tout instant correspond une valeur (de pression par exemple). De plus le signal analogique peut prendre n'importe quelle valeur dans les limites du système. On ne peut pas quantifier un nombre d'état de la pression: il existe une infinité de valeurs. C'est le système de représentation le plus riche et le plus précis.
Par opposition aux signaux analogiques, l'information numérique est constituée de valeurs discrètes, c'est à dire que l'on connaît la valeur du signal uniquement à certains instants. Un signal numérique est une suite temporelle de valeurs binaires.
Une unité d'information binaire s'appelle un bit (de l'anglais binary digit), et un bit ne peut emprunter que les valeurs 1 ou 0.
Continuons
avec quelques notions sur les nombres binaires. Dans le système décimal usuel,
chaque chiffre représente une puissance de dix alors qu'il représente une
puissance de deux dans le système binaire. Un nombre constitué de plus d'un
chiffre binaire (bit) est appelé "mot" binaire (c'est un peu la même distinction
qu'entre chiffre et nombre). Plus un mot contient de bits et plus le nombre
d'états qu'il peut représenter est important : un mot de 8 bits admet 256 (2 à
la puissance 8) états et un mot de 16 bits en admet 65536 (2 à la puissance 16).
Le bit de plus faible poids (2 puissance 0) est appelé élément binaire de poids
faible (LSB ou Least Significant Bit) alors que le bit de plus grand poids est
appelé élément binaire de poids fort (MSB ou Most Significant Bit).
L'information sonore analogique sous forme électrique est convertie sous forme électrique numérique par l'intermédiaire d'un système appelé convertisseur analogique-numérique (A/N ou CAN). Il est établi qu'un signal analogique peut emprunter un nombre infini de valeurs, alors qu'un signal numérique ne peut emprunter qu'un nombre limité de valeurs fixées. Le nombre de valeurs fixées possibles pour un signal numérique dépend de la longueur des mots binaires utilisés, autrement dit du nombre de bits. Afin de convertir un signal analogique en signal numérique, il est nécessaire de mesurer son amplitude à intervalles de temps réguliers (c'est l'échantillonnage) et d'affecter une valeur binaire à chacune des mesures (c'est la quantification).
Le processus de conversion analogique-numérique a une incidence majeure sur la qualité finale du signal audionumérique. En effet, la qualité du message musical, une fois converti, ne peut jamais s'améliorer, mais plutôt empirer. Pour les applications audionumériques, l'offre s'étend aujourd'hui du convertisseur 8 bits/32 kHz jusqu'au convertisseur 24 bits/192 kHz très haut de gamme, en passant par le traditionnel convertisseur 16 bits/44,1 kHz. Comme la suite de cette partie le démontre, le taux d'échantillonnage et le nombre de bits par échantillon sont les principaux facteurs qui influent sur la qualité audio. La qualité des convertisseurs détermine quant à elle la différence entre la qualité sonore obtenue et la qualité théorique fixée par ces deux facteurs.
