Les différences entre le son analogique et numérique

Traditionnellement, on distingue le son analogique du son numérique. Avant d'entrer dans le vif du sujet, il convient de comprendre que les phénomènes qui nous entourent et que nos oreilles perçoivent sont tous analogiques.

Dans un concert par exemple, le son produit par l’instrument de l’artiste, les applaudissement du public ou le chuchotement d'un spectateur sont tous analogiques : ils sont continus, c'est à dire qu'ils passent d'une valeur à une autre sans interruption et ce, de manière continue.

Dès que l'on souhaite reproduire ces sons par le biais d'un enregistrement, deux solutions alors s'offrent à nous : soit le signal est enregistré de façon continue et analogue à la source, soit on enregistre uniquement certaines informations du signal, en le convertissant en une liste de valeurs prédéfinies. Le premier est dit analogique, le second est numérique.

Le danseur, la lumière et le stroboscope

Une bonne image fréquemment utilisée pour différencier le son analogique du son numérique est celle du danseur, de la lumière et du stroboscope.

Imaginez un danseur effectuant sa chorégraphie sous une lumière “normale”, diffuse et un autre effectuant la même danse, mais sous un stroboscope.

La danse du premier sera indéniablement perçue comme fluide et continue, alors que la seconde sera vue comme saccadée.

Et plus on augmente la vitesse du stroboscope, plus on arrivera à percevoir finement la chorégraphie. C’est exactement ce qui se produit pour le son numérique : plus la fréquence d'échantillonnage et la résolution sont élevées, plus la reproduction sonore sera fidèle. 

Petite histoire de l’enregistrement et la diffusion sonore

Pour l’enregistrement dit analogique, une des premières idées à la fin du XIX° siècle a été d’utiliser le phonographe qui, par un procédé mécanique permet de graver puis de diffuser l’enregistrement sonore.

Thomas Edison et son phonographe à cylindre - 1878

Dans les années 30, l’ancêtre du magnétophone est inventé et peu à peu les enregistrements stéréophoniques se répandent.

C’est en 1948 qu'apparaît l’enregistrement sur disque vinyle, en y gravant directement le flux continu de l’onde dans les microsillons. Contrairement aux supports magnétiques, ces galettes noires que nous connaissons tous, rencontrent toujours un franc succès près de 70 ans plus tard !

Au débuts des années 80, une invention change la donne dans le domaine de l’enregistrement et la diffusion sonore : le Compact Disc.
 

A cette époque, Philips et Sony s’associent pour commercialiser en 1982 le premier CD.  L’argument majeur des inventeurs et éditeurs était celui de la qualité musicale, largement supérieure aux supports existants et notamment le vinyle.

La numérisation permet effectivement de se libérer des distorsions mécaniques produites par le couple sillon / pointe des vinyles. Autre avantage indéniable : la durée d’écoute est 1,5 fois supérieures par rapport à un 33 tours !

Au départ réservé à un public plutôt restreint constitué de de mélomanes classiques, la mise sur le marché de l’album Brothers in arms de Dire Straits en 1985 signe véritablement le début de la démocratisation du CD. Intéressant lorsque l’on sait à quel point cet album fait encore aujourd’hui figure de référence dans les auditoriums de hifi !

A la fin des années 1990, début années 2000, la baisse du prix des solutions de stockage informatique tels que les disques durs ou mémoires flash permettent au grand public de stocker et d’accéder à une grande quantité de fichiers audio. Internet rentre peu à peu dans les foyers et les logiciels de partage de fichiers en peer-to-peer tels que Napster contribuent à l’adoption massive du format MP3.

Musique numérique : nous y voilà !

Le traitement du signal

Le signal analogique varie dans le temps de façon continue. Il est ainsi constitué de variations continues de la pression de l’air, et notre oreille - plus précisément le tympan - perçoit ces variations, que notre cerveau interprète à son tour comme un son.  Que la nature est bien faite !

Le signal analogique, qui peut prendre une infinité de valeurs est ainsi traditionnellement représentée sous la forme d’une courbe continue et sinusoïdale.

A l’inverse, le signal numérique est discontinu et se limite à une suite de valeurs prédéfinies, en des instants précis. C’est pourquoi il est schématiquement représenté sous forme d’histogramme.


Le passage de l’analogique au numérique : la numérisation

La transformation du signal analogique en signal numérique s’appelle la numérisation.

C’est en réalité une transformation de la vibration (signal analogique) en une suite de chiffres (signal numérique), réalisée grâce à un convertisseur analogique - numérique (ADC : Analog Digital Converter).

Echantillonnage et quantification

L’ADC mesure à intervalles réguliers et sur une durée égale, l’intensité du signal analogique : c’est ce que l’on appelle l’échantillonnage (sampling en anglais). La fréquence d’échantillonnage, exprimée en kHz représente ainsi le nombre d’échantillons prélevés par seconde.

Stockés dans une mémoire informatique, ces échantillons constituent un fichier audio qui, pour être entendu par l’oreille humaine, doit être reconverti en signal analogique : c’est le rôle du DAC (Digital Analog Converter).  

La quantification, ou résolution, consiste pour chaque échantillon à mesurer une valeur d’amplitude.

Cette valeur d’amplitude s’exprime en bits. 
L’action de transformer la valeur numérique de l’amplitude en valeur binaire, s’appelle quant à elle le codage.