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Le stockage des informations sonores

 

L'ENREGISTREMENT

 

Il est intéressant de rappeler qu'en premier lieu (historique) le stockage de la musique à la sortie de la console se faisait par des procédés faisant appel aux lois du magnétisme.

C'est donc sur des magnétophones de plus en plus performants, mais en conservant les variations de signal propres à l'analogique en premier lieu, puis en numérisant le signal, qu'avait lieu le stockage jusque vers la fin des années 1990 et avant que le disque dur ne supplante définitivement la bande en tant que support....du moins jusqu'au retour de la bande magnétique et du vinyle, revenus en grâce auprès des 18-35 ans et des "accrocs" à la Hi-Fi un peu plus âgés....

Or, comme nous l'avons évoqué, fixer un signal analogique sur une bande magnétique en respectant le signal revient à tricher, avec astuce certes, mais tricher quand même, pour obtenir que les problèmes inhérents au procédé soient non seulement réglés, mais que les solutions apportées soient évolutives en fonction des nécessités techniques.

Pour enregistrer correctement les aigus, par exemple, est mise en place la suramplification de certaines bandes autour de fréquences pivot, faisant partie d'un processus nommé préaccentuation, qui à la lecture est compensé. Cette manipulation est exigée, entre autres, par le comportement non linéaire en fréquence du système d'enregistrement, notamment au niveau des têtes magnétiques.

Plus délicat, ces corrections différent non seulement en fonction de la vitesse de défilement mais également du pays. (Des vitesses de transport différentes existent, de 2,74cm/s (pour la pige radio, notamment) jusque 76 cm/s pour l'enregistrement multipiste ou le mastering de qualité).

Des efforts certains en matière de normalisation ont été soutenus et de manière internationale. Les normes sur la préaccentuation édictées pour l'Amérique et le Japon par la NAB et pour l'Europe par la CEI/CCIR préconisaient les valeurs suivantes:

 

 

constantes RC

Constantes de temps des filtres exprimées en microsecondes

 

 

L'enseignement à retirer des valeurs de ce tableau est que celles retenues par la NAB (Association américaine des diffuseurs radio, utilisée au Japon) diffèrent de celles retenues par les européens:

*-- aux alentours de 50Hz, la NAB demande une suramplification,

*-- une fréquence pivot différente a été choisie pour accentuer les aigües.

Ces différences expliquent de fait qu'une bande magnétique enregistrée sur une machine quelque part sur la planète et lue sur une autre, tous réglages et paramètres optimisés par ailleurs, puisse ne pas "sonner" de la même façon qu'à l'origine...

Il est par contre important de noter l'ordre des opérations : la correction en plus a bien lieu à l'enregistrement, ce qui signifie que la possibilité de remettre "à plat" la courbe de réponse reste toujours possible...

 

Il est également important de noter que ce n'est pas la bande qui définit le nombre de pistes qu'elle supporte: Ce choix est dicté au départ EN FONCTION DE LA MACHINE.

 

D'ailleurs parlons-en un peu :

Savez-vous correctement nettoyer votre magnétophone ?

 

 

LA COURBE RIAA

 

Comme précisé par ailleurs, une compensation en fréquence doit être effectuée à la gravure puis à la lecture d'un disque vinyl pour contourner les contraintes mécaniques. L'Association Américaine des Industries de l'Enregistrement pose donc un gabarit précis de niveaux relatif à la fréquence qui doit être le plus fidèlement respecté dans l'électronique des préamplificateurs phono pour apporter le résultat escompté:

 

courbe riaa

 

Les spécificités de la gravure du disque analogique vinyle sont abordées Ici

 

 

CONSERVATION DES SUPPORTS MUSICAUX

 

Les bandes magnétiques sont sujettes à l'effet de copie, par induction d'une spire sur une autre, surtout quand elles sont enregistrées à fort niveau de magnétisation, c'est pourquoi les enregistrements sont stockés une fois la bande lue (par la même occasion parfaitement enroulée pour éviter les déformations mécaniques) à l'abri de l'humidité, de la poussière, de la chaleur, de la pollution et évidemment des champs magnétiques. Les cassettes, cartouches, (bandes en boîtier) ne souffrent pas de l'effet de copie mais craignent également les ambiances agressives et magnétiques. Un stockage vertical s'impose sauf dans le cas des galettes.

 

Les disques vinyls souffrent également de la chaleur (déformation mécanique), de l'humidité et de la pollution (dépôt de salissures au fond du sillon générants bruits, craquements). Il convient de les ranger dans leur pochette verticalement en rangs assez serrés (pas de biais!).

 

 

THEORIE DE L'INFORMATION

(une introduction aux techniques de numérisation)

 

Cette théorie (élaborée par Shanon dans les années 40) implique, pour qu’un message soit transmis :

*-- un émetteur qui envoie le message avec un certain débit

*-- un récepteur qui le reçoit

*-- un code commun à l’émetteur et au récepteur

*-- un répertoire comprenant tous les symboles (signes codés) utilisés dans le message

*-- une opération de codage (par l’émetteur) puis de décodage (par le récepteur) afin de traduire tous les signes

*-- un canal de transmission véhiculant le message depuis l’émetteur jusqu’au récepteur.

 

Au cas où le canal détruirait certaines parties du message (par filtrage, par ajout de bruit de fond...), ces parties manquantes pourraient être reconstituées par le récepteur grâce à la redondance introduite dans le message.

Si nous considérons la phrase : ”je vais au théâtre” et que le pronom ”je” n’est pas entendu, le mot ”vais” indiquera néanmoins qu’il s’agit de la première personne du singulier : c’est une forme de redondance.

 

La prévisibilité de certains éléments du message facilite également sa compréhension, c’est-à-dire son intelligibilité.

 

Enfin, la quantité d’informations représente en quelque sorte l’originalité du message, ce qu’il nous apprend de nouveau : elle sera donc inversement proportionnelle à la prévisibilité (on n’apprend rien si on connaît tout d’avance) et inversement proportionnelle au taux de redondance (il y a peu d’informations contenue dans un message qui se répète beaucoup). Mais si la quantité d’information est trop importante, l’intelligibilité sera réduite (une démonstration scientifique complexe lue à toute vitesse sera incompréhensible).

 

 

La quantification à des fins de numérisation

 

L’échantillonnage consiste à prélever périodiquement des échantillons du signal analogique. La quantification consiste donc à attribuer une valeur numérique binaire à chacun de ces échantillons Pour finir, de l’échelle de quantification retenue dépend la dynamique de la reproduction. Plus cette échelle est grande plus elle sera précise.

 

Un système à 16 bits permet d'obtenir une dynamique d’environ 96 dB. Si l’on souhaite obtenir des performances supérieures, un système permettant un échantillonnage à 96 kHz et une quantification de 24 bits présente l’avantage d’éviter la suppression de certaines harmoniques, (phénomène qui existe avec la norme du CD audio).

 

Si l’information est rudimentaire dans sa forme (0 ou 1) elle est très importante pour la reconstitution du son. Rappelons qu’un signal analogique déformé contient toujours le son, mais qu’un signal numérique tronqué disparaît complètement !

 

 

Le principe de la quantification

 

Le signal analogique entre dans un convertisseur (CAN ou ADC, pour Convertisseur Analogique vers Numérique, Analog to Digital Converter) où il est échantillonné: chaque niveau ou échelon de signal, déterminé par la fréquence d'échantillonage (le nombre de fois par seconde où l'on effectue une mesure du signal entrant) est transcrit sous forme de code binaire en fonction de la profondeur de quantification (4 bits dans l'exemple) appelée résolution. C'est ce nombre qui définit la "finesse" de la conversion.

 

Ainsi la fréquence d'échantillonage du CD est-elle de 44100 fois par seconde et à chaque seconde correspondent 16 bits soit 65535 échelons.

 

convertisseur analog numeric

Principe d'un CAN, ici sur 4 bits

 

 

La conclusion logique est donc la suivante:

Plus la résolution sera élevée, plus les échelons seront nombreux pour une même plage de valeurs et les écarts entre valeurs successives plus faibles..

Conséquence : le signal initial sera plus fidèlement relevé. Comme ce raisonnement s'applique également dans la conversion inverse, le signal sera également plus fidèlement restitué.

 

Une fois le signal converti sous forme numérique (Digitale en anglais...) il est stocké sur tous types de supports informatique (disque dur le plus souvent). Afin de transformer à nouveau le signal numérisé sous sa forme initiale (celle qui a déplacé la menbrane du microphone et qui doit maintenant agiter celle des haut-parleurs...) on effectue la procédure inverse:

 

convertisseur numeric analog

Principe d'un CNA, toujours sur 4 bits

 

Mais c'est là que les choses se compliquent...En effet, utilisé tel quel le signal n'est pas vraiment agréable. Pour tout dire il est même très désagréable et entaché du bruit de numérisation (cf ci-dessous). Il va falloir rajouter un circuit spécifique dont le rôle va être de maintenir la valeur de l'échantillon jusqu'à celui qui le suit, puis éventuellement faire un lissage de la courbe générée par le biais d'interpolateurs pour lui redonner une allure plus présentable, (surtout plus audible) comme ceci:

 

reconversion analog

 

En fait, la conversion numérique-analogique par l'usage du circuit ad'hoc (CNA ou DAC pour Convertisseur Numérique vers Analogique, Digital to Analog Converter) délivre un signal dont les valeurs ne sont définies qu'à des instants rythmés par la fréquence d'échantillonnage. Aucune valeur de signal n'est donc établie entre deux valeurs successives du temps.

Pire, le signal issu de ce type de circuit présente un surplus d'harmoniques ("bruit de numérisation"), de toute évidence relatives à la fréquence de numérisation, il faut donc les supprimer. Leur élimination se fait par filtrage analogique, généralement un filtre passe bas. Certaines configurations de circuits se chargent spontanément de ce que l'on désigne parfois comme opération de "lissage". Dans les cas plus aboutis l'interpolation est mise en oeuvre par des DSP (Digital Signal Processor pour "Processeurs de Signaux Numériques").

 

En guise de conclusion, mais rien n'est figé:

 

De plus en plus d'appareils proposent maintenant des fréquences d'échantillonage de plus en plus hautes et des circuits de lissage de plus en plus élaborés pour rester le plus fidèle possible...Les détracteurs du "son CD" au début des années 80 avaient-ils raison?

 

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tetes magnetiques

Jeu de têtes magnétiques

24 pistes 2 pouces

(enregistrement analogique)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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