Le débat audio analogique vs numérique est très polarisant. J’ai remarqué que la plupart des gens défendent un côté ou l’autre, laissant peu de place aux nuances. La vérité est que l’audio analogique et numérique présente des inconvénients et des avantages. J’espère offrir une explication impartiale des différences dans ce post.
La différence entre l’audio analogique et l’audio numérique se trouve dans la façon dont les informations audio sont stockées. Les ondes sonores sont une série de vibrations à travers un médium. La technologie d’enregistrement audio analogique stocke ces informations en créant une série de charges magnétiques le long d’une bobine de bande magnétique. La technologie audio numérique stocke les informations audio sous la forme d’une série de valeurs numériques sur un disque dur.
Dans cet article, vous apprendrez les avantages et les inconvénients de chaque méthode d’enregistrement ainsi que la différence entre les technologies audio analogiques et numériques pour les applications sonores en direct.
La différence entre l’audio analogique et l’audio numérique se trouve dans la façon dont les informations audio sont stockées. La technologie d’enregistrement audio analogique stocke ces informations en créant une série de charges magnétiques le long d’une bobine de bande magnétique. La technologie audio numérique stocke les informations audio sous la forme d’une série de valeurs numériques sur un disque dur.
Les informations contenues dans ce post ont été écrites pour être aussi faciles à comprendre que possible. Certains concepts de cet article auront plus de sens si vous avez une compréhension de base du fonctionnement du son. Si vous trouvez l’une des sections suivantes déroutantes, n’hésitez pas à faire référence à cet article que j’ai écrit sur audio basics.
Avant de commencer à discuter des différences entre les systèmes audio numériques et analogiques, je pense qu’il est important de mentionner que tous les systèmes audio numériques incluent une technologie audio analogique. Les microphones sont des appareils audio analogiques qui transmettent l’énergie acoustique en un signal électrique analogique. Les préamplificateurs, les amplificateurs de puissance et les haut-parleurs sont également des appareils analogiques. L’objectif principal de cette section sera de mettre en évidence les principales différences entre la technologie d’enregistrement analogique et numérique.
Audio analogique
Tape
La bande magnétique est la meilleure méthode audio analogique pour l’enregistrement et la lecture. Les machines à ruban fonctionnent selon le principe suivant: lorsqu’un courant électrique est envoyé à travers un fil, un champ magnétique se forme autour du fil, et vice versa.
Pour enregistrer de l’audio, une machine à bandes envoie des signaux audio électriques à travers un fil enroulé entourant un aimant qui est maintenu à proximité de la bande magnétique. Cette bobine de fil entourant l’aimant s’appelle la tête d’enregistrement. Lorsque la bande traverse le champ magnétique créé par la tête d’enregistrement, les particules le long de la bande sont chargées magnétiquement. Le motif des charges magnétiques le long de la bande ressemble au signal audio envoyé à travers la bobine de fil. L’amplitude du signal audio est en corrélation avec l’amplitude des charges magnétiques créées sur la bande.
Pour lire l’audio, le processus est inversé. La bande aimantée crée un courant électrique sur la tête de lecture, qui se connecte à un amplificateur à jouer via des haut-parleurs.
Il existe différents types de rubans et de machines à ruban qui affectent la qualité de l’audio enregistré. Les deux principales variables sont la vitesse et la largeur de la bande.
Vitesse de la bande
La vitesse à laquelle la bande passe la tête d’enregistrement affecte la qualité de l’enregistrement. Une vitesse de bande plus rapide produit un enregistrement avec une plus grande réponse en fréquence, moins de sifflements et des décrochements plus courts. La vitesse de la machine à ruban est mesurée en pouces par seconde (ips). Les vitesses courantes des machines à ruban sont de 7 à ½ ips, 15 ips et 30 ips. La norme pour l’enregistrement professionnel est de 15 ips.
Largeur de bande
La largeur de la bande affecte également la qualité de l’enregistrement. Une bande plus large permet un enregistrement de meilleure qualité. Cependant, la largeur de bande peut être utilisée pour enregistrer plus de pistes plutôt que d’améliorer la qualité audio d’une seule piste. Cela permet d’enregistrer et de lire plusieurs sources indépendamment.
Vinyle
Les disques vinyles sont le support de consommation standard pour les enregistrements audio analogiques. Ils sont plus faciles à entretenir, à stocker et à distribuer. Par rapport à la bande, les disques vinyles sont moins vulnérables aux éléments. Alors que les bandes peuvent être détruites par exposition magnétique, les disques vinyles sont immunisés contre les champs magnétiques car ils utilisent un autre moyen de stockage audio. Plutôt que la charge magnétique, les rainures texturées à la surface des disques vinyles stockent les informations audio.
Lorsqu’un disque vinyle tourne à une vitesse spécifique, un stylet parcourt les rainures de sa surface. Lorsque le stylet se déplace d’avant en arrière avec les rainures, il crée un courant électrique dans un fil qui se connecte à un amplificateur pour être joué par des haut-parleurs. L’amplitude du signal audio est corrélée à l’intensité du mouvement du stylet.
Vous pouvez voir une animation du fonctionnement d’un disque vinyle par Animagraffs. Animagraffs est un site Web qui crée des animations étonnantes de diverses technologies.
Les disques vinyles ne sont utilisés que pour la lecture dans le monde moderne. Les enregistrements analogiques sont réalisés avec de la bande magnétique. Les bandes sont utilisées pour créer des moulages pour presser les informations sur des disques vinyles.
Audio numérique
PCM (Pulse Code Modulation)
La PCM, ou Modulation par impulsions, est la méthode standard de codage des signaux audio en informations binaires. Dans l’enregistrement audio analogique, un modèle des ondes sonores est créé à l’aide d’une charge magnétique. Cependant, PCM crée un modèle des ondes sonores en stockant une séquence de valeurs numériques qui représentent l’amplitude en divers points le long d’une onde.
Ces valeurs sont représentées par des groupes de bits binaires, appelés échantillons. Chaque échantillon représente une valeur numérique dans une plage prédéterminée de valeurs possibles. Ce processus est appelé quantification et est effectué par un convertisseur analogique-numérique (convertisseur A-D).
Lors de la lecture d’un enregistrement numérique, les échantillons sont reconvertis en signaux électriques et envoyés aux haut-parleurs. Ce processus est effectué par un convertisseur numérique-analogique (convertisseur D-A ou DAC).
Voici une illustration simplifiée de la façon dont les ondes audio sont stockées à l’aide d’échantillons numériques:
Profondeur de bits
Chaque échantillon représente une valeur dans une plage de valeurs possibles. La plage de valeurs possibles est déterminée par la profondeur de bits. La profondeur de bits est le terme qui décrit le nombre de bits inclus dans chaque échantillon.
Chaque bit peut représenter deux valeurs possibles. Les échantillons qui utilisent plus de bits peuvent représenter une plus grande plage de valeurs et peuvent donc stocker des informations plus précises sur l’amplitude d’une onde sonore. Chaque fois qu’un bit est ajouté, le nombre de valeurs possibles est doublé. Alors qu’un bit peut représenter deux valeurs, deux bits peuvent représenter quatre valeurs, trois bits peuvent représenter huit valeurs, etc.
| Bit Depth | Possible Values |
|---|---|
| 1-bit | 2 |
| 2-bit | 4 |
| 4-bit | 16 |
| 8-bit | 256 |
| 16-bit (CD Standard) | 65,536 |
| 24-bit (Professional Standard) | 16,777,216 |
La profondeur de bits standard pour les CD est de 16 bits, ce qui permet 64 536 valeurs d’amplitude possibles. La norme professionnelle est une profondeur de bit de 24 bits, ce qui permet 16 777 216 valeurs d’amplitude possibles! Cependant, la plupart des studios enregistrent et mixent en utilisant une virgule flottante 32 bits, ce qui sera discuté dans un autre article.
Fréquence d’échantillonnage
La fréquence d’échantillonnage détermine le nombre d’échantillons prélevés d’une onde sonore par seconde. La fréquence d’échantillonnage est mesurée en Hertz (Hz). L’enregistrement à une fréquence d’échantillonnage plus élevée permet d’enregistrer des fréquences plus élevées.
Le théorème de Nyquist stipule que l’échantillonnage numérique ne peut représenter fidèlement que des fréquences inférieures à la moitié de la fréquence d’échantillonnage. Cela signifie que si vous souhaitez capturer 20KHz, la fréquence la plus élevée audible par l’homme, vous devez utiliser une fréquence d’échantillonnage supérieure à 40KHz.
Pour cette raison, 44,1 kHz est la fréquence d’échantillonnage standard pour les CD. L’audio professionnel pour la vidéo utilise une norme de 48 kHz. De nombreux enregistrements dépassent largement ces normes, avec des taux d’échantillonnage de 96 kHz et au-delà!
Bien que l’avantage des taux d’échantillonnage plus élevés soit souvent compris comme une extension de la gamme de fréquences enregistrées, ce n’est pas le principal avantage. Je n’y reviendrai pas trop dans ce post, mais cela a plus à voir avec le type de filtre anti-aliasing qui peut être utilisé pour filtrer des fréquences plus élevées avec moins d’artefacts. La bande passante résultante d’un enregistrement de 44,1 kHz et d’un enregistrement de 96 kHz est pratiquement la même au final.
Formats de compression de données Audio numériques
Les fichiers audio produits par les studios d’enregistrement sont très volumineux, en raison de la quantité d’informations qu’ils contiennent. Si une chanson de 3 minutes est enregistrée avec une profondeur de bits de 24 bits et un taux d’échantillonnage de 96 kHz, la taille du fichier sera d’environ 52 Mo. Ce fichier est trop volumineux pour les applications grand public, telles que le streaming. Pour cette raison, des formats de compression de données sont utilisés. La compression de données est une méthode permettant de réduire la taille d’un fichier. Il existe deux catégories principales de formats de compression de données, avec perte et sans perte.
Formats de compression de données avec perte (MP3 &Streaming)
Si des informations sont perdues lors du processus de compression des données, le format de compression utilisé est avec perte. Malheureusement, les formats de compression de données les plus utilisés dans l’audio grand public sont avec perte. Cela signifie que, bien que des algorithmes spéciaux soient utilisés pour réduire les effets négatifs, les données sont perdues lors du processus de compression du fichier. Une fois les données perdues, elles ne peuvent jamais être restaurées.
Les formats de compression de données audio avec perte les plus courants sont MP3, AAC et Ogg Vorbis. Ces formats sont utilisés pour stocker de nombreux fichiers avec un espace disque dur limité ou pour diffuser du contenu sur des connexions Internet à bande passante limitée.
Les algorithmes propriétaires derrière ces formats visent à hiérarchiser le contenu basé sur des modèles de perception humaine du son et à détruire le contenu peu prioritaire.
Formats de compression de données sans perte (FLAC &AIFF)
Si aucune information n’est perdue lors du processus de compression des données, le format de compression utilisé est sans perte. Certains services de streaming, tels que Tidal, utilisent une compression sans perte. En utilisant ces formats, les informations peuvent être encodées dans un fichier plus petit et décodées ultérieurement, ce qui permet de restaurer les informations PCM d’origine sous forme de fichier WAV. Bien que ces formats économisent un peu d’espace par rapport aux fichiers non compressés, ils sont loin de l’efficacité des formats avec perte.
Principales différences entre l’audio analogique et numérique: Enregistrement et lecture
Comme vous pouvez le constater, les technologies d’enregistrement audio analogique et numérique partagent un objectif commun– créer un modèle de formes d’ondes acoustiques pouvant être lues aussi précisément que possible. Chaque technologie atteint assez bien cet objectif. La qualité audio obtenue en utilisant une méthode n’est pas nécessairement meilleure que l’autre, juste différente. Les qualités uniques de chaque méthode seront explorées dans cette section.
Gamme de fréquences (Bande passante)
Comme mentionné ci-dessus, la gamme de fréquences d’un signal numérique est limitée à des fréquences inférieures à la fréquence de Nyquist. En théorie, les limites supérieures des supports d’enregistrement analogiques sont beaucoup plus grandes que la plage auditive humaine.
Cette différence n’est pas aussi importante que vous pourriez le penser. Tout d’abord, tout avantage d’une bande passante étendue au-delà d’un enregistrement numérique à 44.La fréquence d’échantillonnage de 1 kHz serait au–delà de la plage de perception humaine – sans parler des plages de fréquences étendues rendues possibles par des taux d’échantillonnage plus élevés.
Deuxièmement, la plupart des équipements audio (microphones, haut-parleurs, etc.) a des filtres de limitation de bande intégrés. Ce sont effectivement des filtres passe-bas qui empêchent la capture ou la reproduction de fréquences au-delà de la plage auditive humaine. Ainsi, il existe une différence technique dans la gamme de fréquences entre l’audio analogique et numérique, mais pas une différence pratique.
En fait, le principal avantage des taux d’échantillonnage plus élevés dans l’audio numérique n’est pas une plus grande plage de fréquences pour l’auditeur, mais la possibilité d’utiliser différents filtres anticrénelage. Cela n’étend pas efficacement la gamme de fréquences, mais réduit plutôt les artefacts causés par l’échantillonnage. Je vais approfondir ce concept dans un post ultérieur.
Bruit de fond
L’inconvénient majeur de la technologie d’enregistrement audio analogique est qu’elle présente un bruit de fond nettement plus élevé que la technologie numérique.
Même la bande analogique de la plus haute qualité contient du bruit magnétique. C’est la cause du sifflement dans les enregistrements analogiques. Le plancher de bruit théorique d’un enregistrement numérique 24 bits est – 144dB – effectivement infini.
N’oubliez pas que le bruit de fond de tout système est aussi faible que le bruit de fond combiné de tous ses composants. Cela signifie que même les systèmes numériques seront bruyants si la chaîne de signaux contient des éléments électroniques bruyants.
Vulnérabilité &Longévité
Non seulement les supports analogiques, tels que les bandes et les vinyles, contiennent du bruit inhérent, mais ils sont également extrêmement vulnérables à la dégradation au fil du temps. Les supports numériques, tels que les disques durs et les CD, sont beaucoup plus résistants.
Tous les supports physiques, analogiques et numériques, se dégradent avec le temps. La première fois qu’un enregistrement est lu, c’est le meilleur son jamais enregistré. Écoutez de vieux disques vinyles, et cela devient évident.
La bande analogique doit être conservée dans des conditions très spécifiques pour éviter une perte de qualité au fil du temps. Les disques vinyles sont endommagés chaque fois qu’ils sont lus. Les supports numériques peuvent également être endommagés, mais la dégradation est beaucoup plus facile à prévenir.
Un enregistrement numérique est une série de nombres qui peuvent être reproduits à l’infini avec une précision parfaite, alors que chaque reproduction audio analogique ajoute au bruit total de l’enregistrement. Par exemple, si vous transférez un enregistrement sur une autre bobine de bande, vous aurez enregistré le bruit de la première bobine à la deuxième bobine.
Portabilité et reproductibilité
Enfin, les supports audio numériques sont considérablement plus portables et reproductibles que les supports analogiques. Non seulement les disques durs et le stockage flash sont beaucoup plus petits et plus légers que les bobines de bandes et de disques vinyles, mais les informations numériques enregistrées sur ceux-ci peuvent être envoyées à travers la planète en quelques secondes via Internet. La reproduction d’informations numériques est pratiquement gratuite par rapport à la reproduction de supports analogiques.
Dans cette section, plutôt que les systèmes d’enregistrement, je mettrai en évidence les différences entre les systèmes de renforcement et de distribution audio analogiques et numériques. Ce sont les systèmes utilisés dans les applications de sonorisation et de concert en direct.
Audio analogique
Les systèmes audio analogiques de renforcement et de distribution du son ne nécessitent aucune technologie d’enregistrement.
Un signal acoustique est converti en électricité à l’aide d’un microphone. Le signal audio électrique est envoyé à un préamplificateur de microphone, puis à des effets audio analogiques et à des mélangeurs, et enfin à un amplificateur. Le signal audio amplifié est reconverti en énergie acoustique par un haut-parleur.
Du début à la fin de toute chaîne de signaux analogiques, le signal audio se présente sous forme d’énergie acoustique ou électrique. Il n’est pas nécessaire de stocker le signal. Tout se passe en temps réel à la vitesse de l’électricité dans un fil: environ 75% de la vitesse de la lumière.
Audio numérique
Les systèmes audio numériques de renforcement et de distribution du son nécessitent une technologie d’enregistrement.
Le signal audio électrique est converti, ou quantifié, en PCM (Pulse Code Modulation). Chaque fois qu’un signal est converti de l’analogique au numérique ou du numérique à l’analogique, cette quantification se produit. Cela signifie que chaque signal envoyé vers et depuis un effet numérique à l’aide de câbles analogiques est converti en PCM à l’intérieur de l’unité, traité, puis reconverti en énergie électrique. Tous les processeurs, mélangeurs et amplificateurs audio numériques créent de brefs enregistrements pour traiter les signaux audio.
Principales différences Entre l’Audio Analogique et Numérique: Renforcement et distribution
Latence
Bien que la vitesse à laquelle ces quantifications numériques sont traitées soit extrêmement rapide, elles restent beaucoup plus lentes que l’électricité se déplaçant à travers un fil. Cette caractéristique des systèmes audio numériques a pour effet négatif d’ajouter une latence au signal. La latence est le retard d’un signal causé par le traitement.
Tous les systèmes audio numériques ajoutent de la latence à la chaîne de signaux. Cependant, les effets de la latence ont été considérablement réduits à mesure que la technologie continue de s’améliorer. L’un des principaux inconvénients de l’ajout de latence à un système est le risque d’interférence de phase destructive. Si un signal prend deux chemins, chacun ajoutant une latence au signal différemment, les signaux seront déphasés et pourraient provoquer un filtrage en peigne ou un écho. La latence peut également créer une expérience de surveillance non naturelle pour les musiciens et autres talents. Si un signal est retardé, la personne qui parle ou joue d’un instrument peut être confuse lorsqu’elle se surveille au casque. Pour cette raison, il est généralement préférable de surveiller directement via une chaîne de signaux analogiques si le système numérique ajoute trop de latence à un signal.
Portabilité
Le principal inconvénient des systèmes analogiques est leur poids et leur taille. Les mélangeurs audio numériques modernes contiennent des égaliseurs, des compresseurs, des portes et d’autres effets pour chaque canal. Les systèmes analogiques avec les mêmes capacités de traitement nécessiteraient plusieurs racks et des milliers de livres d’équipement.
Il est beaucoup plus simple de configurer des effets numériques à la volée dans une console numérique, sans avoir besoin d’ajouter des câbles analogiques pour les correctifs. Si un ingénieur de mixage souhaite essayer un effet différent en milieu de spectacle, il doit simplement appuyer sur quelques boutons avec un système numérique. Ce changement peut nécessiter le remplacement d’un système analogique.
Alors que les équipements analogiques contiennent les composants électriques lourds qui composent les égaliseurs, les compresseurs et les effets de réverbération, les puces de traitement du signal numérique offrent des outils similaires à une fraction de l’espace et du poids.
Bruit de fond
Au fur et à mesure que vous enchaînez de plus en plus d’effets analogiques, le bruit électronique de chaque appareil se additionne. L’utilisation de plus d’effets numériques n’ajoute aucun bruit au signal car le signal ne quitte jamais le processeur de signal numérique. Seul le bruit inhérent à un seul appareil est présent, plutôt que le bruit inhérent à de nombreux appareils.
Le débat continue
La vérité est que les systèmes audio analogiques et numériques ont une valeur dans le monde moderne. Le débat sur ce qui est meilleur et ce qui est pire ne s’arrêtera jamais, car il n’y a pas de réponse claire.
Il existe un million d’applications pour la technologie audio, et chacune nécessite un ensemble d’équipements unique. En tant qu’ingénieur du son, musicien ou auditeur, nous devons chacun décider d’un ensemble d’équipements audio qui répond aux besoins de chaque situation unique.