Audio numérique - Manipulation du signal audio numérique

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Durant l'échantillonnage d'un signal sonore, celui-ci est converti en séquences binaires et peut donc être considéré comme un ensemble de données mémorisables sur un support adéquat (hard disc, CD-ROM, zip disc, jaz). Une fois que le signal sonore en forme binaire est obtenu, on peut utiliser un appareil numérique (comme par exemple un ordinateur) pour effectuer des manipulations sur les données. La masse de données qu'on doit manipuler est grande (souvenons-nous qu'une seconde de musique stéréo équivaut à une masse de données égale à 172.26 Kbyte [Spécifications du format CD Audio ] ) et par conséquent un des obstacles à tenir en compte est la puissance de calcul dont on dispose. Certaines fois les opérations doivent être exécutées en temps réel[30 ] comme par exemple une machine numérique qui exécute un algorithme[31 ] pour calculer la réverbération sur le signal d'entrée. Voyons d'une manière détaillée comment sont manipulées les données pour donner une idée exacte des grandeurs impliquées. Supposons que l'unité de calcul central (En anglais: CPU - Central Processing Unit) opère sur des données par blocs de 1 seconde; même si les conditions de travail réelles se basent sur des temps plus restreints, l'unité de mesure choisie permet de focaliser plus facilement les divers aspects de la question. Si l'on travaille en temps réel, ceci signifie que l'on doit fournir à la sortie un flux continu de données, ce qui nous oblige d'effectuer notre manipulation sur une masse de données de 172.26 Kb (équivalent à 1 seconde) en un temps plus court, ou à la limite dans le même temps de 1 seconde. Le temps d'élaboration dépend de deux facteurs principaux:

  • La puissance du calcul: elle dépend du nombre d'opérations élémentaires à la seconde[32 ] que le processeur est en mesure d'effectuer et d'autres facteurs, comme par exemple le montant de mémoire disponible pour les opérations et le temps d'accès aux données de la mémoire même

  • La complexité de l'algorithme: les manipulations effectuées sur les données impliquent des calculs mathématiques. Plus le calcul est complexe (qui généralement dérive d'un raffinement majeur de l'algorithme), plus il faut de temps et de puissance de calcul pour l'accomplir

Dans notre cas, il faut que notre machine manipule chaque bloc de données en moins d'une seconde de manière à ne jamais être en retard par rapport au flux de données arrivant à l'entrée.

Cet exemple est utile pour comprendre le fonctionnement des machines numériques mais n'est pas utilisable en pratique vu qu'il introduirait un déphasement de 1 seconde entre le signal d'entrée et celui de sortie. Quand on travaille en temps réel, ce retard devient inacceptable. En fait, la manipulation est effectuée sur des portions de signaux inférieurs à une seconde de telle manière que le processeur exécute le calcul sur une quantité de données relativement réduite. Ceci permet de porter le temps de calcul à des valeurs inférieures aux 30ms, autrement dit au sein de la zone de Haas [Effet Haas ] , ce qui signifie ne pas introduire un retard perceptible, donc pouvoir effectivement travailler en temps réel.

Certaines fois, il n'est pas nécessaire de travailler en temps réel et par conséquent on peut utiliser des machines dotées d'une puissance de calcul inférieure, prolongeant ainsi les temps d'élaboration. De cette manière la manipulation est appliquée sur toute la masse de données, et le résultat n'est disponible qu'à élaboration complétée.



[30 ] Travailler en temps réel signifie obtenir un flux de données à la sortie à la même vitesse que celle des données acquises à l'entrée.

[31 ] Un algorithme est un procédé de calcul finalisé à obtenir un résultat déterminé à partir d'un ensemble de conditions et données initiales. Pour une description détaillée des algorithmes et de leurs implications, se référer à un texte d'introduction à l'informatique.

[32 ] Elle est mesurée en GHz. Un processeur ayant une vitesse de 2GHz est en mesure d'effectuer 2 milliards d'opérations élémentaires à la seconde.