Le son est une vibration, une onde, produite par tous les éléments de notre environnement, comme le verre quand il claque (et en heurte un autre), comme la porte quand on frappe avec les phalanges pour frapper... Et les haut-parleurs sont des systèmes électromécaniques qui générer une vibration basée sur un courant électrique et avec laquelle nous sommes capables d'imiter le son de la nature, d'imiter cette onde générée par les éléments physiques de notre environnement.
À la fin du XIXe siècle, Edison a inventé le phonographe, capable de transférer ces vibrations qui se propagent dans l'air (le son) vers un cylindre, puis de les reproduire à nouveau. L'enregistrement consistait à faire vibrer l'air en faisant vibrer une aiguille d'enregistrement qui marquait cette même onde sur une couche d'aluminium entourant le cylindre. Puis, en déplaçant le cylindre avec une aiguille de lecture, il vibrait en passant dans la rainure préalablement gravée. Cette vibration est ce que l'auditeur a fini par ressentir.
Et en gros, c'est comme ça que fonctionne un disque vinyle, qui a popularisé le transfert de la seconde moitié du 20e siècle.
Cette façon d'enregistrer de la musique est connue sous le nom d'analogique (par opposition au numérique).
Son analogique
Le son dans le monde réel est analogique, l'onde sonore a des valeurs infinies, des détails infinis. Lorsque cette onde sonore se déplace dans une rainure sur un cylindre ou un disque, cette rainure a également des valeurs et des détails infinis.
Le son n'avait pas été enregistré depuis de nombreuses années en mettant un chanteur devant un phonographe. Au fur et à mesure que l'industrie progressait, elle "électrifiait" le processus. Maintenant, le chanteur ou l'instrument génère ses ondes devant un microphone, qui convertit ces vibrations de l'air en une onde électrique, qui voyage à travers un câble jusqu'à ce qu'elle atteigne un appareil audio, où elle est amplifiée, filtrée, mélangée avec le son d'autres microphones… et finalement il se rendrait (électriquement) à un magnétophone, comme un disque, et générerait un groove qui capterait cette vibration.
Le son analogique n'était pas seulement stocké dans des grooves. L'utilisation de bandes magnétiques, qui sont arrivées sur le marché intérieur sous le nom de "cassettes", est également devenue populaire. Ici, au lieu d'une rainure, nous avions un ruban avec des particules magnétiques qui étaient orientées selon un aimant (tête) qui leur était indiqué. Ensuite, pour écouter cette musique, il suffisait que l'aimant (la tête) fasse l'inverse, se laissant guider par le champ magnétique des particules de la bande.
Et il servait aussi à transmettre le son par câble (téléphone) ou par radio, d'abord l'AM puis, plus sophistiqué, le FM qui est encore utilisé régulièrement aujourd'hui.
Problème audio analogique
Tout comme le son analogique est capable de rassembler des valeurs et des détails infinis, il est également altérable à l'infini par n'importe quel élément extérieur.
Ainsi, lorsque le son voyage sous forme de signal électrique à travers le câble, depuis le microphone qui l'a capté, il est altéré par les interférences électromagnétiques dans la pièce, générées par d'autres appareils (amplificateurs, lumières, câbles électriques... ) ainsi que par la résistance électrique du câble lui-même.
Lorsqu'il atteint l'appareil récepteur qui le traite, il est également affecté par l'interférence elle-même et par l'équipement lui-même.
Lors de la gravure en réalisant une rainure, celle-ci est altérée par la matière et sa résistance, la matière de l'aiguille, son utilisation antérieure, etc. Une fois enregistré, le disque est altéré en le touchant avec les mains, en le jouant, en touchant l'aiguille, l'environnement, l'humidité, la chaleur… tout altère cet enregistrement et donc ce son.
Si nous parlons de bandes magnétiques, l'altération des informations est très simple : les champs magnétiques des haut-parleurs, des câbles ou de la lumière du soleil provoquent l'altération des informations, ainsi que l'humidité de l'environnement dans lequel elles sont stockées.
Dans le cas de la transmission radio, l'exposition aux éventuelles interférences et modifications du son est beaucoup plus élevée, c'est pourquoi c'est le support qui offre le moins de qualité et qui est le plus sensible.
Sans oublier la dernière étape de la chaîne : l'équipe le lit, l'amplifie, l'envoie aux intervenants et les intervenants eux-mêmes.
Pour cette raison, la musique analogique de qualité nécessite un équipement très coûteux et de haute qualité pour essayer de minimiser (seulement minimiser, pas éliminer) tous ces effets négatifs. Par exemple des câbles blindés pour essayer de réduire les interférences électriques, des connecteurs plaqués or ou des câbles spéciaux pour réduire la résistance, des matériaux très coûteux et de haute qualité...
L'autre gros problème, ce sont les copies : si vous copiez le contenu, le contenu copié n'est plus le même que l'original, il s'est partiellement détérioré. Si cette copie est faite une autre copie, elle se détériore de plus en plus. C'était très facile à voir lors de la copie de cassettes VHS.
Son numérique : résolution
Dans le monde numérique, il n'y a pas de gris infinis, il n'y a que du noir et blanc, oui ou non, 1 ou 0, sans possibilités intermédiaires. Cette unité d'information minimale est connue sous le nom de bit [b]. Cela présente un certain nombre de problèmes et un certain nombre d'avantages.
Puisque le monde réel a plus de 2 sons, deux couleurs, deux lettres… il faut assembler plus de bits et ainsi représenter plus de possibilités.
Si nous avons 2 bits nous pouvons stocker 4 valeurs :
- 00 (0)
- 01 (1)
- 10 (2)
- 11 (3)
Si nous avions 3 bits, ce serait 8 valeurs, 4 bits 16 valeurs… et ainsi de suite. La pratique habituelle est d'utiliser des groupes de 8 bits, appelés octets [B].
Lorsqu'un signal sonore est numérisé, l'onde est échantillonnée pour voir sa valeur à un moment précis et cette valeur est convertie en un nombre (le nombre le plus proche). Lugo est rééchantillonné et la valeur suivante est stockée et ainsi de suite. Cette fonction est réalisée par un dispositif connu sous le nom de convertisseur numérique-analogique (ADC).
Selon le nombre de bits dont nous disposons, nous obtiendrons une résolution inférieure ou supérieure lors de la numérisation. Par exemple, si nous utilisons 2 bits, nous pourrions enregistrer 3 niveaux différents (0 à 3). Plus nous aurons de bits, plus nous pourrons avoir de niveaux différents et plus ce sera vrai.
Supposons une onde sonore analogique d'une durée de 1 seconde.
Nous numérisons cette onde avec une résolution de 2 bits et prenons 11 échantillons en une seconde. Cela signifie qu'au plus nous pouvons utiliser 4 valeurs différentes.
Celui-ci sera stocké sous la forme d'une séquence de 11 nombres (11 échantillons ont été réalisés) de 2 bits chacun.
Lorsque nous transformerons ces informations en une vague, nous devrons travailler avec les informations que nous avons stockées. Comme vous pouvez le voir, il ne ressemble pas beaucoup à l'original.
Cependant, si nous répétons le processus de numérisation avec 4 bits, chaque échantillon pourrait avoir l'une des 16 valeurs possibles, ce qui rend l'onde plus similaire à l'original.
Le prix à payer pour cette résolution plus élevée est l'espace occupé dans le stockage. Avec 4 bits on occupe deux fois plus qu'avec 2 bits. Et cela augmentera à mesure que nous ajouterons plus de bits.
Son numérique : le taux d'échantillonnage.
Le convertisseur analogique-numérique prend un échantillon de l'onde à un moment précis et le convertit en un nombre. Mais stocker de la musique est nécessaire pour prélever des échantillons de l'onde au fil du temps.
Quant à la résolution, si nous prenons quelques échantillons, nous utiliserons peu de données mais la vague finale sera très différente de l'originale. Si on prend beaucoup d'échantillons, la vague ressemblera plus à l'originale mais elle prendra plus de place.
Le théorème de Shannon dit que nous devons prendre au moins deux échantillons dans chaque onde de la fréquence la plus élevée que nous voulons numériser. Si on veut numériser une fréquence de 1.000 2.000 Hz, il faut au moins échantillonner deux fois, à 2 XNUMX Hz (ou XNUMX kHz).
Son numérique : quelle résolution et quelle fréquence choisit-on ?
Si nous voulons une qualité parfaite, c'est-à-dire que nous mémorisons un son identique à la courbe analogique, puisque la courbe analogique a des niveaux différents infinis et des détails infinis, nous devons utiliser une résolution infinie. De plus, nous devrions échantillonner une infinité de fois en une seconde. C'est impossible. De plus, il n'y aurait pas assez d'espace sur tous les disques durs de la planète Terre pour stocker une seconde de son.
La chose logique serait de rechercher la valeur suffisante, c'est-à-dire la valeur minimale de résolution et de taux d'échantillonnage qui rend le son suffisamment bon pour que l'oreille humaine ne puisse pas le distinguer. Mettre plus ne contribue à rien, cela prend juste de l'espace et de la bande passante dans sa transmission.
À la fin des années 70 et au début des années 80, la norme a été établie pour le CD (disque compact), le premier système audio numérique de masse. À ce moment-là, il a été déterminé que la résolution appropriée pour une haute qualité serait de 16 bits (65.536 24 valeurs différentes). Cependant, dans les studios et dans certains fichiers numériques qui sont commercialisés, on peut atteindre des résolutions de 32 ou XNUMX bits.
Concernant la fréquence, on considère que l'oreille humaine (d'un jeune qui entend très bien) est capable d'entendre de 20 Hz à 20.000 20 Hz (44,1 kHz) donc il faut échantillonner au moins le double de la vitesse pour s'y conformer. Lorsque le CD a été défini, il a été convenu que la bonne chose à faire était d'échantillonner à 48 kHz. Bien sûr il peut être échantillonné à une fréquence plus élevée, comme 96kHz, 192kHz, XNUMXkHz...
Ainsi, la norme d'un CD est de supposer une valeur entre 65.536 16 possibles (4 bits, notez que dans l'exemple nous avons utilisé 16 bits qui suppose seulement 44.100 combinaisons) et XNUMX XNUMX fois par seconde.
Les avantages du son numérique
Bien que nous ayons vu que le son numérique ne peut jamais avoir la qualité théorique du son analogique, il suffit de franchir le seuil de ce qui est perceptible par l'oreille humaine pour pouvoir avoir une qualité égale en pratique.
Le grand avantage du son numérique est que, contrairement à l'analogique, il n'est pas sensible aux conditions environnementales et ne se détériore pas. 0 ne peut pas être converti en 1 ou 1 en 0 à moins que nous ne rencontrions d'énormes interférences. De plus, les systèmes numériques ont généralement des mesures de détection d'erreur, de sorte que si le lecteur détecte qu'un son est arrivé de manière incorrecte, il peut demander qu'il soit lu à nouveau.
Ainsi, l'information peut transiter par un câble sans subir aucune altération avec des matériaux plus simples et moins chers que le son analogique. Aucun connecteur spécial n'est requis, seulement que le câble est capable de transmettre le volume de données attendu.
D'autre part, vous pouvez faire une copie exactement identique à l'original. Autrement dit, si l'original indique 0011010 et la copie indique 0011010, la copie et l'original sont parfaitement identiques. Et ainsi ils peuvent être copiés de la copie de la copie de la copie à l'infini sans perte de qualité.
Par conséquent, les avantages du son numérique sont l'inaltérabilité de l'information et la possibilité de copier sans perte. Évidemment si on coupe un CD en deux, qu'on le raye ou qu'on crée une couche de moisissure, il ne sera pas lisible, ni zéro ni un, mais il sera toujours bien plus inaltérable que l'information analogique.
L'un des points où une différence majeure est obtenue est la transmission hertzienne (radio) qui permet d'envoyer des informations sans aucune altération, contrairement aux médias analogiques.
Quelqu'un dira : mais en TNT (télévision numérique), par exemple, parfois il y a des défauts ou l'image. En effet, en TNT, vous ne pouvez pas demander au diffuseur de vous envoyer les informations qui sont arrivées de manière incorrecte et vous devez donc les utiliser même si elles ne sont pas correctes. Mais si un minimum de transmission correcte est atteint, l'image est la même telle qu'elle a été envoyée sans aucune altération.
