Le son numérique

Le son numérique
Le son est une vibration de l'air, c'est-à-dire une suite de surpressions et de dépressions de l'air par
rapport à une moyenne, qui est la pression atmosphérique. D'ailleurs pour s'en convaincre, il suffit
de placer un objet bruyant (un réveil par exemple) dans une cloche à vide pour s'apercevoir que
l'objet initialement bruyant n'émet plus un seul son dès qu'il n'est plus entouré d'air ! La façon la
plus simple de reproduire un son est de faire vibrer un objet (corde de guitare par exemple).
Pour reproduire des sons, on utilise généralement des haut-
parleurs. Il s'agit en fait d'une membrane reliée à un électroaimant,
qui, suivant les sollicitations d'un courant électrique va aller en
avant et en arrière, ce qui provoque une vibration de l'air situé
devant lui, c'est-à-dire du son !
De cette façon on produit des ondes sonores qui peuvent être
représentées sur un graphique comme les variations de la pression
de l'air (ou bien de l'électricité dans l'électroaimant) en fonction
du temps. L'amplitude caractérise la puissance du son (volume).
La fréquence (fonction du temps) distingue les sources sonores :
les sons graves auront des fréquences basses, et les sons aigus des
fréquences élevées.
Echantillonnage du son
Pour pouvoir exploiter un son sur une plateforme informatique, il faut le convertir en valeurs
numériques, Cette conversion consiste à relever des petits échantillons de son (relever des
différences de pression) à des intervalles de temps précis. C'est l'échantillonnage ou la
numérisation du son. L'intervalle de temps entre deux échantillons est appelé taux
d'échantillonnage. Sa valeur qualifiera la qualité du son numérisé, elle est exprimée en fréquence
(hertz). Voici 3 exemples de taux d'échantillonnage et de qualités de son associées : 44 100 Hz
qualité CD, 22 000 Hz qualité radio, 8 000 Hz qualité téléphone.
Notre oreille perçoit les sons environ jusqu'à 20 000 Hz, il faut donc une fréquence
d'échantillonnage au moins de l'ordre de 40 000 Hz pour obtenir une qualité satisfaisante.
Représentation informatique du son
A chaque échantillon (correspondant à un intervalle de temps) est associée une valeur qui détermine
la valeur du son, celui-ci n'est donc plus représenté comme une courbe continue présentant des
variations mais comme une suite de valeurs pour chaque intervalle de temps, c'est le codage.
Avec un codage sur 1 octet (8 bits), on obtient 256 valeurs possibles
Avec un codage sur 2 octets (16 bits) on dispose de 65536 valeurs
possibles
Un codage sur 2 octets la qualité de son est à l'évidence bien
meilleure, mais le besoin en mémoire est beaucoup plus important.
Ce besoin sera doublé si la source du son est stéréophonique. Un son
est donc représenté (informatiquement) par plusieurs paramètres :
1. la fréquence d'échantillonnage
2. le nombre de bits d'un échantillon
3. le nombre de voies (une seule correspond à du mono, deux à
de la stéréo, et quatre à de la quadriphonie)

Les formats
Le format Wave (. wav)
Au commencement était le format Wave (onde, en anglais), adopté par Microsoft comme standard
audionumérique pour Windows. Egalement nommé PCM, ou AIFF sur Macintosh, c'est un format
dit linéaire, c'est-à-dire non compressé. Dans Windows, il sert au stockage des sons du système,
mais c'est aussi le format utilisé pour les voix, les bruitages des CD-Rom et des pages Internet ainsi
que pour les pistes de CD audio. Pour l'adapter à ces différents usages, on peut faire varier sa
qualité en modifiant trois paramètres : le nombre de canaux (un en mono, deux en stéréo), la
fréquence d'échantillonnage (de 8 000 Hz à 48 kHz) et la résolution (8 ou 16 bits). Plus ces valeurs
sont élevées, meilleure est la qualité, mais plus le fichier occupe de place : pour un simple
commentaire vocal, un signal mono en 8 bits et 22 kHz sera suffisant, tandis que pour un CD audio,
on doit garder les mêmes valeurs : stéréo, 16 bits, 44,1 kHz. Ce qui représente un fichier de 30 Mo
pour un morceau de trois minutes. En pratique, le format Wave sert aujourd'hui essentiellement à
deux choses : la numérisation des sons sur PC grâce au magnétophone de Windows et la copie
numérique des pistes de CD audio sur le disque dur, pour réaliser des compilations que vous gravez
sur un CD vierge.
Le format MP3
Le format MP3 (MPEG-1 Audio layer 3) est un format de compression de données audio par
destruction de données, développé par l'organisation de standardisation internationale (ISO –
International Standard Organization). Ce format permet de compresser des fichiers audio habituels
(format WAV ou CD audio) avec un taux de 1:12, c’est-à-dire d'enregistrer l'équivalent en fichiers
de 12 albums de musique sur un seul CD-ROM. De plus, le format mp3 est connu pour n'altérer que
faiblement le son pour l'oreille humaine.
En fait la compression MPEG layer 3 consiste à retirer des données audio les fréquences inaudibles
pour l'auditeur moyen dans des conditions habituelles d'écoute. La compression vise donc à
analyser les composantes spectrométriques d'un signal audio, et de leur appliquer un modèle
psycho-acoustique pour ne conserver que les sons "audibles". L'oreille humaine est capable de
discerner, en moyenne, des sons entre 0.02 kHz et 20 kHz, sachant que sa sensibilité est maximale
pour des fréquences entre 2 et 5 kHz. La compression consiste à déterminer les sons que nous
n'entendons pas et à les supprimer. Elle est destructive, c'est-à-dire avec une perte d'information.
Elle s'appuie sur "l'effet de masque" du fait que lorsqu'il y a des sons de fort volume sonore, nous
n'entendons pas les sons faibles (exemple : lorsqu'un organiste ne joue pas, on entend le souffle dans les
tuyaux de l'instrument, et quand il joue, l'on ne l'entend plus car il est masqué).
La qualité d'un enregistrement MP3 dépend des paramètres d'échantillonnage.

Le format Windows Media Audio (. wma)
Depuis deux ans environ, plusieurs formats de compression tentent de ravir au MP3 sa place de
leader. Si l'un d'entre eux y parvient un jour, ce sera probablement le format WMA (Windows
Media Audio). Conçu par Microsoft et distribué via le lecteur Windows Media, il est proposé par un
nombre croissant de sites Internet, en plus ou à la place du MP3. Le WMA est présenté comme plus
performant car plus compact (à qualité égale). Il est cependant moins universel et sa fonction
"protection contre la copie" présente l'inconvénient de rendre les fichiers illisibles par la plupart des
logiciels de lecture audio et lecteurs MP3.
Les formats RealAudio (. rm, . ra) et RealJukebox (. rmj, . rmx)
Pendant que le format MP3 s'imposait, une technologie de diffusion en direct par Internet de la
musique ainsi que de la vidéo se développait en parallèle. Nommée streaming, cette technologie
permet à l'utilisateur de ne pas avoir à télécharger un morceau en entier avant de commencer à
l'écouter. C'est le logiciel RealPlayer, développé par la société RealNetworks, qui a popularisé cette
technologie, avec ses formats RealMedia (. r) et RealAudio (. ra). Mais il s'agit là de formats ne
permettant pas de stocker les chansons sur son disque dur. Toutefois, en 1999, RealNetworks a
lancé son propre logiciel de lecture et d'encodage audio, RealJukebox, avec deux nouveaux formats
propriétaires, RMJ (non sécurisé) et RMX (sécurisé).Ces deux formats sont proches en qualité du
MP3, du moins lorsqu'ils sont encodés avec la version complète et payante de RealJukebox (le débit
de la version gratuite étant limité à 96 kbits/s). Leur principal défaut étant de ne pas être compatible
avec le MP3.
Les autres formats : . lqt, . vqf, . aac, . mov, . avi, . mid, . kar
La valse des formats continue. Certains représentent un progrès réel, comme le VQF de Yamaha ou
encore le format Advanced Audio Coding (AAC), destiné à remplacer le MP3 au sein de la norme
de compression audiovisuelle Mpeg-2. Ces deux formats offrent un taux de compression supérieur
au MP3 pour une qualité égale, mais le temps d'encodage est plus long et le nombre de logiciels
compatibles encore réduit. Le format Liquid Audio est lui souvent utilisé pour la vente de musique
en ligne. Il s'agit en fait d'une version sécurisée du MP3, comparable en qualité, mais qui nécessite
le téléchargement du lecteur Liquid Player. Il ne faut pas non plus oublier les formats vidéo, en
particulier QuickTime (. mov) et AVI (. avi), qui peuvent très bien ne contenir que du son. Quant
aux formats Midi (. mid) et Midi karaoke (. kar), ils sont caractéristiques de la technologie Midi.
Mais on rentre là dans le domaine de la composition musicale par ordinateur, une tout autre histoire.
Sources : sites Web Wikipedia, 01net, CCM