Bien comprendre le son

            Bien comprendre les processus tels que le codage du son sur un ordinateur ou sa synthèse, c'est d'abord bien comprendre le son en lui-même. Donc nous commencerons par définir de dernier.

  a) Qu'est ce que le son ?

            Le son est une vibration de l'air. A l'origine de tout son, il y a un mouvement (par exemple une corde qui vibre, une membrane de haut-parleur...). Il s'agit de phénomènes oscillatoires créés par une source sonore qui met en mouvement les molécules de l'air. Avant d'arriver jusqu'à notre oreille, ce mouvement se transmet entre les molécules à une vitesse de 331+0.6 T m/s avec T la température en dégrée Celsius.

  b) Quelles sont les caractéristiques d'un son ?

          Le son est défini par trois paramètres :

-                      L'amplitude d'un son qui correspond à la variation de pression maximale de l'air engendrée par les oscillations, c'est-à-dire volume sonore.

-                   La dynamique qui permet la mesure de l'écart entre le volume maximal d'un son et le bruit de fond. La dynamique se mesure en décibels (dB). En fait, elle est le rapport entre le niveau maximal, à la limite de la distorsion, et le niveau minimal acceptable, à la limite du niveau de bruit de fond. Par exemple, pour un compact disque on parle de 90 dB de dynamique utile et en télévision de 25 dB en moyenne.

-                     Le timbre qui est un paramètre beaucoup plus subjectif : il s'agit de ce qui différencie deux sons de même hauteur et de même amplitude. C'est une notion qualitative, qui fera dire, par exemple, qu'un son est brillant ou profond…

  c) Comment est stocké le son sur l'ordinateur ?

      Il faut d'abords différencier les deux types de sons: le son analogique et le son numérique.

Le son analogique est représenté sous la forme de signaux électriques d'intensité variable. Ces signaux sont issus d'un micro qui transforme le son acoustique d'une voix ou la vibration des cordes d'une guitare en impulsions électriques. Ces signaux sont enregistrables tels quels sur une bande magnétique (K7 audio par exemple) et peuvent être ensuite amplifiés, puis retransformés en son acoustique par des haut-parleurs. Le son analogique n'est pas manipulable tel quel par un ordinateur, qui ne connaît que les 0 et les 1.

      Le son numérique est représenté par une suite binaire de 0 et de 1. L'exemple le plus évident de son numérique est le CD audio. Le processus de passage du son analogique en son numérique est appelé "échantillonnage". Celui-ci consiste à mesurer la tension (en Volt) du signal analogique à intervalles réguliers. La valeur obtenue est enfin codée en binaire (suite de 0 et de 1).Le composant qui réalise cette tache est appelée convertisseur A/N. Évidemment, ce processus de mesure et de conversion binaire doit être très rapide. C'est là qu'intervient la fréquence du son à numériser. Par exemple, pour une voix dont la fréquence est de 8000 Hz (Hertz), le signal électrique issu du micro aura aussi une fréquence de 8000 Hz. Pour transformer ce signal en numérique et à qualité équivalente, le mathématicien Shannon a démontré qu'il fallait que le prélèvement de mesures soit fait à une fréquence au moins 2 fois plus rapide que la fréquence maximale, soit pour l'exemple de la voix, 16000 fois par seconde (16000 Hz ou 16 kHz). Un autre paramètre très important de l'échantillonnage est la précision avec laquelle la tension du signal électrique sera lue et codée. Le codage peut, en effet se faire sur 2^n bits. Une précision de 8 bits donnera une tension codée parmi 256 valeurs possibles, alors que 16 bits donneront 65 536 valeurs. Les CD sont ainsi échantillonnés à 44,1 kHz sur 16 bits.

      La conversion inverse de numérique vers analogique, se fait par le processus inverse. La tension du signal électrique est recrée à partir des valeurs codées, lues à la même vitesse qu'elles avaient été enregistrées. L'avantage évident de ce type de son, c'est qu'étant codé sous la forme de 0 et de 1, il est directement manipulable par un ordinateur et son stockage ne pose aucun problème sur un disque dur. En revanche, le nombre de valeurs enregistrées étant énorme (44 100 valeurs/s), ce type de son occupe beaucoup de place dans la mémoire ainsi que sur le disque dur de l'ordinateur. A titre d'exemple, un CD audio de 74 minutes représente 650 Mo (Mégaoctets) et le débit d'un lecteur de CD est de 150 Ko/s (Kilo-octets/s). Une seule seconde de son stéréo échantillonné à 44,1 kHz et en 16 bits prend 172 Ko.