Les données numériques : Les fichiers audio - Quiz
Les fichiers audio
Un fichier audio contient un son sous forme de données numériques. Il peut enregistrer une voix, une musique, un bruit ou tout autre son.
Du son au fichier
Une voix ou un instrument produit des vibrations de l'air. Un microphone transforme ces vibrations en un signal électrique. Un convertisseur analogique-numérique (CAN) transforme ensuite ce signal en une suite de valeurs numériques.
Le convertisseur mesure régulièrement la valeur du signal. Chaque mesure constitue un échantillon. La fréquence à laquelle ces mesures sont réalisées est appelée fréquence d'échantillonnage.
Un CD audio utilise une fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz. Le signal est donc mesuré 44 100 fois par seconde pour chaque canal audio.
La quantification
Chaque échantillon reçoit une valeur numérique. Le nombre de bits utilisés pour représenter cette valeur correspond à la profondeur de quantification.
Avec 16 bits, un échantillon peut prendre 65 536 valeurs. Avec 24 bits, il peut prendre 16 777 216 valeurs. Une profondeur plus importante permet donc de représenter les variations d'amplitude avec davantage de précision.
Le son stéréo
Un fichier audio peut contenir un ou plusieurs canaux. Un enregistrement mono utilise un seul canal, tandis qu'un enregistrement stéréo utilise deux canaux : un pour la gauche et un pour la droite.
Pour un son stéréo à 44 100 échantillons par seconde et 16 bits par échantillon, l'enregistrement produit :
44 100 × 16 × 2 = 1 411 200 bits/s
Cela correspond à 176 400 octets par seconde, soit environ 10,6 Mo pour une minute de son non compressé.
Les formats audio
Les données audio peuvent être enregistrées dans différents formats. Le format détermine notamment la manière dont les données sont organisées et éventuellement compressées.
WAV : format courant pour les fichiers audio non compressés. Il conserve les données audio avec une grande fidélité, mais produit des fichiers volumineux.
MP3 : format utilisant une compression avec perte. Il réduit fortement la taille du fichier en supprimant certaines informations sonores peu perceptibles.
AAC : format utilisant également une compression avec perte, très utilisé dans les appareils mobiles et les services de diffusion audio.
FLAC : format utilisant une compression sans perte. Le fichier est plus petit qu'un enregistrement non compressé tout en conservant exactement les données audio originales.
OGG Vorbis : format audio libre utilisant une compression avec perte.
La compression audio
Un enregistrement non compressé contient une très grande quantité de données. La compression permet de réduire la taille du fichier.
La compression avec perte, utilisée notamment par le MP3 et l'AAC, élimine certaines informations sonores afin d'obtenir un fichier beaucoup plus petit. Le niveau de compression détermine le compromis entre la taille du fichier et la qualité sonore.
La compression sans perte, utilisée notamment par le FLAC, réduit la taille des données tout en permettant de retrouver exactement les informations originales lors de la décompression.
Du fichier au son
Lors de la lecture, l'ordinateur lit les données numériques du fichier audio. Un convertisseur numérique-analogique (CNA) transforme les valeurs numériques en un signal électrique.
Ce signal est envoyé vers les haut-parleurs ou le casque. Leurs membranes vibrent et produisent à nouveau des variations de pression dans l'air. Ces vibrations constituent le son entendu par l'utilisateur.
La chaîne complète peut donc être représentée ainsi :
Son → microphone → CAN → données numériques → fichier audio
Fichier audio → données numériques → CNA → haut-parleurs → son
Les mêmes principes sont utilisés pour enregistrer et lire des musiques, voix, podcasts, livres audio, sons de jeux vidéo, films et communications vocales.