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Edition du 11 mars 2001
LE SON NUMERIQUE
Etude technique
Généralités
Tous les signaux sonores se présentent à l'origine sous forme analogique c'est à dire reproduisant électriquement de manière analogue les vibrations de l'air provoqué par la voix, par un instrument de musique ou simplement par un bruit. Pour être compris par l'ordinateur, ces signaux doivent être traduits sous forme numérique (ou digitale) en langage binaire (0 ou 1) grâce à une technique dite d'échantillonnage.
Les échantillons de sons, de très courte durée, sont mesurés par la fréquence d'échantillonnage, exprimée en hertz (1 Hz = 1 échantillon par seconde). Il est évident que plus les échantillons sont nombreux, meilleure est la fidélité du résultat par rapport au document original.
La quantification [ou codage] mesure ensuite la valeur de chaque échantillon par rapport à une échelle de niveau.
Enfin la numérisation consiste à remplacer chaque échantillon par la valeur mesurée et codée sur un certain nombre de bits ( bit = élément binaire par seconde).
Toutes ces opérations sont réalisées par un convertisseur Analogique/Digital.
Ainsi les fichiers des CD audio sont le résultat d'une simple transformation des signaux analogiques en signaux numériques sans aucune compression. De ce fait, une minute de musique sur un CD audio (codée à 16 bits) représente un fichier d'une taille moyenne de 5,3 Mo. C'est un handicap sérieux pour transmettre un fichier sonore sur le web et même pour le stocker sur le disque dur.
Pour que le son numérique soit audible pour l'oreille humaine, encore faut-il procéder à l'opération inverse c'est à dire à la conversion des signaux numériques en signaux analogiques grâce à un convertisseur Digital/Analogique.
Le son sur le Web
Trois techniques de diffusion audio cohabitent sur le Web :
1/ L'audio "à la demande"
Un fichier audio est disponible sur le serveur et sera envoyé à l'utilisateur qui en fait la demande et qui dispose de l'équipement d'écoute correspondant. En principe les navigateurs supportent les 3 formats WAVE (sous Windows), AU (sous UNIX) et AIFF(Macintosh). L'adjonction d'un plug-in approprié ou l'utilisation d'un logiciel spécialisé permet la lecture des fichiers compressés MP3.
2/Le streaming
Il s'agit d'un flux ininterrompu de données audio numérisées à la volée, permettant d'entendre un concert ou un dialogue en direct grâce à une technique de numérisation, de compression et de diffusion du son en temps réel.
L'utilisateur doit alors disposer d'un logiciel spécial. Le plus courant, téléchargeable gratuitement dans sa version de base, est le Réal Audio de Progressive Networks. La qualité est satisfaisante mais n'atteint la qualité CD ou FM que si l'on dispose d'un raccordement Internet à haut débit.
RealAudio 4 : réception stéréo
Qualité radio sur Réseau Téléphonique Commuté
Qualité CD sur raccordement de type RNIS
(Téléchargement : www.real.com/products/player/get.html)
RealAudio Player Plus (payant) : permet d'accéder à une qualité sonore CD avec un raccordement normal (RTC)
(Téléchargement : www.real.com/hpproducts/ra3.0/)
3/ Le MIDI (Musical Instrument Digital Interface)
A l'origine, il s'agissait d'une norme d'interconnection des synthétiseurs. Les données MIDI ne sont pas des données audio mais un langage de description d'un morceau de musique, décrivant les notes, les durées, les volumes, les figures rythmiques, etc.… Cela se traduit dans l'ordinateur par des instructions de déclenchement et de déroulement des sons générés par un synthétiseur représenté par les générateurs de son des cartes son.
Il paraît donc évident que la qualité de la musique restituée dépend essentiellement de la qualité des générateurs internes de l'ordinateur et elle est donc variable d'un matériel à l'autre. Toutefois il faut noter la possibilité pour les données MIDI de déclencher également l'émission de sons pré-échantillonnés ainsi que la lecture de pistes audio instrumentales.
La taille des fichiers ne dépendant que de la complexité de l'œuvre exécutée, est nettement plus réduite que pour les fichiers audio digitalisés et ces fichiers sont donc facilement transmis sur Internet. En particulier, un fichier MIDI (extensions : .mid ou .rmi) pourra accompagner un e-mail en tant que document joint
Des fichiers MIDI sont disponibles dans le répertoire : C:\WINDOWS\MEDIA et sur le site :
Les différents formats
1/ Formats classiques
Celui qui nous intéresse est le format WAVE (extension : .WAV) ; c'est le format standard de Windows, supporté par les navigateurs Microsoft Explorer et Netscape Navigator.
2/ Formats hybrides
Le format QuickTime : format multimédia développé par Apple ; il permet d'intégrer différents types de media : audio, vidéo, MIDI …
Pour le Web, il suffit d'installer le plug-in QuickTime (www.quicktime.apple.com/sw/sw3.html)
Le format MOD [digital modules] n'est pas supporté en standard par les navigateurs sus cités.
Le format RMF [Rich Music Format] permet d'intégrer les échantillons audio, les données MIDI et les paramètres d'exécution d'un morceau de musique. Le plug-in nécessaire n'est disponible actuellement que pour le navigateur Netscape
(www.headspace.com/beatnik/index.html).
La compression des fichiers audio
La compression des fichiers audio est indispensable pour réduire la taille des fichiers son à installer sur le disque dur ou à faire cheminer sur Internet.
Il s'agit d'appliquer un algorithme de compression à un fichier audio numérique de type WAV par exemple de manière à obtenir un fichier compressé de taille réduite. Cette opération altère le fichier en dégradant plus ou moins sa qualité initiale.
Les compresseurs classiques :
MACE : sans intérêt pour le Web
MPEG audio : compression de très bonne qualité audio jusqu'à un ratio de 8/1 et fichiers de taille réduite mais codeur/décodeur gourmand en puissance machine
Documentation : www.mpeg.org
IMA : solution intermédiaire entre les précédentes, codage/décodage rapide, ratio de compression 4/1 en 16 bits.
Les nouveaux venus :
MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3) : dérivé de MPEG, il s'est généralisé au point de devenir LA norme.
Le type de compression est dit "à perte de données" ou destructif, par opposition à la compression de fichiers ZIP qui n'altère pas les données mais dont le rapport de compression est limité à 1/2. Ce type de compression est physiologique c'est à dire qu'il tient compte des propriétés de l'oreille humaine. La dégradation de la qualité, portant essentiellement sur les aigüs est imperceptible à l'oreille, sauf par certains mélomanes. La compression MP3 peut permettre un ratio de 12/1 en conservant sensiblement la qualité CD : 16 bits, 44,1 KHz, stéréo pour une taille de fichier de l'ordre de 1 Mo par minute d'enregistrement en comptant environ 30 minutes pour un téléchargrment de 3 à 5 Mo. D'où l'intérêt de ces fichiers pour la transmission et le téléchargement sur Internet. La décompression en temps réel nécessite en principe un ordinateur pour la lecture mais des fabricants proposent des matériels autonomes tel le baladeur Rio, de Diamond permettant de stocker 3 heures de MP3 en qualité CD, à partir de plages compressées de CD-audio ou de téléchargement sur le Web.
VQF : la qualité serait supérieure au MP3 mais le temps de compression est très long (voir la documentation).
Audiosoft, MS audio 4, MPEG2 AAC, EMMS et le dernier, AAC (Advenced Audio Coding) sont des systèmes de compression dits sécurisés c'est à dire permettant de limiter les copies irrégulières.
En effet, pour pouvoir utiliser légalement un fichier sonore à titre personnel sur son ordinateur, il faut théoriquement posséder le CD-audio correspondant.
Les logiciels de compression
Pour MP3 est recommandé le logiciel
Winamp, de Nullsoft; pour VQF, l'encodeur VQF (Yahama
Sound VQ Encoder) est fourni gratuitement par Yahama .
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