L'échantillonnage

Le son numérique

e Compact Disc fut le premier produit audionumérique grand public. Mis au point dès 1979, il fut introduit sur le marché mondial en 1983. En trois ans, les ventes de ce nouveau medium ont été multipliées par dix et détrônèrent presque définitivement le disque vinyle. Reste une poignée d'amateurs qui, sans contester la supériorité de reproduction du Compact Disc (haute dynamique, suppression quasi-totale des bruits de fond et des parasites), estiment que celui-ci donne de part ses qualités un côté froid et artificiel à la musique.

Principes de l'échantillonnage

e système de conversion numérique du son a été mis au point en 1957 dans les laboratoires Bell par Max Mathews. L'échantillonnage numérique procède par prélèvements d'échantillons, c'est-à-dire de portions du signal sonore. A l'instar du cinéma, où une suite de photographies défilant à une vitesse déterminée produit l'illusion du mouvement, on mesure la pression acoustique du signal sonore à intervalles réguliers. La principale différence avec le cinéma est la cadence utilisée : si 24 images par seconde suffisent pour reproduire le mouvement, l'échantillonnage numérique d'un son requiert une cadence beaucoup plus élevée pour donner l'illusion d'un son continu. On appelle cette cadence la fréquence d'échantillonnage, exprimée en Hertz. Le mathématicien Claude Shannon a établi que la représentation numérique fidèle d'un son ne pouvait être obtenue qu'en échantillonnant celui-ci au moins au double de sa fréquence. Théoriquement, tout échantillonnage numérique devrait donc s'effectuer à 40 kHz (40 000 valeurs par seconde), puisque l'oreille humaine peut percevoir les fréquences acoustiques jusqu'à 20 kHz. Sur le Compact Disc, la fréquence d'échantillonnage est de 44,1 kHz.

n plus de la fréquence, un second facteur intervient dans la qualité de l'échantillonnage numérique : la résolution. Exprimée en bits, l'unité de base informatique, la résolution détermine le nombre de valeurs choisies pour donner le résultat d'une mesure d'un échantillon. Par exemple, un codage 8 bits ne permet d'obtenir que 256 valeurs par échantillon, tandis qu'un codage 16 bits en autorise plus de 65 000. Il a été démontré que chaque bit supplémentaire améliore le système de 6 dB. Il faudrait donc une résolution de 20 bits (plus d'un million de valeurs) pour coder le signal audio conformément aux possibilités de l'oreille humaine, mais dans la pratique, on se contente généralement de 16 bits (la norme du Compact Disc).

a fréquence d'échantillonnage détermine donc la bande passante du signal numérisé, tandis que la résolution influence la dynamique de l'enregistrement.

L'échantillonnage à vitesse variable

ise au point par le français Christian Deforeit et utilisant le théorème de Shannon, cette méthode utilise une fréquence d'échantillonnage variable choisie en fonction de celle du son. On évite de cette manière l'apparition d'écarts aléatoires qui se produisent lorsque l'on échantillonne à fréquence fixe et qu'il faut filtrer.

Des problèmes rencontrés

ur les échantillonneurs, l'enregistrement d'une seule note d'un instrument ne permet pas de recréer toutes les autres par une simple modification de la vitesse de lecture de l'échantillon (on entend ici par échantillon l'enregistrement complet d'une note, c'est un " extrait " sonore de l'instrument). En effet, le timbre d'un instrument varie en fonction de la hauteur de la note jouée. Il est donc nécessaire de prendre plusieurs échantillons du même instrument à des hauteurs différentes. De même, la vélocité, c'est-à-dire la force avec laquelle une note est jouée, influe également sur le timbre. L'échantillonnage de plusieurs vélocités distinctes est donc souhaité si l'on désire obtenir une fidélité de reproduction satisfaisante.