Enregistrement numérique

L'enregistrement audio numérique consiste à stocker des signaux audio ou visuels sous forme de séquence de chiffres binaires pouvant être enregistrés sur bande magnétique, disque optique ou tout autre support. Cette technologie est largement utilisée dans l'industrie musicale et dans de nombreux autres domaines.

Pour enregistrer le son, un convertisseur analogique-numérique transforme une onde sonore électrique provenant d'un microphone ou une image visuelle analogique en informations. Depuis son apparition, la technologie numérique a lentement mais sûrement remplacé les équipements analogiques en raison de son faible coût et de sa facilité d'utilisation. Aujourd'hui, l'audio numérique est la norme dans presque tous les studios, tant professionnels qu'amateurs. Cependant, étonnamment peu de gens comprennent vraiment son fonctionnement. Nous allons donc aujourd'hui aborder les bases de l'audio numérique pour l'enregistrement musical.

Histoire de la création

Cent ans se sont écoulés entre la découverte du premier appareil d'enregistrement sonore et l'introduction de l'enregistrement numérique. Pendant cette période, les progrès technologiques constants et les innovations sans fin des scientifiques et des techniciens ont donné lieu à plusieurs vagues différentes de capture, de traitement et de reproduction mécaniques du son. L'industrie du disque a fait un bond en avant avec l'invention des ordinateurs et du son numérique. Tout a commencé avec de simples feuilles d'étain et des cylindres de cire sur lesquels les informations sonores étaient collectées par le diaphragme d'enregistrement des gramophones et soigneusement gravées. Ensuite, le développement s'est poursuivi avec les cassettes, qui permettaient aux auditeurs de profiter de sons multicanaux.

Les Japonais ont été les pionniers de l'enregistrement numérique. À la fin des années 60, ils ont réussi à conserver un tel enregistrement sur bande magnétique et à le présenter au public. Dix ans plus tard, l'enregistreur audio Sony a fait son apparition. Il était capable de convertir le son analogique en son numérique et de le stocker sur VHS. Néanmoins, la musique était toujours vendue sur vinyle.

Les choses ont commencé à changer à la fin des années 70, lorsque Sony et Panasonic ont commencé à présenter les CD, un véritable support numérique capable de stocker jusqu'à 150 minutes de son de haute qualité. Le CD stocke les informations à l'aide d'une fine couche de feuille d'aluminium, sur laquelle des millions de bits de données sont imprimés selon un motif qui peut être lu par un laser et converti électroniquement en un signal analogique.

L'avènement des CD a finalement permis aux ingénieurs d'éliminer le bruit causé par le frottement entre l'aiguille et le support de stockage. Cet avantage, parmi beaucoup d'autres, a permis aux CD de devenir l'un des supports audio les plus populaires à la fin du XXe siècle et au début du XXIe siècle. Cependant, l'industrie musicale était sceptique à l'égard des CD, car ils offraient une qualité sonore quasi parfaite et étaient facilement piratés par les utilisateurs. Pour résoudre ces problèmes, ils ont créé en 1987 un autre support numérique appelé cassette audio numérique (DAT). Ce nouveau format a connu un succès modéré en Amérique du Nord et subsiste aujourd'hui comme l'un des moyens préférés pour manipuler les enregistrements audio professionnels.

Le début du XXIe siècle a vu l'essor du son numérique, qui n'était plus lié à un support physique. Les progrès réalisés dans le domaine des codecs de compression (principalement les MP3), des infrastructures Internet et de la miniaturisation des lecteurs numériques personnels ont permis aux utilisateurs d'emporter leurs enregistrements numériques partout avec eux. Bien qu'il existait déjà quelques lecteurs MP3 influents à la fin des années 1990, l'industrie musicale a connu un changement radical avec l'introduction de l'iPod d'Apple. Ce lecteur audio extrêmement populaire a jeté les bases des magasins de musique numérique et des infrastructures de distribution Internet destinés aux clients.

Comparaison avec l'enregistrement analogique

Les enregistrements analogiques étaient les seuls largement utilisés avant la révolution numérique des années 1970. Ils utilisaient diverses méthodes aujourd'hui obsolètes, telles que les disques longue durée (LP), les bandes huit pistes (sur bande métallique ou magnétique) et les cassettes audio. Du début du XXe siècle jusqu'aux années 1970, le système analogique semblait idéal pour l'enregistrement, mais avec la révolution informatique à la fin du siècle, la vitesse élevée et d'autres caractéristiques du traitement numérique ont rendu l'enregistrement numérique non seulement possible, mais de plus en plus adapté à de nombreuses applications.

La baisse constante des coûts due à la production en série d'ordinateurs, de disques optiques, de lecteurs laser et d'autres appareils a également joué un rôle important. L'enregistrement numérique permet d'obtenir plus facilement une lecture haute fidélité, car il offre une large gamme dynamique et un faible niveau de bruit et de distorsion lorsqu'il est correctement mis en œuvre.

Formats d'enregistrement numérique

Les fichiers audio numériques peuvent être créés dans divers formats. En général, ils se divisent en deux catégories : compressés et non compressés.

Les formats compressés (tels que le MP3) ont une taille de fichier beaucoup plus petite que les formats non compressés, mais ils sacrifient la qualité sonore. Les appareils portables (tels que les lecteurs MP3) font le compromis entre une qualité inférieure et la possibilité de stocker des milliers de fichiers. La qualité des services de streaming (tels que Spotify) peut être améliorée si vous utilisez le Wi-Fi ou disposez d'une bonne connexion de données.

Les fichiers audio peuvent être créés à l'aide de séquenceurs. Il existe des services payants et gratuits, tels que Amped Studio, qui vous permettent de créer et d'éditer de la musique, de réaliser des mixages complexes, d'enregistrer des voix et bien plus encore en ligne. Les pistes créées dans ce programme peuvent être enregistrées dans différents formats numériques, qui seront abordés ci-dessous. Vous pouvez également partager vos enregistrements avec vos amis et les éditer ensemble.

Formats non compressés

Ces formats sont considérés comme le meilleur moyen de stocker des données pour une lecture de haute qualité, car ils nécessitent très peu de traitement pour produire des données audio. Les formats plus compressés peuvent provoquer des plantages audio sur certains systèmes.

AIFF – Norme Apple

WAVE (ou WAV) – une norme pour l'audio non compressé de qualité CD sur les systèmes Windows qui utilise l'enregistrement au format PCM. L'enregistrement de qualité CD a un taux d'échantillonnage de 44,1 kHz avec une résolution de 16 bits.

Taille du fichier : environ 10,1 Mo par minute. Ce chiffre est le même pour tous les fichiers WAV de qualité CD, car la taille du fichier dépend uniquement de sa longueur et non de son contenu audio.

BWF (Broadcast Wave Format) – utilisé dans les enregistreurs audio portables et les stations de travail audio numériques pour la diffusion.

Compression sans perte

Les formats de cette catégorie contiennent toutes les informations audio. Cependant, la taille des fichiers est réduite au profit d'un stockage plus efficace des données.

Sans perte WMA (Windows Media Audio) – conçu avec une possibilité de gestion des droits numériques (DRM) pour la protection contre la copie.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – open source et gratuit depuis 2011 (bien qu'il ait été à l'origine la propriété d'Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – open source, licence de format libre.

Compression avec perte

MP3 – format de fichier audio compressé développé par le Motion Picture Expert Group (MPEG) dans le cadre de sa norme vidéo MPEG1, puis étendu à la norme MPEG2 Layer 3.

En éliminant les parties du fichier audio qui sont pratiquement inaudibles, les fichiers mp3 sont compressés à environ un dixième de la taille du fichier PCM équivalent, tout en conservant une bonne qualité sonore.

Il existe deux paramètres que vous pouvez régler pour modifier la qualité et la taille du fichier MP3 :

• Débit binaire ;
• Fréquence d'échantillonnage.

MP4 ou M4A – successeur du MP3 basé sur la compression AAC.

M4P – Version propriétaire de l'AAC au format MP4 avec gestion des droits numériques, développée par Apple pour être utilisée avec la musique téléchargée depuis son iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis – Format audio compressé open source et libre de droits.

Avantages et inconvénients de l'enregistrement numérique

La technologie numérique a offert de nombreuses possibilités aux utilisateurs. Par exemple, autrefois, pour réaliser un enregistrement, il fallait utiliser des studios qui prenaient beaucoup de place et coûtaient très cher. Aujourd'hui, tout ce dont vous avez besoin, c'est d'un ordinateur puissant, qui est beaucoup plus performant qu'un studio et coûte beaucoup moins cher.

Cette accessibilité permet non seulement aux professionnels, mais aussi aux amateurs de réaliser des enregistrements sonores. Les programmes utilisés aujourd'hui offrent des possibilités pratiquement illimitées en matière de traitement du son, alors qu'auparavant, on utilisait de véritables outils à cette fin. Aujourd'hui, vous pouvez créer un effet unique en quelques clics dans Amped Studio.

Pour les utilisateurs ordinaires, l'enregistrement audio numérique présente également de nombreux avantages :

• de nombreux supports de stockage sont très compacts et peuvent stocker des enregistrements numériques pendant des années sur des clés USB, des CD, etc.
• des logiciels spéciaux permettent de nettoyer les anciens enregistrements et d'éliminer les bruits parasites ;
• de plus, tous les sons peuvent être modifiés pour ajouter des effets, du volume, de la fréquence, etc.

Grâce à Internet, les utilisateurs ont désormais la possibilité de s'envoyer leurs morceaux de musique préférés, d'écouter des dizaines de milliers de titres différents et de publier leurs propres œuvres musicales.

De plus, les systèmes analogiques présentent l'inconvénient d'augmenter la distorsion à mesure que vous jouez et réenregistrez. Chaque copie successive sera de moins bonne qualité. Dans un système d'enregistrement numérique, cette distorsion ne se produit pas. L'enregistrement original peut présenter des erreurs de quantification minimes, mais celles-ci ne sont pas aggravées par la copie. Un master numérique peut faire l'objet de milliers de copies sans distorsion. De même, les supports numériques sur CD peuvent être lus des milliers de fois sans distorsion.

Certes, la technologie numérique a ses inconvénients. Avec son développement, beaucoup de gens ont commencé à remarquer que les enregistrements analogiques ont un « son plus vivant ». Mais il ne s'agit pas seulement de nostalgie pour le passé. Tout est lié à la numérisation, qui ajoute parfois des erreurs au son. De plus, le « bruit de transistor » peut apporter ses propres ajustements. Il n'existe pas d'interprétation unique de cette notion, mais elle désigne une vibration chaotique à un niveau de haute fréquence. Bien que l'oreille humaine soit conçue pour percevoir des fréquences ne dépassant pas 20 kHz, notre cerveau semble capable de percevoir des fréquences plus élevées. Cette caractéristique nous amène à penser que le son analogique est plus pur que le son numérique.

De plus, tous les supports d'enregistrement sont imparfaits en raison de la poussière ou d'autres contaminants qui empêchent l'équipement de capturer les données sur le support. Dans l'enregistrement analogique, les défauts apparaissent sous forme de bruit audible, tandis que dans l'enregistrement numérique, ils provoquent des erreurs dans le flux binaire qui peuvent entraîner du bruit ou des problèmes de lecture. Pour résoudre ce problème, des codes de correction d'erreurs sont intégrés dans le flux de données. Certains de ces codes peuvent être très complexes et ils font également que les données occupent plus d'espace de stockage. Il en résulte toutefois une lecture très fiable des disques, même en présence d'un niveau raisonnable de poussière et de rayures.

Termes clés de l'enregistrement numérique

Bits et octets

Un bit est le plus petit élément contenant des données dans la mémoire d'un ordinateur. Huit bits forment un octet, qui est traité par les ordinateurs comme un élément complet.

Haute densité

Cela signifie la capacité de stocker de gros fichiers audio, vidéo ou de données dans un espace réduit.

Paramètres d'enregistrement numérique

Les paramètres qui influent sur la qualité d'un enregistrement numérique sont les suivants :

• La résolution du convertisseur analogique-numérique (ADC) et du convertisseur numérique-analogique (DAC) ;
• Les fréquences d'échantillonnage de l'ADC et du DAC ;
• La gigue (distorsion du signal) de l'ADC et du DAC ;
• Le suréchantillonnage.

De plus, les paramètres suivants jouent un rôle important :

• Le niveau de bruit par rapport aux signaux ;
• Le niveau de distorsion de type non linéaire ;
• Interférences d'intermodulation ;
• Irrégularités d'amplitude et de fréquence ;
• Le processus de pénétration mutuelle des canaux ;
• Dynamique de la gamme.

Description du processus d'enregistrement numérique

L'enregistrement s'effectue comme suit :

1. Le signal analogique est transmis à l'ADC ;
2. La conversion de ce signal, au cours de laquelle l'onde analogique est mesurée plusieurs fois. Ensuite, une valeur binaire avec un nombre de bits (longueur de mot) lui est attribuée ;
3. Vient ensuite l'échantillonnage, qui correspond à la fréquence à laquelle le convertisseur analogique-numérique mesure le niveau de l'onde analogique ;
4. La longueur de mot prédéfinie, qui est un échantillon numérique du son, représente le niveau sonore d'une seconde ;
5. La taille de la longueur de mot détermine la précision de l'affichage du niveau de la forme d'onde sonore ;
6. La fréquence du signal numérique dépend de la hauteur du taux d'échantillonnage ;
7. Les échantillons audio numériques obtenus, qui sont un flux constant de chiffres, sont transmis au convertisseur analogique-numérique ;
8. Les nombres binaires obtenus peuvent ensuite être stockés sur divers supports.

Déroulement de la lecture :

1. Les nombres sont envoyés du support de stockage au DAC, qui les reconvertit en analogique en fusionnant les données de niveau. Cela rétablit la forme analogique de la forme d'onde ;
2. Le signal est amplifié et commence à être envoyé vers les haut-parleurs ou les écrans.

Conclusion

L'enregistrement numérique a révolutionné l'industrie musicale et bien d'autres domaines, reléguant son prédécesseur analogique au rang d'histoire ancienne. Grâce à ses avantages et à son prix abordable, cette technologie a trouvé des applications dans de nombreux domaines, et il est difficile d'imaginer le monde actuel sans elle.