Enregistrement numérique

L'enregistrement audio numérique est le stockage de signaux audio ou visuels sous la forme d'une séquence de chiffres binaires pouvant être stockés sur une bande magnétique, un disque optique ou un 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 information. Depuis son apparition, la technologie numérique a lentement mais sûrement remplacé les équipements analogiques en raison de son faible coût et de sa simplicité d’utilisation. Aujourd’hui, l’audio numérique est un standard pour presque tous les studios, professionnels et amateurs. Cependant, étonnamment, peu de gens comprennent réellement son fonctionnement. Aujourd'hui, nous allons parler des bases de l'audio numérique pour l'enregistrement de musique.

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. Au cours de cette période, les progrès technologiques constants et les innovations sans fin des scientifiques et des techniciens ont produit plusieurs vagues différentes de capture, de traitement et de reproduction mécaniques du son. L’industrie du disque a fait un pas de géant avec l’invention des ordinateurs et du son numérique. Tout est parti de simples feuilles d'étain et de 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 dans le domaine des cassettes permettant 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 pu conserver un tel enregistrement sur bande magnétique et le démontrer au public. Dix ans plus tard, l'enregistreur audio Sony était présenté. Il était capable de créer du son numérique à partir d'analogique, en le stockant sur VHS. Néanmoins, la musique était toujours vendue sur vinyle.

Les choses ont commencé à changer à la fin des années 1970 lorsque Sony et Panasonic ont commencé à présenter le CD, 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 provoqué par la friction entre l'aiguille et le matériau de stockage. Ceci et bien d’autres avantages ont permis aux CD de devenir l’un des supports audio les plus populaires à la fin du 20e et au début du 21e siècle. Cependant, l’industrie musicale était sceptique à l’égard des CD car ils offraient une qualité sonore presque 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 survit aujourd'hui comme l'un des moyens privilégiés pour manipuler des enregistrements audio professionnels.

Les premières années du 21e siècle ont vu le développement du son numérique, indépendant des supports physiques. Les progrès des codecs de compression (principalement MP3), de l'infrastructure Internet et de la miniaturisation des lecteurs numériques personnels ont permis aux utilisateurs d'emporter leurs enregistrements numériques avec eux partout où ils allaient. Même s'il existait quelques lecteurs MP3 influents à la fin des années 1990, l'industrie de la musique a considérablement changé avec l'introduction de l'iPod d'Apple. Il s'agit du lecteur audio extrêmement populaire qui a jeté les bases des magasins de musique numérique et de l'infrastructure de distribution Internet actuels pour les clients.

Comparaison avec l'enregistrement analogique

Les enregistrements analogiques étaient les seuls à être largement utilisés avant la révolution numérique des années 1970. Ils ont utilisé diverses méthodes désormais 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 jusque dans les années 1970, le système analogique semblait idéal pour l'enregistrement, mais avec la révolution informatique de 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 nombreux utilisateurs. applications.

La baisse constante des coûts due à la production de masse d’ordinateurs, de disques optiques, de lecteurs laser et d’autres appareils a également joué un rôle important. L'enregistrement numérique est plus facile à réaliser une lecture haute fidélité car il offre une large plage dynamique et un faible bruit et distorsion avec une mise en œuvre appropriée.

Formats d'enregistrement numérique

Les fichiers audio numériques peuvent être créés dans une variété de formats. En général, ils se répartissent en deux catégories : compressés et non compressés.

Les formats compressés (tels que 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 un 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 si vous disposez d'une bonne connexion de données.

Les fichiers sonores peuvent être créés à l'aide de séquenceurs. Il existe des services payants et gratuits, comme Amped Studio, qui vous permet de créer et d'éditer de la musique, de réaliser des mixages complexes, d'enregistrer de la 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 très peu de traitement est nécessaire pour produire des données audio. Des 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, puisque la taille du fichier dépend uniquement de la longueur du fichier 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 des informations audio complètes. Mais avec une taille de fichier réduite au détriment d’un stockage de données plus efficace.

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

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – un codec open source et gratuit depuis 2011 (bien qu'il appartenait à l'origine à Apple).

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

La compression avec perte

MP3 – un format de fichier audio compressé développé par le Motion Picture Expert Group (MPEG) dans le cadre de leur norme vidéo MPEG1 et étendu ultérieurement 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 2 paramètres que vous pouvez ajuster pour modifier la qualité et la taille du fichier MP3 :

• Débit binaire ;
• Fréquence d'échantillonnage.

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

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

OGG Ogg Vorbis – Un format audio compressé open source et sans brevet.

Avantages et inconvénients de l'enregistrement numérique

Le numérique offre de nombreuses opportunités aux utilisateurs. Par exemple, autrefois, pour faire un enregistrement, il fallait utiliser des studios qui prenaient beaucoup de place et coûtaient beaucoup d'argent. Désormais, tout ce dont vous avez besoin est un ordinateur puissant, plusieurs fois plus puissant qu’un studio et coûte beaucoup moins cher.

Une telle accessibilité permet non seulement aux professionnels mais aussi aux amateurs de réaliser des enregistrements sonores. Les programmes utilisés aujourd'hui vous offrent des possibilités pratiquement illimitées de traitement du son, alors qu'auparavant, de vrais outils étaient utilisés à cet effet. Vous pouvez désormais 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. ;
• un logiciel spécial vous permet de nettoyer les anciens enregistrements ainsi que de vous débarrasser du bruit ;
• de plus, tous les sons peuvent être édités pour ajouter des effets, du volume, de la fréquence, etc.

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

De plus, les systèmes analogiques présentent l'inconvénient que la distorsion augmente à mesure que vous jouez et réenregistrez. Chaque copie successive sera entendue pire. Dans un système d'enregistrement numérique, cette distorsion ne se produit pas. L'enregistrement principal peut comporter des erreurs de quantification minimes, mais elles ne sont pas aggravées par la copie. Un master numérique peut réaliser des milliers de copies sans distorsion. De même, les médias numériques sur CD peuvent être lus des milliers de fois sans distorsion.

Certes, le numérique a ses inconvénients. Avec leur développement, beaucoup de gens ont commencé à remarquer que les enregistrements analogiques avaient un son plus « live ». Mais il ne s’agit pas seulement de nostalgie du bon vieux temps. Tout est question de numérisation, qui ajoute parfois des erreurs au son. De plus, le « bruit du transistor » peut effectuer ses propres ajustements. Il n’existe pas d’interprétation unique de cette notion, mais sa signification est une vibration chaotique à un niveau haute fréquence. Bien que l’oreille humaine soit conçue pour percevoir des fréquences ne dépassant pas 20 kHz, notre cerveau semble également capable de percevoir des fréquences plus élevées. Cette fonctionnalité nous fait penser que le son analogique est plus propre que le son numérique.

De plus, tous les supports d'enregistrement sont imparfaits en raison de la poussière ou d'autres contaminations qui empêchent l'équipement de capturer des 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 pouvant entraîner du bruit ou un échec 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 font également que les données occupent plus d’espace de stockage. Le résultat, cependant, est une lecture de disque très fiable avec des niveaux raisonnables 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 de l'ordinateur. Huit bits constituent un octet, qui est traité par les ordinateurs comme un élément entier.

Haute densité

Cela signifie une capacité à stocker de gros fichiers audio, vidéo ou de données dans un petit espace.

Paramètres d'enregistrement numérique

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

• La résolution du convertisseur analogique-numérique (ADC) et du convertisseur numérique-analogique (DAC) ;
• Les taux d'échantillonnage de l'ADC et du DAC ;
• Jitter (distorsion du signal) de l'ADC et du DAC ;
• Suréchantillonnage.

De plus, des paramètres tels que les suivants jouent un rôle important :

• Quelle est la quantité de bruit par rapport aux signaux ?
• L'ampleur de la distorsion de type non linéaire ;
• Interférence d'intermodulation ;
• Irrégularités d'amplitude et de fréquence ;
• Le processus de pénétration mutuelle des canaux ;
• Dynamique de gamme.

Description du processus d'enregistrement numérique

L'enregistrement se fait de la manière suivante :

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, la valeur binaire avec le nombre de bits (longueur du mot) lui est attribuée ;
3. Ensuite, il y a un échantillonnage, qui est la fréquence à laquelle l'ADC mesure le niveau de l'onde analogique ;
4. La longueur de mot prédéfinie, qui est un échantillon numérique de son, représente le niveau sonore d'une seconde ;
5. La taille de la longueur du mot détermine la précision de l'affichage du niveau de forme d'onde sonore ;
6. La fréquence du signal numérique dépend de la hauteur de la fréquence d'échantillonnage ;
7. Les échantillons audio numériques résultants, qui constituent un flux constant de nombres, sont transmis au CAN ;
8. Les nombres binaires résultants peuvent ensuite être stockés sur différents supports multimédias.

Comment se déroule la lecture :

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

Conclusion

L'enregistrement numérique a révolutionné l'industrie musicale et au-delà, reléguant son prédécesseur analogique dans l'histoire. 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 d'aujourd'hui sans elle.