Nous avons vu dans le premier épisode que l'enregistrement numérique utilisait la technique d'échantillonnage d'un signal qui fait appel, d'une part à une fréquence d'échantillonnage, et d'autre part à une quantification sur un certains nombre de bits.
Avec 16 bits, on peut coder 216 valeurs différentes, soit 65.536. Cela signifie que tout nombre compris entre 0 et 65.535 pourra être décomposé en une somme de puissances de 2 comprises dans le même intervalle.
Sachant que chaque nombre de la décomposition est une puissance de 2, soit 1 (= 20), 2 ( = 21), (= 22),..., 32.768 (= 215), on peut reporter ceux-ci dans un tableau, comme ci-dessous.
2.2 Codage d'un nombre sur 16 bits
Voici quelques exemples de codage d’un nombre sur 16 bits.
En additionnant les valeurs des cases de la ligne du bas ayant «1» dans la case correspondante de la ligne du haut, on trouve le nombre marqué en gras dans la case en haut tout à gauche.
Nous avons raisonné ici avec des nombres entiers, mais il suffit qu'au plus grand de ces nombres corresponde, par exemple, une tension électrique de 1 volt, et au nombre «0» le 0 volt, pour avoir 65.536 pas de tension différents se situant entre 0 et 1 volt.
Cela met aussi en évidence qu'en numérique le nombre de valeurs intermédiaires est fini, contrairement à l'analogique où il existe une infinité de valeurs intermédiaires (la variation de tension est continue entre 0 et 1 volt).
La numérisation d'origine sur 16 bits à 44,1 kHz fige donc une fois pour toutes la résolution et la dynamique de l'enregistrement.
Les techniques utilisant des calculs destinés à créer artificiellement de nouvelles données numériques à partir d'un fichier audio en 16 bits à 44,1 kHz, et censées améliorer la qualité sonore, comme la conversion de taux d'échantillonnage (Sample Rate Conversion ou SRC en anglais), transformant par exemple ce fichier en un fichier 24 bits à 96 kHz, ou le suréchantillonnage (oversampling en anglais), ne traitent évidemment en rien le signal analogique d'origine.
On ne peut donc, en toute logique, considérer les résultats sonores que procurent ces artefacts numériques comme étant plus proches de la réalité, ou meilleurs que ceux qu'on obtient avec le fichier 16 bits à 44,1 kHz d'origine, mais simplement comme étant différents, et leur appréciation reste affaire de goût (cf. cet article, on y parle aussi en bien de Qobuz).
Seuls les enregistrements réalisés d’origine en 24 bits à 96 kHz (ou au-delà, 192 kHz parfois, voire 384 kHz) apportent un plus qualitatif sur le 16 bits à 44,1 kHz, ou encore la numérisation d’enregistrements analogiques, mais dans une moindre mesure, les sons les plus faibles étant généralement entachés par le bruit de fond des bandes magnétiques (le fameux souffle), la qualité globale de l'enregistrement restant liée aux performances du magnétophone utilisé lors de la prise de son (et au talent de l'ingénieur du son !).
La phase de numérisation où la musique est transformée en bits porte également souvent le nom de conversion analogique numérique.
La musique numérisée est ensuite stockée sur un support informatique, mémoire ou disque dur et peut alors servir à réaliser un CD, ou être commercialisée et téléchargée telle quelle sous sa forme de fichier audio, sur Qobuz, par exemple.
Remarque : échantillon se dit sample en anglais, d’où le nom du sampler, l'échantillonneur utilisé par les musiciens.
Nous avons aussi sélectionné sur «commentcamarche.net» cet article intéressant sur le son numérique (on devrait plutôt dire «son numérisé» car un son restera toujours analogique même s'il a été stocké sous forme numérique).
2.3 Comment rend-on de nouveau audible le signal audio numérisé ?
On procède à l’opération inverse de la numérisation ou conversion analogique numérique, c’est-à-dire que l’on réalise une conversion numérique analogique.
Celle-ci consiste à redonner une forme analogique à la suite d’informations numériques qui ont été stockées dans une mémoire ou gravées sur un CD, et que l'on va traiter.
On utilise pour cela une puce électronique spécialisée appelée convertisseur numérique analogique (Digital to Analog Converter, ou DAC, en anglais) qui recrée une image électrique du son que l’on a stocké sous forme numérique.
Cependant, comme nous l'avons vu précédemment, le nombre fini des pas de tension fait que l'image recréée présente des marches d’escaliers (on passe brusquement et instantanément d'un palier de tension à un autre).
On procède alors à un filtrage électronique qui lisse le signal en supprimant ces marches d’escaliers et lui redonne la continuité d’un signal analogique.
Le signal est redevenu audible.
3 - Pour aller plus loin
A noter que le niveau de silence numérique absolu existe et porte le nom de zéro infini ou zéro numérique.
Cela permet d'apprécier le niveau du bruit de fond de son installation, “media player” compris.
Nous allons maintenant vous proposer un test et nous insistons sur cette REMARQUE TRES IMPORTANTE : si vous faites ce test, il ne faudra surtout pas oublier de baisser le volume après l'avoir fait et si vous avez augmenté ce volume durant la deuxième phase de ce test.
En effet, ce test, où l'on ne doit, en théorie, pas entendre quoi que ce soit durant la deuxième phase, incite parfois à pousser le volume pour vouloir entendre quelque chose, alors que ce doit être le silence, et on risque ensuite d'avoir l'ouïe abimée par un niveau sonore trop puissant si l'on remet de la musique ensuite alors qu'on a augmenté le volume pendant le test.
Prudence donc !
Le bruit de fond d'un système audio peut être inaudible à niveau d'écoute normal et le devenir au fur et à mesure que l'on augmente le volume, ou rester inaudible même à très fort niveau pour les systèmes de grande qualité.
Si vous désirez faire ce test, mettez le volume sonore de votre système audio au minimum, puis cliquez sur plage de réglage 1 kHz/0 dB, et, après l'apparition de la barre de progression de lecture dans la page qui s'ouvre, augmentez progressivement le volume pour avoir un niveau sonore normal.
Revenez sur cette page et ensuite, ne touchez plus à rien et cliquez sur plage de silence numérique absolu.
Vous entendez maintenant le bruit de fond de votre système audio à niveau d'écoute normal.
Si vous avez augmenté le volume, remettez-le au minimum.
Théoriquement le “media player” ne doit pas passer en mode “muting” (silencieux) avec la plage de silence numérique absolu, car ce n'est pas une absence de signal numérique.
Les deux plages utilisées sont extraites du CD test Pierre Verany-Compact Magazine, plus disponible, Compact-Magazine étant disparu. Chaque plage dure 30 secondes.