Caractéristiques analogiques

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1 Audio numérique

2 Théorème de Fourier Le théorème de Fourier nous explique qu une forme d onde complexe est en faite le résultat d une combinaison de plusieurs ondes simple (sinusoidale).

3 Caractéristiques analogiques Forme d'onde continuellement-variable Peut importe la forme de l onde, l amplitude varie à chaque instant. La résolution est donc infinie car un nombre infini de mesures va révéler un nombre infini de variations d'amplitude.

4 Disque Vinyle

5 Cassette Audio

6 Distorsion analogique" Lorsque le signal est enregistré, une variété de facteurs de distorsion sont additionnés au signal original. La distorsion est un bruit analogique combinée avec la musique à mesure que la bande est enregistrée. La tête de lecture reproduit fidèlement le signal qui est maintenant une version distorsionnée du signal original.

7 Distorsion analogique

8 Encodage du signal analogique Le problème est très clair: la tête de lecture est incapable de faire la distinction entre le signal et le bruit. Pour résoudre le problème, nous devons trouver une méthode d'enregistrement dans laquelle le système de lecture ne va pas reconnaître (et par le fait même, pas reproduire) les composantes de bruits du signal enregistré. Une analogie utile est le système de code Morse.

9 Signal Numérique

10 L audio Numérique Facilite : L enregistrement La synthèse L édition sonore Le mixage La distribution La diffusion

11 Signal Numérique

12 Enregistrement numérique :Échantillonnage (sampling) Maintenant, si on regarde une forme d'onde analogique à-travers une série de "fenêtres" également-espacées entre elles, on note que le plus de fenêtres que l'on a sur une distance donnée, le plus souvent que l'on peut voir - ou échantillonné - la forme d'onde. Puisqu'on parle de temps, on peut dire que plus proches sont les fenêtres, plus haute sera la fréquence d'échantillonnage et plus précise notre vue de la forme d'onde sera.

13 Fréquence d échantillonnage La fréquence d échantillonnage peut être vulgarisée en terme de fenêtres. Plus la fréquence d échantillonnage est élevée, plus la taille des fenêtres est petite, donc plus les fenêtres sont rapprochées Donc, plus la fréquence d échantillonnage est élevée, plus précise sera notre vu sur la forme d onde En terme plus précis, c est le nombre de captures sonores à chaque seconde. Se calcule en Hertz (44100 Hz ou 44,1 KHz)

14 Échantillonnage (Sampling)

15 Échantillonnage (sampling)

16 Fréquence d'échantillonage Si on suppose que la forme d'onde de la fig représente la plus haute fréquence audio qui nous intéresse (20 KHz), nous avons besoin d'une fréquence d'échantillonnage qui est le double de cette fréquence pour la reproduire. Pour illustrer ce point, échantillonnez-et-retenez la valeur vue à-travers la première fenêtre jusqu'à ce qu'on arrive à la deuxième fenêtre. Alors, refaites la même chose jusqu'à la troisième fenêtre et ainsi de suite. La forme d'onde résultante est une onde carrée de même fréquence que la fréquence d'échantillonnage.

17 Fréquence d'échantillonage Une onde carrée peut être définie comme une onde sinusoïdale plus un nombre infini d'harmoniques impaires. Donc, à la lecture, nous avons seulement besoin de passer l'onde carrée à-travers un filtre passebas pour ôter les harmoniques et retrouver le signal original.

18 "

19 Fréquence Nyquist et taux Nyquist Fréquence Nyquist : C est la plus plus haute fréquence que l on veut reproduire dans notre système numérique Taux Nyquist : Fréquence d échantillonnage requise pour reproduire la fréquence Nyquist et empêcher les problèmes de replis Taux Nyquist / 2 = fréquence Nyquist Donc, un taux Nyquist de 50 KHz va nous permettre d'échantillonner n'importe quel signal audio en bas de la fréquence Nyquist de 25 KHz.

20 Replis (aliasing) Si on essai d'échantillonner une fréquence (F) plus haute que la fréquence Nyquist (Fn) une fréquence erronée (fe) va être produite, une fréquence de replis (aliasing). Fe = Fn F Donc, si on essaie d'échantillonner un signal de 35 KHz (F) avec une vitesse d'échantillonnage de 50 KHz (Fn), une fréquence erronée de 15 KHz (Fe) est produite. 50 Khz - 35Khz = 15 Khz

21 Replis (aliasing)

22 Replis (aliasing) Pour prévenir l'apparition de ces fréquences erronées, le signal que l'on veut échantillonné doit tout d'abord passer à-travers un filtre passe-bas, pour enlever toutes les fréquences au-dessus de la fréquence Nyquist qui pourraient produire des fréquences erronées. A cause de la limite pratique des filtres, une fréquence d'échantillonnage un peu plus haute que le double de la plus haute fréquence reproduisible doit être choisie.

23 Filtre Passe-Bas

24 Encodage numérique Si on retourne maintenant à notre source de son analogique, pour chaque fenêtre d'échantillonnage nous devons convertir l'amplitude du signal en un nombre binaire. Sur la fig., on peut voir que le plus de bits que l'on dispose, la meilleure sera l'approximation (ou quantification) du niveau analogique actuel.

25 Échantillonnage (Sampling)

26 Résolution Une quantité exprimée par un nombre binaire est appelé un mot numérique. Donc, 101 est un mot de trois bits, et est un mot de cinq bits. Un mot de n-bit nous donne 2 n niveaux ou intervalles de quantification. Ex. 8 bits = 256 niveaux 16 bits = 65,536 niveaux 24 bits = 16 millions niveaux Il s agit donc du nombre de bits utilisés pour coder l amplitude du son à un instant donné

27 Résolution (1 bits)

28 Résolution (2 bits)

29 Résolution (3 bits)

30 Résolution (4 Bits)

31 Résolution (nb. de bits) Affecte le rapport signal/bruit (signal/noise) ou la gamme dynamique (Nb de bits X 6 = Nb de db disponible) Généralement, le rapport signal/bruit du système est donné à 6 db pour chaque bit. Donc, un système à 16 bits va avoir un rapport signal/ bruit de 6 X 16 = 96 db tandis qu'un système 24 bits va avoir 144 db. Le standard professionnel est de 24 bits, tandis que le CD est de 16 bits.

32 Résolution

33 Qualité Standard Le CD-Audio? Fréquence d échantillonnage: 44,1 KHz Résolution: 16 bits Le DVD? Fréquence d échantillonnage: 48 KHz (192) Résolution: 24 bits

34 Le Dither En audio numérique, il peut survenir des erreurs de quantize lorsqu on passe à une résolution inférieur. Le dither à donc été inventé par les Britanniques pour améliorer ce problème.

35 Le Dither Voici un exemple d un onde sinusoidale de 100Hz enregistré en 24 bits.

36 Le Dither Voici la même onde sinusoidale de 100Hz mais réduite à 16 bits.

37 Le Dither Voici un exemple de bruit Dither.

38 Le Dither Voici notre onde sinusoidale de 100Hz enregistré en 24 bits auquel on a ajouté le bruit Dither.

39 Le Dither Voici notre onde sinusoidale de 100Hz avec le bruit Dither, réduite à 16 bits.

40 Dithering 24 Bit Resolution 24 Bit Resolution + 16 Bit Resolution 16 Bit + Dither

41 Le Dither En résumé: Le dither est un bruit qu on ajoute à un signal dont on va réduire la résolution (Ex. de 24 bits à 16 bits). Le bruit incorporé permet d augmenter le niveau sonore des bruits les plus faibles permettant de les entendre à une résolution inférieure.

42 Format D encodage WAV AIFF BWF MP3 AAC Apple Lossless FLAC

43 Format d encodage Calcul pour la taille d un fichier audio non-compressé : Fréq d éch (Hz) x Sec = Mots Mots/ = Méga-Mots Méga-Mots x (Bits/8) = MégaOctet (MB) DONC ((Fréq d éch x Sec)/ ) x (Bits/8) = MB

44 Format d encodage Calcul pour la taille d un fichier audio compressé : Temps (sec) x Débit (kbp/s)/8 = Taille (Kilo Octet)

45 Format :.WAV Avantages : - Format d encodage SANS perte - bonne qualité sonore Désavanges : - Vieux format d encodage - Fichier très lourd (+/- 50 MB) - Fichier pas plus gros que 2GB

46 Format.BWF Avantanges : Format d encodage non-compressé Extension du.wav Peut contenir des fichiers multipistes. Désavantages : Encore une limite de 2GO par fichier Fichiers très lourds

47 Format : AIFF Avantages : Format d encodage non-compressé Possibilité de mettre des loops Désavantages : Fichiers très louds

48 Format : MP3 Avantage : Fichiers plutôt légers (+/- 5MB) Facilite le transfert de fichier Désavantage : Format d encodage compressé Qualité sonore légèrement réduite

49 Format : AAC Avantage : Fichiers plutôt légers De meilleur qualité que le MP3 Désavantage : Format d encodage compressé Qualité sonore légèrement réduite

50 Format : Apple Lossless Avantage : Compression sans perte de qualité sonore Implémentation matériellle facilitée Désavantage : Fichier relativement lourd Moins efficace que les FLAC

51 Format : FLAC Avantage : Compression sans perte de qualité sonore Bon pour l archivage Désavantage : Implémentation matériel limité

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