Fréquence d'échantillonnage
La fréquence d'échantillonnage et la résolution de quantification sont les caractéristiques essentielles pour la qualité du son numérique. L'échantillonnage consiste à relever à intervalle régulier la valeur du signal électrique qui représente le son. La fréquence d'échantillonnage s'exprime en hertz et représente le nombre d'échantillons utilisés par seconde.
Sommaire |
Choix de la fréquence d'échantillonnage [modifier]
La différence entre une quantification sur 8 bits et une sur 16 bits n'est pas facilement perceptible pour une oreille humaine non exercée[réf. nécessaire]. En revanche la fréquence d'échantillonnage a des effets très sensibles.
Une fréquence d’échantillonnage de 11,025 kHz suffit pour l'enregistrement de la parole, mais elle ne convient pas pour la musique car cela revient à écouter une symphonie au téléphone. La haute fidélité propose de restituer les fréquences inférieures à 20 kHz. C'est en effet la limite de l'audible pour l'oreille humaine.
Claude Shannon a démontré qu'un échantillonnage à la fréquence Fe ne peut restituer sans perte d'information que les fréquences inférieures à 
. Le théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon indique que les fréquences supérieures à cette limite seront rendues comme des produits d'intermodulation entre la fréquence d’échantillonnage et ces fréquences. C'est ce qu'on appelle repliement du spectre ou aliasing (métaphore américaine, du latin alias, faux nom d'une personne: la fréquence qu'on n'a pu coder réapparait sous l'apparence d'une autre).
Pour une fréquence d'échantillonnage de 11,025 kHz, une fréquence supérieure à 5 512,5 Hz ne peut être reproduite.
- Supposons que le signal analogique comporte une fréquence de 6 kHz,
- après encodage avec une fréquence d'échantillonnage de 11,025 kHz sans filtrage préalable,
- à la restitution on entendra des fréquences à abs(11 025 - 6 000) = 5 025 Hz et abs(11 025 - 2 x 6 000) = 975 Hz.
Pour échantillonner de la musique en haute fidélité, il faut donc échantillonner au moins à la fréquence 2 x 20 = 40 kHz. On doit éliminer les fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage par un filtre. Comme il est impossible de fabriquer un filtre qui laisse passer toutes les fréquences jusqu'à une certaine limite, et d'un seul coup aucune au delà, il faut laisser une marge pour permettre la transition. On a choisi des fréquences d'échantillonnage de 44,1 kHz (Disque Compact) et 48 kHz (Télévision).
Pour la prise de son, on se garantit des marges plus importantes avec les fréquences doubles (88,2 kHz, 96 kHz), voire quadruples.
Taille des fichiers [modifier]
La fréquence d'échantillonnage et la résolution de quantification déterminent aussi la place que le fichier audio occupe en mémoire ; plus la qualité d'enregistrement est grande, plus le fichier audio occupe de l'espace.
| Fréquence | Quantification | en mono | en stéréo |
|---|---|---|---|
| 11,025 kHz | 8 bits | 660 ko | 1,3 Mo |
| 16 bits | 1,3 Mo | 2,6 Mo | |
| 22,05 kHz | 8 bits | 1,3 Mo | 2,6 Mo |
| 16 bits | 2,6 Mo | 5,3 Mo | |
| 44,1 kHz | 8 bits | 2,6 Mo | 5,3 Mo |
| 16 bits | 5,3 Mo | 10,6 Mo | |
| 48 kHz | 16 bits | 5,8 Mo | 11,5 Mo |
| 24 bits | 8,6 Mo | 17,3 Mo |
Toutefois, si l'espace occupé par les fichiers ou le débit de la transmission numérique sont limités, il sera sans doute préférable, si le matériel le permet, d'utiliser une fréquence d'échantillonnage plus élevée et une résolution de quantification suffisante, comme 44,1 kHz, 16 bits, et de lui appliquer ensuite une compression de donnée, même avec pertes. En effet, à taille égale de fichier final, les algorithmes de compression de données, qu'ils soient sans perte comme flac ou psychoacoustiques comme mp3, AC3, Ogg vorbis donneront un fichier qui sera moins différent du signal initial et plus plaisant à écouter qu'une réduction brute de la fréquence d'échantillonnage et de la résolution de quantification. Au lieu de supprimer toutes les fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage, les algorithmes recherchent les redondances, qu'il est inutile de transmettre plusieurs fois, et s'efforcent de placer les différences entre le signal initial et le signal reconstitué à des emplacements où ils sont moins audibles.
Compléments [modifier]
Articles connexes [modifier]
Notes [modifier]
