[Audio] Analogique et numérique

fcosinus: http://fcosinus.free.fr/articlenum/numerique.html a écrit:

ANALOGIQUE & NUMERIQUE

Notions de bases



1/ Introduction

L’analogique et le numérique sont deux procédés pour transporter et stocker des données. (de type audio , photo , vidéo…) . L’analogique est né avec le début de l’électricité tandis que le numérique est apparu plus récemment avec l’ère de l’informatique .

Le principe de l’analogique est de reproduire le signal à enregistrer (audio , vidéo…) sous forme similaire sur un support (magnétique en général) .Par exemple lorsque l’on enregistre un signal audio sur un système analogique le signal présent sur la bande suivra les mêmes amplitudes (" la même courbe ") que l’onde sonore (avec plus ou moins de fidélité) : les variations de pressions caractéristiques d’une onde sonore seront traduit en variations d’un signal électrique . Ainsi l’amplitude électrique du signal analogique sera l’image plus ou moins fidèle du signal à enregistrer (audio , vidéo…)

En numérique le signal analogique à enregistrer est converti en numérique grâce à un convertisseur analogique>numérique . Après cette conversion le signal n’est plus qu’une suite de " 0 " et de " 1 " c’est à dire un signal à deux amplitudes au lieu d’une infinité en analogique .

Une fois sous cette forme le signal peut être copié et transmis sans pertes car au lieu de transporter un signal dont l’amplitude doit varier fidèlement à l’original on transporte un signal formé de seulement deux amplitudes (par exemple 0=0volt et 1=5volts) . Ainsi lorsqu’un parasite perturbe un signal analogique , en numérique ce parasite aura aucun effet : par exemple un parasite qui ajoute 0.2v de perturbation va détériorer un signal analogique alors que ce même parasite sur un signal numérique n’aura pas d’effet car 0v+/-0.2v sera toujours considéré comme = " 0 " .

Le signal numérique est donc un signal analogique constitué de deux niveaux possibles (par exemple " 0 "=0v et " 1 "=5v) et lorsque le signal analogique s’éloigne de ces deux tensions cela n’est pas grave car tous signal proche de 0v sera considéré comme = " 0 " et tout signal proche de 5v sera = " 1 " avec un seuil de tension entre les deux d’ou une immunité exceptionnelle contre les parasites et une facilité exemplaire à faire des copies parfaites (clones) de ce type de signal .

Après un transport et un stockage en numérique tout signal (vidéo ou audio) devra revenir à sa forme analogique de départ . Par exemple un signal audio sera converti de numérique>analogique pour ensuite être amplifié ; en effet nos oreilles ne savent entendre en numérique ! ! !

Il faut bien garder à l’esprit que le numérique ne sert (dans le cas d’un signal audio ou vidéo) qu’au transport et au stockage des données.







2/ Analogique VS Numérique et la compression de données.


On vient donc de voir que le numérique n’est pas un gadget commercial , c’est bien le support de toutes les nouvelles technologies mais doit on pour autant considérer que le numérique est résolument meilleur que l’analogique ?

Je serais tenter de répondre oui mais il faut cependant tempérer ce jugement et cela pour deux raisons : la compression et l’échantillonnage.

*/ La compression numérique :

La conversion d’un signal en numérique n’est pas sans problèmes : la bande passante occupé par un signal une fois numérisé est plus important que son équivalent analogique . Lorsque l’on traite des donnés très encombrantes comme la vidéo cela devient très lourd à traiter ; il faut donc utiliser un algorithme de compression visant à réduire la quantité d’informations en diminuant la qualité du signal . Toutes les compressions utilisées pour la vidéo ou l’audio se basent sur la perception humaine de façon à rendre peu ou pas perceptible cette baisse de qualité pour l’homme . Mais le problème est que souvent on a tendance à vouloir trop compresser le signal et la dégradation devient alors perceptible (cas des téléphones GSM , des MP3 < 128kbit/s , des vidéos mpeg-1 ….)

Par exemple un signal audio de haute qualité enregistré sur une platine cassette haut de gamme (analogique) sera de meilleur qualité qu’un mp3 à 112kbit/s , car à 112kbit/s beaucoup d’informations on été supprimés pour satisfaire au débit imposé de 112kbit/s.

Par contre en analogique intervient la notion de génération de copie : une copie sera moins bonne que l’originale , une copie de la copie perdra encore un peu …. Au bout de 10 ou 20 copies de copies le signal est totalement détérioré et n’est plus exploitable . En numérique une copie est souvent un clone de l’original donc on peut en théorie faire une infinité de copies en ayant strictement la même qualité que l’original . Je parle de théorie car lors d’une copie numérique des erreurs peuvent intervenir , souvent à cause de l’état du support . C’est le cas lors de la copie numérique d’un CD Audio (de votre lecteur CD-ROM vers votre disque dur par exemple) : au passage d’une rayure ou d’un défaut l’information ne sera pas copiée et sera remplacé par le système de correction d’erreur par une donnée " extrapolée " pour faire passer inaperçu ce défaut ; dans ce cas la copie numérique ne sera plus identique à l’original . ( Dans ce cas précis il est à noter que l’utilisation de lecteur CD ROM haut de gamme permet d’éviter ces erreurs : mes tests avec un Plextor m’a montré que la copie numérique était bit à bit identique à l’original et ce à toutes les vitesses ).

Cependant en numérique il est possible d’avoir un contrôle sur l’intégrité des données . C’est le cas de l’informatique , toute donnée transportée ou exploitée est vérifiée : par exemple lorsqu’un support de masse (disquettes , disques dur ..) présente un défaut l’ordinateur indiquera une " erreur de lecture " . Contrairement à un signal vidéo ou audio en informatique la moindre petite erreur lors de traitement de signaux numériques peut s’avérer catastrophique d’ou l’importance de ces contrôles d’intégrité des données .

*/ L’échantillonnage

Le deuxième défaut d’un signal numérique par rapport à son homologue analogique c’est la précision de la conversion analogique/numérique .

Le principe de base est de découper le signal analogique en " tranches " (Quantification) pour ensuite donner à chaque tranche une valeur numérique équivalente (Résolution) . D’après le théorème de Shanon il faut au minimum avoir une fréquence d'échantillonnage double de la bande passante du signal à numériser . C’est pour cela quand audio on a une fréquence d’échantillonnage de 44.1kHz pour un signal audio dont la bande passante varie jusqu'à environ 20kHz . Mais cela est un minimum car plus la fréquence d’échantillonnage est élevé et meilleur sera le son (c’est pour cette raison que l’échantillonnage à 48kHz est meilleur même si on se limite à une bande passante de 20kHz)

De plus le niveau de chacune de ces " tranches " est converti en numérique sur un nombre de " bits " bien précis . En 16 bits on a 2^16 soit 65536 niveaux . Ainsi en numérique on a une perte du à la conversion analogique/numérique . En audio on découpe donc le signal en 44100 morceaux par seconde , chacun de ces morceaux étant pouvant avoir 65536 niveaux possibles.





C’est pour ça que les mélomanes n’apprécient pas toujours le CD car même si les données ne sont pas compressées (contrairement au mini disque), la numérisation dégrade le signal . Par exemple lorsque le signal audio est faible (dans le cas de grande musique sur certains passages) le codage se fait alors sur peu de niveaux (en effet 65536 représente le nombre de niveaux couvrant l’amplitude maximale du signal analogique) . Enfin pour la plupart d’entre nous la qualité CD représente le son idéal même si on ne peut le qualifier de parfait.

Personnellement j’apprécie beaucoup l’absence de souffle (cassette) ou de parasites (vinyle) . Certains affirment pourtant que ces défauts apportent une chaleur qui n’existe plus avec le CD ! mais je ne partage pas du tout cet avis car si j’admet que la numérisation CD apporte une perte (quasi imperceptible) je ne comprendrais jamais qu’un défaut puisse apporté le moindre avantage ! ! ne cherche t on pas à reproduire le plus fidèlement la source de départ ! ? Je pense plutôt qu’il ne s’agit dans ce cas que d’un refus non réfléchit , immature et idiot du numérique mais cet avis n’engage que moi ! ! ! !…..

En règle générale on peut affirmer que pour avoir une bonne qualité en analogique il faut dépenser beaucoup d’argent (à une époque on trouvait des platines cassettes haut de gamme >12000fr) alors qu’en numérique même une platine CD à 500fr offrira de très bonnes performances ce qui n’est pas du tout le cas des platines cassettes d’entrée de gamme . Le numérique propose donc au grand public d'accéder à une qualité qui était jadis réservé aux professionnels ou à une élite fortunée …

De plus le transport du numérique est très maniable , on peut faire circuler plusieurs signaux sur la même fréquence (plusieurs chaîne de TV sur un même canal satellite par exemple). Le domaine spectrale , c’est à dire l’étendu des fréquence disponible , étant limité , le numérique offre une réponse à la demande sans cesse croissante du nombre de communications par voies hertziennes .


3/ Le numérique aujourd’hui

Les industriels ont bien compris les intérêts du numérique et le propose dans grand nombre de produits . C’est l’audio avec le CD qui a ouvert le bal ; la vidéo plus récemment avec le satellite et le DVD ; cependant le vieux standard analogique VHS est encore le seul moyen d’enregistrement grand public… Le numérique à aussi envahi les communications : le GSM/DCS1800 a remplacé les anciens standards de la téléphonie mobile analogique (radiocom 2000 …) . Les téléphones portables d’intérieur ne sont pas restés en reste avec l’arrivée du DECT .

C’est bien sur l’informatique , 100 % numérique , et tout ces dérivés (notebook , organizers…) qui représente le plus bel exemple de " l’invasion " du tout numérique . L’ordinateur est le moyen de traitement numérique le plus polyvalent : on peut y traiter de l’audio et maintenant avec le dv de la vidéo …..

Mais le chemin vers un monde 100% numérique est encore long : les communications de la police , des pompiers , des ambulances… sont encore en analogique (ce qui explique qu’on puisse encore les écouter avec un simple scanner. )

Si aujourd’hui la cassette audio est menacée par le mini-disque et l’arrivée des graveurs de CD , la cassette vidéo VHS semble pourtant avoir encore quelques années devant elle car aucun moyen d’enregistrement numérique vidéo grand public ne se profile à l’horizon…..

L’analogique pour la transmission hertzienne de la télévision et de la radios va perdurer encore longtemps même si la concurrence du câble et du satellite se fait sentir…



Le numérique est donc omniprésent dans notre vie moderne , il permet à moindre coût d’obtenir une qualité excellente dans bon nombre d’applications .

Piano web: http://pianoweb.agence-presse.net/sonanalogique-ounumerique.html a écrit:

◊A PROPOS DE MICHEL GEISS
Michel Geiss, électronicien de formation, est un musicien et ingénieur du son français. Collaborateur de Jean Michel Jarre qu’il a rencontré en 1974, il a notamment réalisé une boite à rythme, la ‘Rythmi-Computer’ en 1976, et les séquenceurs ‘Matrisequencer 250′ en 1977 et ‘DigiSequencer’ en 1992. Ces instruments électroniques ont été utilisés sur de nombreux albums de Jean Michel Jarre dont ils ont contribués au succès.

En tant qu’ingénieur du son mastering, il a travaillé également avec bien d’autres artistes, tels que Michel Jonasz, Michel Sardou, La Compagnie Créole, Catherine Lara, Trust, Lio, Marc Lavoine, Patrick Bruel et Laurent Voulzy.




Parfois, avec le recul, d’anciens articles de presse sont très instructifs et nous permettent de mieux comprendre l’évolution des technologies. Ainsi, cet article paru en 1992 (revue Home-Studio) met en parallèle le système d’enregistrement analogique et numérique. Il est important de se rappeler qu’en 1992, l’enregistrement numérique en est encore à ses balbutiements et que c’est un moyen d’enregistrement très onéreux ; que les disques durs de grandes capacités sont absents des plate-formes informatique et que la cassette audio comme le disque vinyl ont encore le vent en poupe. Ces précisions sont importantes afin de mieux comprendre les propos de l’auteur et les réserves émises par celui-ci envers une technologie en devenir qui n’avait pas encore démontrée toutes ses capacités novatrices.

A vous de vous faire votre opinion sur la question posé à travers cet extrait d’article :

Doit-on choisir le numérique ou l’analogique ?


ANALOGIQUE OU NUMERIQUE
L’être humain doit se poser des questions. C’est l’une de ses dettes envers l’existence. Du temps de cro-magnon, c’était “steak de dinosaure dans le filet ou rôti de diplocodus ?“. Du temps de Shakespeare, c’était “To be or not to be ?“. Aujourd’hui, le musicien, l’ingénieur du son, le producteur, la maison de disque, doit répondre à une question qui lui mine la vie : “Numérique ou analogique ?“.

Les faits : entre l’analogique et le numérique, y a-t-il des points communs ?

Réponse : pratiquement pas. Pour parvenir à des objectifs identiques, les deux techniques utilisent des moyens radicalement différents. Traitement du signal en continu avec l’analogique, traitement discontinu avec le numérique. L’idée du numérique pour l’audio est venue d’une tentative d’amélioration de l’enregistrement et de la reproduction. On connaît les problèmes de l’audio analogique : non-linéarité des circuits, déphasages, donc distorsion multiples, production de bruit de fond étranger à la source d’origine, inexactitude dans la reproduction en série des enregistrements.

Ce dernier aspect du problème se traduit par des disques vinyl dont la qualité varie suivant qu’ils sont produits au début ou à la fin du pressage : au début les clicks des démoulages imparfaits et du préchauffage de la presse, à la fin, une qualité qui diminue avec l’usure des moules. Mais le problème concerne aussi les cassettes analogiques : la qualité dépend du suivi des réglages de chacune des machines de duplication, en ce qui concerne l’azimut, la prémagnétisation et la courbe de réponse.


Comment cela se passe-t-il en pratique ? Pas mal, finalement. Pas idéalement non plus, du fait de la part d’incertitude. On voit bien les avantages que le Compact Disc a pu apporter par rapport au disque vinyl : stabilité du support et lecture sans contact, donc moins sensible à l’usure, qualité constante, moins de matière première nécessaire, moindre volume de la discothèque personnelle, et surtout une fidélité difficile à contester avec les nouvelles technologies de conversion. Ce qui est vrai pour le disque l’est-il aussi pour l’enregistrement ?

Pas si simple !

Le numérique (ou digital, ça se complique dès le début, le même truc a déjà deux noms qui veulent dire la même chose), c’est compliqué. C’est plein de calculs qui se font à très grande vitesse dans des circuits électroniques où il est difficile de voir ce qui se passe avec les instruments de mesure habituels. Donc, par exemple, pas question de trouver la panne quand elle arrive, sauf en atelier hyper-spécialisé.

En face, l’analogique est relativement simple : avec un oscilloscope et un multimètre, on peut suivre facilement le trajet du signal. Un bon dépanneur radio-télé peut s’y retrouver. Le numérique c’est sans compromis, ça marche ou ça ne marche pas. Entre les deux, c’est horrible. Avez-vous déjà essayé de dépasser le niveau maximum admis ?

En analogique, la saturation n’est pas apocalyptique, elle ne fait qu’augmenter progressivement la distorsion. Certains ingénieurs s’en servent même en studio pour donner un son spécial. Le numérique c’est strict, rigide, carré, lourd. Le montage direct est soit impossible, dans le cas des systèmes à cassettes (DAT, PCM-1630, DCC), soit délicat avec les bandes sur bobine. Pas question de lire une bande à l’envers non plus, ou d’opérer une variation de vitesse trop importante. Et avant d’enregistrer une bande sur un multipiste, il faut la formater, c’est-à-dire effectuer un codage lors d’un passage complet à vitesse normale, avant de pouvoir commencer à travailler.

LES RISQUES DU METIER
L’analogique c’est souple, rond, léger. On enregistre directement. On coupe, on colle à l’endroit, à l’envers, sans précautions spéciales. Une empreinte de doigt sur la bande ne l’empêche pas d’être relue et réenregistrée. Et l’analogique, ça marche ! Combien d’utilisateurs de certains magnétophones à cassettes numériques se sont arrachés les cheveux à cause de précieux enregistrements qu’ils ne pouvaient plus relire ? Que penser de cet utilisateur qui nous annonce qu’il essaye depuis six mois de relire des enregistrements d’un concert live sans y arriver ? Des fluctuations de hauteur se produisent au cours de la lecture et aucun technicien n’arrive à trouver l’origine du problème. Et c’est fabriqué par un grand constructeur, en qui on serait tenté d’avoir confiance !


Dans de telles conditions, sauf en étant parfaitement sûr de son matériel, comment prendre aujourd’hui le risque de réaliser un enregistrement précieux en numérique, sans faire en parallèle un enregistrement analogique ? Demandez ce qu’en pensent ceux qui ont perdu leur enregistrement parce qu’ils ont voulu le faire en numérique ! La perte d’un enregistrement est une chose, celle de la réputation en est une autre !

L’ENFER DES FORMATS
EIAJ, AES/EBU, S/PDIF, SDIF 2, MEL 2, DASH, ProDigi, DCC, Mini Disc, Compact Disc. Vous êtes pris de vertige ? Normal. Continuons : 32 kHz, 44,1 kHz, 48 kHz, 16 bits, 18 bits, 20 bits. Les cassettes : PCM-1630, DAT, format Yamaha, Akai… L’incompatibilité des formats, la nécessité de se servir parfois du Word Sync, de Bit Sync, de synchroniser le code SMPTE avec l’horloge d’échantillonnage (nous éviterons ici d’entrer dans les détails)… Tout ceci fait que la technique audionumérique n’est pas simple à utiliser. De plus, c’est plus précis et demande plus d’attention : la poussière est plus dangereuse.

Par ailleurs, qui peut garantir qu’aujourd’hui la durée de vie des enregistrements audio numériques ? Cinq ans, dix ans, quinze ans, vingt ans ? On peut généralement relire une bande analogique même abîmée. En revanche, une bande numérique un peu détériorée, dans les mêmes conditions, risque fort de montrer une absence de signal (ce que l’on appelle un drop). Mais alors, qu’est-ce qui fait courir le monde après l’enregistrement digital ? La qualité ? Alors parlons-en.

MEILLEURE QUALITE ?
Cette difficulté d’utilisation du numérique serait le passage obligé pour la pureté du son et pour une exceptionnelle qualité. Il est vrai que si l’on compare un magnétophone à cassettes analogiques et un magnétophone DAT récent, le doute n’est pas permis, même s’il faut dépenser deux ou trois fois le prix du premier pour avoir le second.

Problème insoluble des magnétophones à cassettes, les erreurs d’azimuth qui proviennent de la quasi-impossibilité de régler précisément l’entrefer des têtes d’enregistrement et de lecture perpendiculairement à l’axe de défilement de la bande. Résultat : incompatibilité entre les magnétophones et mauvaise reproduction des fréquences aiguës, du fait du déphasage entre les canaux gauche et droit, l’un étant lu en avance par rapport à l’autre. Pas de problème sur le DAT, puisque les canaux gauche et droit sont enregistrés sur une seule piste en même temps.

En revanche, lorsqu’il s’agit de comparer multipistes analogiques et numériques, la différence est moins flagrante, surtout si le dolby SR est utilisée. Qui aujourd’hui en effet pourrait prétendre qu’un enregistrement multipistes numérique est meilleur que le même enregistrement analogique en Dolby SR ?

Certains ingénieurs préfèrent même le son Dolby SR à celui des bandes numériques. Rappelons que le principe permet d’obtenir une dynamique supérieure à celui du numérique, tout en augmentant sensiblement la qualité de l’ensemble du spectre.

De nombreux albums très prestigieux sont donc sortis aux USA avec le label ADD, ce qui n’a pas empêché une excellente qualité de réalisation. Certains disques ont même porté au dos la mention : “La technique du Compact-Disc ne permettra pas de restituer toute la dynamique de l’enregistrement original, réalisé en Dolby SR “.

LE NUMERIQUE PROGRESSE AUSSI

Mais les défauts de jeunesse du numérique ont également été rectifiés. Certains ont osé rire quand certains audiophiles prétendaient qu’à ses débuts le son numérique était désagréable. On en connaît aujourd’hui les raisons : surtout une mauvaise qualité du filtrage nécessaire à cette technologie. L’oversampling et la technique bitstream ont remédié à ces problèmes en permettant un filtrage plus simple et de meilleure qualité.

Les distorsions et fluctuations de vitesse inhérentes à l’enregistrement analogique n’existe plus en numérique. Le son, il est vrai, en devient plus transparent. De plus le problème des dégradations progressives des copies en analogique est évité grâce à la copie numérique directe. Mais ce n’est pas sur le problème du bruit de fond que le numérique est gagnant, puisqu’avec le Dolby SR, on a plutôt un meilleur rapport signal/bruit.

Le Dolby SR, son dérivé le Dolby S et le DBX ont permis de reculer l’échéance de la disparition des machines analogiques, échéance qui semble pourtant inéluctable : on trouve plus d’ingénieur qui travaillent au développement du numérique qu’à celui de l’analogique. Il est probable que les machines numériques vont de plus en plus se simplifier avec l’intégration de circuits électroniques et que leur prix de revient diminuera en conséquence. Il est même possible qu’un jour le prix d’une machine numérique devienne inférieur à celui d’une machine analogique équivalente. Dès lors, les jours de l’analogique seront comptés.

ANALOGIQUE OU NUMERIQUE… QUE CHOISIR ?
Le facteur prestige entre largement en ligne de compte dans les studios commerciaux. Le numérique, c’est plus cher, mais plus moderne, plus high-tech. L’analogique, ça marche bien, mais ça fait un peu démodé.

En France, la vague du numérique a déferlé sur les studios qui pouvaient investir, alors qu’aux Etats-Unis, au même moment, les propriétaires de studio restaient pragmatiques et proches du rapport qualité/prix. Posséder un magnétophone numérique n’est pas un critère absolu de qualité d’un enregistrement. Tant d’éléments entrent aussi dans le résultat final et tant de questions restent posées. Quelle est la qualité de la console ? Quelle est la qualité des micros et de leur utilisation ? Quelle est la qualité du câblage du studio ? Quelles sources seront-elles enregistrées ? Quel est le but recherché avec cet enregistrement ? Impressionner le client ? Etre rapide et efficace ? Obtenir un meilleur son ? En fait, c’est dans le domaine de l’enregistrement sur disque dur que ressort aujourd’hui l’avantage du numérique sur l’analogique.

Le temps d’accès presque instantané aux différentes parties de l’enregistrement, et la synchronisation ultra-rapide, en font une technique de choix pour la post-production vidéo et le montage audionumérique.


Alors, numérique ou analogique ?
La meilleure réponse sera la vôtre. Finalement, à vous de choisir.