Le numérique ? - Music Studio JL / DIY (Do it yourself)..

Le principe général :

 L’onde sonore captée par un micro est transformée en variations de courant
électrique (micro volts). Dans le domaine analogique ces variations de courant
peuvent être amplifiée (augmentation du courant) pour actionner un haut parleur,
enregistré sur une bande magnétique, c’est ce qui était gravé mécaniquement sur les disques
vinyle.

Pour passer dans le domaine numérique on utilise un convertisseur analogique numérique (Analog Digital Convertor) ADC. Et pour repasser dans le domaine analogique on utilise un convertisseur numérique analogique (Digital Analog Convertor) DAC.

Pour cela il faut mesurer l'amplitude du signal audio à interval régulier. C'est la méthode appelée "Echantillonage". Cette fonction est réalisée par le circuit électronique appelé  "Convertisseur A.D.C", puis de stocker les valeures mesurées, pour les restituer au même intervale de temps à l'aide du circuit électronique appelé " Convertisseur D.A.C"...

Le principe du son numérique est basé sur l’échantillonnage.
Pour comprendre comment un ordinateur représente le son on peut se référer à la
façon donc le cinéma représente l’image en mouvement.
En effet l’image cinématographique est obtenue en enchainant une séries d’images fixes à une cadence rapide 24 images/second, lorsqu’on repasse les images fixes à la même vitesse on obtiens l’illusion d’une image en mouvement.
En audio numérique on agit de la même manière en prenant une multitude d’échantillons (valeurs) de l’amplitude de l’onde sonore à une cadence très élevée. On les relit par la suite pour créer l’illusion d’un son
continue.
A chaque pas d’échantillonnage une valeur unique est donc mémorisée. En fait, à intervalle régulier on mesure l’amplitude du signal.
Deux paramètres caractérisent un son échantillonné : la qualité et la résolution.

La qualité est déterminée par la fréquence d'échantillonnage. Plus la fréquence est élevée, plus on prélève d'échantillons par unité de temps et par conséquent meilleure est la qualité.
Voici un même son, échantillonné sur une même durée, mais avec deux fréquences différentes :




                     Échantillonnage :


La résolution est déterminée par la plage de valeurs que peuvent prendre les échantillons, et elle est d'autant plus élevée qu'on alloue de bits.
Voici un exemple dans lequel un même extrait sonore a été échantillonné deux fois avec la même fréquence mais une résolution différente (l’axe des ordonnées) :



Avec un échantillonnage 8 bits (à droite), l’amplitude ne pourra prendre que 256 valeurs distinctes. Avec 16 bits (à gauche), on obtiendra 65536 valeurs, nettement plus précis...(cas du CD Audio).
Plus la fréquence et résolution seront élevées, plus le son digitalisé ressemblera au son original.

Voici un petit tableau pour situer les applications sonores selon la fréquence d'échantillonnage:

A intervalle régulier, on prélève un échantillon (mesure à intervalle régulier de l'amplitude du signal), N fois par seconde.
Pour avoir un taux d’échantillonnage qui représente bien la courbe du son, il doit être au moins le double de la fréquence du son à restituer. (Théorème de Shannnon)

Pour un son d’une fréquence de 10 KHz, l’échantillonnage doit être de 20 KHz.( 20 Khz = 20,000 échantillons par seconde ). Plus la fréquence du son est élevée, plus la numérisation doit être précise.( Le CD audio à un taux de 44,100). Tandis qu'un son à basse fréquence demandera une numérisation moins précise. A cette vitesse, il y a une quantité phénoménale d'échantillons.

Exemple:  Une seconde à 22 KHz occupe 22 K, 60à 22 KHz donnera un fichier de:
--> 1,320 x k44,100 KHz x 16 bits = 10 Mega
C’est pour cette raison que les fichiers numériques sont très volumineux. (Voir les fichiers «» dans vos ordinateurs). D'où l'idée, de chercher à les compresser..

La résolution:
Pour chaque échantillon, l’ordinateur donne un chiffre. Par exemple, si l’échantillonnage se fait en 8 bits, l’ordinateur aura une plage de chiffres entre 0 et 256. S’il se fait en 16 bits il aura une plage de chiffres de 0 à 65,000.
Le passage de 8 bits à 16 bits doublera le poids du fichier. C’est l’interminable dilemme entre les contraintes de qualité et celles d’économie de la mémoire. Les profondeurs de bits plus élevées offrent une plage dynamique plus large avec une plus grande qualité, mais avec un poids et un débit élevé.
8 bits (enregistrement vocal, peu utilisé par les premières cartes sons).16 bits (le standard d’aujourd’hui et le plus universelLe CD Audio).
24 bits (résolution minimum utilisée par les professionnels, car il autorise une plus grande précision d’échantillonnage du son, en outre, il offre une grande dynamique).
32 bits (utilisée par les professionnels, idéal pour le traitement (manipulation) du son numérique sans perte).

Audio saturé:
La saturation signifie que le son analogique est trop fort, ou bien, que le niveau d'entrèe dépasse les capacité d'échantillonage du convertisseur.. les niveaux électriques sont trop élevés et écrêtés à leurs valeurs maximales. Il en résulte des distorsions appelés saturations, fort désagréables.
Si le son est saturé, la seule solution consiste à refaire la capture ou de réenregistrer à un niveau plus faible.

Rappel: Les fréquences audibles par les humains va de 20Hz à 20000Hz (au plus), et ne confondez pas la fréquence d'échantillonage (vitesse à laquelle on echantillone (on mesure) un signal, et la fréquence du signal audio que vous entendez..

Les formats non compressés :

L’enregistrement de qualité professionnelle et le montage s’effectuent on format
non compressé.(sans perte..)
.aiff Audio Interchange File Format Format audio PCM développé par Apple Computer
pour l’enregistrement musical de haute qualité. Également utilisé par Silicon
Graphics et d’autres professionnels du son. Peut être joué par toute une gamme
d’utilitaires téléchargeables sur PC ou MAC.
.wav Format de fichier son non compressé codé PCM. Particulier à Windows.
.snd
Aiff et Wav sont le même format PCM il n y a que le « header » (en tête) qui
change l’équivalent de plain text en son. PCM (pulse code modulation) enregistre
simplement les valeurs binaires issues de l’échantillonnage. Il tient beaucoup
d’espace disque.

Les formats compressées :

Les principes de compression audio sont compliqués à comprendre mais globalement
il s’agit de faire une analyse spectrale du signal audio (mesurer les fréquences
présentes), ces informations peuvent être encodées sous forme de « frames » et
stocké es ou transférées de façon beaucoup plus économe que du son non compressé.
Le MPEG-3 - plus connu sous le nom de MP3 - est le standard de compression du son
assurant à la fois une excellente qualité de reproduction et un excellent taux de
compression. Cependant il est vivement recommandé de ne pas trop compresser le
signal. 192 kbps est recommandé 128 kbs minimum.
Ogg Vorbis : Freeware de qualité égale voir meilleure que MP3 mais moins répandu

Le CD Audio :

Pour le CD audio, le format est fixe et non compressé (défini par le «Red book) soit, 16bits en stéréo entrelacés. En effet, en stéréo l’échantillon de la voie droite succèdera à la voie gauche, et ainsi de suite..), en sortie il faudra dé-entrelacer les échantillons et les diriger vers leurs voie respective.

Le Streaming :

Osons une traduction française : "flot continu" On utilise ce qualificatif pour
indiquer que des données passent très rapidement d’un dispositif à un autre de
telle manière que le dispositif récepteur puisse les utiliser en même temps qu’il
continu à les reçoit, sans attendre qu’elles soient toutes arrivées. C’est le cas des
échanges de données son lors d’une conversation téléphonique interactive. Ce n’est pas le cas du transfert d’une vidéo QuickTime sur Internet.
Le streaming utilise un buffer (tampon en mémoire) dans l’ordinateur récepteur pour « absorber » les
variations dans la réception des paquets d’information venant d’un réseau comme Internet, afin de diffuser de l’audio en continue et compenser les éventuelles ruptures du son.

Spatialisation :

Cela concerne les systèmes Multicanaux, lecteurs de DVD, Ampli Audio-Vidéo, qui permettent une diffusion en multi points. Ce qui veut dire que le son diffusé ou enregistré sur le support contient plusieurs canaux, soit avec une technique d'encodage de phase, à partir de deux canaux primaires; ou bien avec directement plusieurs canaux audio (pistes) sur le support lui-même.

Dolby surround - Encodage spécial qui utilise des phénomènes de Phase pour encoder plusieurs pistes audio à partir de deux pistes Stéréo d'origine, créant ainsi un effet d'ambiance.

Dolby Digital - Permet la diffusion de plusieurs pistes audio réelles, avec une légère compression (équivalente du MP3), pour obtenir un signal sur 6 voir 7 canaux, (voir l’audio des DVD) et généralement à destination des salles de cinéma, et désormais pour le Home-Studio à domicile.

DTS - Permet la diffusion de plusieurs pistes audio réelles, mais sans compression du signal, sur 6 voir 7 canaux, (sur certain DVD) également à destination des salles de cinéma, et des Home-cinéma pour les plus perfectionnistes.