Audio numérique - Bruit de quantification

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En ce qui concerne la quantification, chaque échantillon est quantifié à une valeur qui s'approche de la valeur réelle. Et c'est à ce point que l'opération de conversion en numérique d'un signal analogique introduit une dégradation. La valeur de tension est prélevée par un circuit député qui introduit une erreur: plus la qualité du circuit même est basse, plus l'erreur est élevée. Cette valeur de tension doit être par la suite mémorisée sur un support numérique, et donc doit être préalablement convertie en forme binaire. Pour ce faire, l'opération de quantification est nécessaire pour approcher la valeur réelle de la valeur quantifiée, en introduisant une erreur dite: bruit de quantification. L'ampleur maximum de ce dernier est identifiée avec l'ampleur d'un intervalle de quantification.

Le bruit de quantification se produit seulement en présence d'un signal échantillonné; en présence d'un silence, l'erreur de quantification est nulle. A l'inverse de ce que l'on peut penser, cette caractéristique est un facteur négatif vu qu'il crée une oscillation du bruit qui est perçue par l'oreille beaucoup plus facilement qu'un bruit de fond constant (comme, par exemple, le bruissement qu'on trouve sur les rubans magnétiques). Pour résoudre ce problème, on peut augmenter le nombre d'intervalles pour réduire l'erreur de quantification. Une autre solution consiste à ajouter un bruit blanc de fond. Cette opération peut être effectuée de deux façons:

Modalité analogique: on ajoute un bruit blanc [Bruit blanc ] au signal avant son échantillonnage de manière que quand le signal sonore est absent, il reste le bruit de fond qui sera quand même échantillonné.

Modalité numérique - tramage (en anglais: dither): le dernier bit de chaque échantillon (quelquefois les deux ou quatre derniers, quand la résolution est suffisamment élevée: par exemple avec 24 bit) est valorisé au hasard. Ceci permet de simuler la présence d'un bruit blanc, dont la dénomination technique est dither. Les fabricants de logiciels sonores ont commencé à introduire sur le marché une série de plug-in[28 ] destinés aux systèmes de hard-disc recording contenant des algorithmes de dithering "intelligents". Ces derniers modifient leur propre action selon les caractéristiques du signal qu'ils sont en cours de traitement.

Plus le nombre d'intervalles est grand, moins l'erreur sera grande. Théoriquement, si on disposait d'un nombre infini d'intervalles de quantification, chaque valeur de tension serait associée exactement à l'intervalle (qui coïnciderait avec un point) qui le représente. En dehors des problèmes techniques impliqués dans la réalisation d'une telle solution, il s'avérerait nécessaire d'utiliser un nombre infini de bit pour représenter chaque intervalle. Dans notre exemple, on a utilisé 3 bit, pour les CD Audio on utilise une quantification de 16 bit, ce qui amène à subdiviser l'axe des tensions en 65536 intervalles distincts. Dans les studios d'enregistrement professionnels, on effectue cette opération en utilisant un format de 24 bit (1.677.216 intervalles) pour reconvertir par la suite le signal à 16 bit avant de le transposer sur CD.

Les grandeurs standard utilisées pour la réalisation de CD audio sont:

Tableau 18.7. Spécifications du format CD Audio 

Fréquence d'échantillonnage44.1KHz
bit de quantification16 (65536 intervalles)

Échantillonner un signal à une certaine fréquence f signifie extraire du signal f échantillons à la seconde. Chaque échantillon est représenté par un numéro binaire à 16 bit. Ce qui signifie qu'un signal stéréo produit chaque seconde le nombre d'échantillons ci-après calculés:

2 (stéréo) x 16 (bit) x 44100 (échantillons) = 1411200 bit/s

En exprimant le résultat en bytes, on obtiendra:

1411200/8 = 176400 bytes = 172.26 Kb

On peut conclure qu'échantillonner une seconde d'un signal stéréo équivaut, en termes de mémoire de masse, à 172 Kb.

Un CD commun peut enregistrer 74 minutes, et aura donc:

176.26 (Kb/s) x 60 (sec)x 74min = 764 Mb

destinés à la mémorisation des données audio.

Les CD vierges communs portent les caractéristiques suivantes: 74 min pour l'audio ou 650 Mb pour les données. Nous venons de voir que pour mémoriser 74 minutes de musique stéréo il faut 746 Mb, alors que le CD semble ne permettre de mémoriser que 650Mb. Comment expliquer cette différence? La réponse réside dans la modalité de mémorisation des données. Dans un CD audio, les données sont mémorisées une seule fois, même si dans une disposition particulière qui permet de diminuer les erreurs de lecture, alors que pour un CD ROM les données sont répétées sur diverses zones du CD. Ceci afin d'en consentir la lecture dans le cas d'endommagement d'une partie de la superficie du disque optique.



[28 ] Par ce terme on indique une extension d'un logiciel qui en enrichit les fonctions.








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