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Le son Haute Définition et l’informatique

son

Sommaire  :

  • Qu’est ce qu’un son
  • Les différentes qualités de son
  • Les supports
  • Le son Haute Définition
  • Liens utiles

Je reviens sur cette définition car le mot HD, très à la mode en ce moment, est utilisé à toutes les sauces et souvent à tort. Depuis peu, on entend le terme de Musique HD, donc on va voir à quoi correspond vraiment un son HD et comment bénéficier de ce format sonore. Ce que je vous présente est une explication simplifiée du son pour vous aider à comprendre les utilisations et applications qui vont en découdre de ce domaine très complexe. Pour une étude encore plus approfondie je vous indiquerai des liens très utiles en fin de page.

Le son

Qu’est ce qu’un son ?

Il existe plusieurs qualités, plusieurs formats et paramètres qui définissent un son. Un son est un mouvement d’air, une onde sonore qui répond à un environnement. Par exemple quand vous prenez une règle en plastique et que vous la posé sur le rebord d’une table sans lui appliquer de mouvement elle ne produit aucun son, si vous la faites vibrer elle sortira un son. Au même titre, le son est reproduit par vos enceintes par vibrations des membranes.

Le son est aussi sensible à l’air et à la pression atmosphérique qui l’entoure, si bien qu’une vibration produit dans un vide (absence total d’air) ne produira aucun son. Il est aussi sensible à la température de l’air, plus il fait chaud plus le son aura du mal à se propager et plus il fait froid mieux le son se propagera. Vous avez sûrement pu remarquer que la nuit on entendait mieux les bruits, certes il y a plus de silence et quand un sens (la vue) est moins sollicité, les autres s’améliorent. Mais c’est surtout que la nuit il fait plus froid et que le son se propage mieux.

echantillon
Plus l’échantillonnage sera précis, plus le spectre se rapprochera de l’original

Un son répond aussi à des fréquences mesurées en Hertz, plus ces fréquences sont basses plus le son et grave et plus elles sont hautes plus le son est aigu. Même si il est difficile de mesurer les réelles capacités de l’oreille humaine (qui diffèrent d’une personne à l’autre) les scientifiques pensent qu’en générale on ne perçoit pas les infrasons (très graves) en dessous de 16 Hz .

De plus l’oreille humaine est incapable de localiser la source d’un son très grave. Vous pouvez d’ailleurs faire l’expérience avec vos enceintes, si il est facile de localiser l’emplacement des colonnes quand vous fermez les yeux, il est pratiquement impossible de localiser le Subwoofer.

L’oreille humaine ne perçoit pas non plus les ultra-sons au-dessus de 20 000 Hz (20 Khz et encore une fois cela dépend des individus), c’est l’une des oreilles la moins sensible du monde animal, à titre comparatif un dauphin perçoit des fréquences de 100 000 Hz. Cette mesure va avoir une incidence direct sur les gammes musicales, la note LA (sur laquelle on accorde les instruments) est mesuré à 440 Hz, entre le premier DO (264 Hz) d’une gamme et le deuxième DO (528 Hz) de la gamme au dessus il y a un intervalle de 264 Hz.

« La fréquence d’échantillonnage d’un signal numérisé doit être supérieure ou égale au double de la fréquence maximale du signal linéaire d’origine » (théorème de Nyquist.channon). C’est à dire que pour un signal de 20 Khz (seuil de tolérance de l’oreille humaine) la fréquence d’échantillonnage sera d’au moins 40 Khz.

Il y a aussi les décibels à prendre en compte qui vont mesurer la puissance d’une source sonore, 0 Db étant le seuil minimal que notre oreille peut entendre et non l’absence total de son. Notre seuil critique de douleur se situe à 130 Dbs et il sera recommandé de ne pas dépasser 85 Dbs.

Ensuite il y a les bits, utilisés dans la numérisation d’un spectre musical (spectre de modulation d’amplitude). Il faut savoir qu’en informatique on utilise seulement deux valeurs pour encoder le 0 et le 1 :

* Un échantillonnage de 8 bits correspond à 2 (les valeurs 0 et 1) puissance 8, ce qui est égal à 256 valeurs différentes.

* Un échantillonnage de 16 bits correspond à 2 puissance 16, ce qui est égal à 65 536 valeurs.

* Un échantillonnage de 24 bits c’est 2 puissance 24 ce qui est égal à 16 777 216 valeurs différentes.

Vous pouvez ainsi juger de la différence énorme qu’il peut y avoir entre un son 8 bits et 24 bits.


Formats et supports

Les différentes qualités de son

Pour ne parler que de sons musicaux et numériques, on commencera par notre bon vieux Compact Disc. La qualité d’un CD standard est de 44.1 Khz sur 16 bits, ce qui correspond à un signal linéaire d’origine de à peu près 20 Khz, le seuil maximal accepté par notre oreille. Alors, me direz vous, pourquoi chercher une qualité supérieure si on ne voit pas de différence ?

Premièrement, ce signal n’est « qu’en » 16 bits aux lieux des 24 bits possibles. Ensuite des expériences ont prouvées que notre corps et notre subconscient ressentaient des sons que notre oreille ne pouvait entendre, et comme tout le monde le sait, la musique à un effet bénéfique et thérapeutique sur nous. Ces différences qualitatives vont données un timbre particulier à la musique, ce qui explique pourquoi certains audiophiles vont retrouver un son plus naturel et chaud sur du Super Audio CD ou DVD-Audio et un son plus numérique et froid sur un CD standard. C’est cette différence qui va donner du charme ou pas  à un son.

Il y a aussi la perte (plus ou moins grande en fonction de la qualité de votre matériel) entre le son qui vous parvient à l’oreille et le son d’origine qui est dût à la qualité du matériel utilisé et à la distance  et obstacle entre une enceinte et votre oreille. Par exemple sur un CD 44.1 Khz/16 bits, au lieu des 20 Khz qui doivent vous parvenir il ne peut vous arriver que 15 Khz si vous avez un mauvais matériel ou si vos enceintes sont mal placées etc …

Il faut rajouter à cela que l’on dispose maintenant d’une séparation multi-canal du son (5.1 par ex.) et aussi pour la musique (CD dts, Super Audio CD, DVD-Audio, Blu-Spec CD ..etc). L’intérêt est que dans un premier temps on peut séparer les Basses Fréquences des Hautes  Fréquences.

Vous savez que les basses fréquences portent plus loin que les hautes fréquences et qu’elles peuvent gommer certains aigus quand ils sont reproduis sur la même baffle. Donc le caisson de basses va se charger de reproduire les graves (de 0 à 80 Hz dans le cahier des charges du THX), laissant ainsi aux colonnes la tâche de restituer une gamme plus étendue et plus précise d’aigus (au-dessus de 80 Hz dans le cahier des charges du THX).

Qualités associées, en générale :

Nombre de canal / Capacités
Compact Disc Stéréo (2.0) avec 44 100 Hertz sur 16 bits par canal -lossless (technologie PCM)
CD-Dts
multi-canal (5.1) à 44 100 Hertz sur 16 bits par canal – lossy( PCM)
Blu-Spec CD
5.1 à 44.1 Khz/16bits-gravé au lazer bleu- ( PCM)
DVD-Audio 2.0 à 192 Khz/24bits lossless-  5.1 à 96Khz/24bits – lossless – 7.1 à 44 Khz et 16bits- ( PCM)
Super Audio CD 2822 Khz/1bit jusqu’à 6 canaux.lossless (technologie DSD)
Blu-Ray Jusqu’à 7.1 pour 192 Khz et 24 bits par canal-lossless(rayon bleu)( PCM)

On remarquera que le Super Audio CD utilise une autre technologie appelée DSD (Direct Stream Digital) et non la technologie PCM (Pulse Coded Modulation) du CD ou DVD pour plus de précision consultez l’article SACD. Juste une précision pour dire que la technologie de compression du SACD (qui permet de rentrer un 5.1 en 2822 Khz/1bit sur un SACD) s’appelle le DST (Direct Stream Transfert) et qu’elle est lossless (sans perte) comparé à celle du Dolby Digital et du dts (et même en 96 Khz /24 bit) où il s’agit d’une compression lossy (avec pertes).

Le Dolby True HD et Dts HD Master Audio étant un son  sans perte, restitué bit pour bit tel qu’il était  à l’enregistrement studio.

Le son HD

Et la Haute Définition dans tous ça ?

Donc un son en « Haute Définition » est un son PCM sans perte à 192 Khz/24 bits par canal qui restitue bit pour bit un son comme il était à l’enregistrement, ou un son  DSD à 2822 Khz/1bit par canal.

  1. Il y a de la stéréo HD que l’on peut trouver sur des DVD-Audio ou des SACD. On peut aussi extraire la bande son d’un Blu-Ray de Concert en la gardant ou la transformant (si elle est en multi-canal HD) en stéréo HD.
  2. Il y a du 5.1 HD : en DSD que l’on peut trouver sur un SACD (DSD64) ou en PCM sur un Blu-Ray vidéo  en Dolby True HD ou Dts HD master audio (pour un 5.1 musical en PCM on extraira la bande son d’un Blu-Ray de concert car il n’existe pas encore de blu-ray musique, malheureusement)
  3. Il existe enfin du 7.1 HD que l’on ne trouvera que sur Blu-Ray et en Dts HD Master Audio uniquement.
  4. DXD et DSD 128 : ce sont des échantillonnage utilsés dans le milieu professionnel, DXD = 384 Khz/32bits à virgule flottante, DSD 128 = 5.644 Mhz/1bits.

Pour ce qui est des codecs certains codecs audio permettent de conserver un stéréo HD, comme le Flac (lossless) et le Monkey’s audio (*.ape), le Mp3HD n’est pas HD comme il le prétend car il est lossless, certes, mais ne supporte pas plus de 44.1 Khz et 16 bits (CD) par contre il est mieux que le Mp3 car il ne détruit pas de données pour compresser.

Les audiophiles préfèrent conserver une stéréo HD (192Khz/24bits) que d’écouter un 5.1 96Khz/24bits (dts), d’autant plus qu’il y a plus de sources musicales en stéréo HD qu’en dts. A noter aussi que la stéréo HD se télécharge et je vais bientôt créer un espace musicale pour référencer toutes les bonnes sources à télécharger en stéréo HD et 5.1 (encodées flac ou ape, voir wav).

Je précise aussi que le matériel utilisé (cartes son, ampli etc..) doit, évidemment, être compatible à tous ces formats pour pouvoir les utiliser. Aujourd’hui des nouvelles technologies nous proposent des cartes son tout à fait extraordinaires, l’utilisation informatique de la musique devient vraiment intéressante.

Des cartes son comme la carte son ASUS  Xonar HDAV1.3 Deluxe ou encore la X-Fi Home Theater HD de Auszentech proposent désormais du TrueHD, le DTS-HD et le LPCM 7.1 à 192 kHz sur PC (via HDMI bien-sûr) et des cartes comme la PCI-Express Sound Blaster X-fi Titanum qui proposent un DTS 96Khz/24bits via optique.

Liens utiles

  1. J’ai publié un dossier de plus de 20 chapitre sur le son et l’informatique sur HomeMedia.fr
  2. Diagrammes et comparaisons de compressions des différents codecs
  3. Audiomaniac : Site pour les passionnés de sons, une étude très approfondie du son et ses applications informatiques
  4. Twixo.org : site dédié au codec Flac, un excellent site.
  5. DTS : le site officielle de Dts
  6. Dolby Digital : site officiel
  7. Mon article sur la musique libre, mp3, flac et ape entre autre …
  8. Les cartes son audiophiles par Tharkie

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15 commentaires

  1. avatar
    David T. /

    Je vous ferais remarquer que l’echantillonage a 44.1 kHz permet de reproduire parfaitement tout frequence sonore jusqu’a 22.5 kHz (theoreme de Shannon-Nyquist), et donc tout le spectre audible.

    Par ailleurs, l’augmentation du nombre de bits se traduit par la diminution du bruit de fond (voir la fonction dither), or, l’emploi de 16 bit permet deja 96 dB de dynamique, a rajouter au 30 dB d’une piece silencieuse, on atteint deja des seuils de surdite definitive.

    Pour resumer, aller au dela de la qualite CD se revele etre inutile. Bien sur, certains affirment faire la difference entre le CD et l’audio HD mais ce n’est qu’un jugement subjectif dont je ne jugerais de la veracite, mais je rappelle qu’aucune base scientifique ne demontre que depasser le 16 bit/44.1 kHz soit humainement perceptible.
    Desole pour les accents, je tape sur un clavier anglais.

  2. avatar
    savajol christian /

    Comment envoyer un signal numérique coaxial de mon PC
    vers mon convertisseur numérique – analogique ARCAM
    Black Box qui alimentera mon ampli.
    nota: Cela fonctionne avec la sortie coaxiale de mon
    lecteur de DVD paramétré en Bistream .
    Dois je acheter une carte son PCI, si oui laquelle?
    C’est pour écouter mes CD convertis en image disque et me passer du lecteur extérieur.
    Merci par avance.

  3. avatar
    Libault De Souza François /

    Bonjour.
    Il y a des gens pour qui l’expérience amène la réflexion. Manifestement ce n’est pas votre cas. Du moins pour l’instant. j’espère que vous changerez.
    Prenez ces paroles positivement même si elles vous paraissent dures et faites des écoutes en double aveugle. C’est le meilleur conseil que je puisse vous donner.
    cordialement
    F.L.D.S.

  4. avatar

    @savajol christian – Bonjour,

    Si vous possédez une sortie numérique sur votre carte mère (optique ou coaxiale), il ne sert à rien d’acheter une carte son, il suffit de choisir la sortie dans votre gestionnaire audio (windows ou dédié.
    Si en revanche vous ne possédez pas de sortie numérique, l’achat d’une carte est inévitables…

  5. avatar
    Sarah /

    Je suis tombée par hasard sur un article qui expliquait que France télévision avait testé le DTS Neural Surround pendant les directs sportifs et avait retenu cette technologie. Cela veut dire que les personnes équipées d’un home cinéma ont put bénéficier de la qualité 5.1. J’ai aussi vu ailleurs que France télévision n’avait pas mis ce test en place pour les matchs de la coupe du monde de foot à cause des Vuvuzelas…Dommage
    Voici le lien de l’article en question pour ceux que cela intéresse: http://www.telesatellite.com/actu/tp.asp/tp/39069

  6. avatar

    Bonjour,
    je suis à la recherche d’informations concernant le format RAW. J’ai pu lire que ce format avait l’avantage de ne pas avoir de méta données et qu’en plus nous pouvions écrire dedans en ASCII, donc un simple fichier texte. Mais voila je ne sais pas ou en trouver pour voir l’intérieur et je n’arrive pas à trouver les règle pour pouvoir en écrire un. Si quelqu’un a des informations je suis preneur.
    Cordialement

  7. avatar

    @temps – Bonjour,

    Avez-vous essayé MediaInfo, un petit logiciel qui permet d’analyser un fichier audio, vidéo, texte, sous-titres, et image. Il donne toutes les informations de constructions et de composition des fichiers.

    Des infos dans cet article :

    http://www.hdfever.fr/2009/07/18/mediainfo-pour-analyser-et-comprendre-tous-ses-medias/

  8. avatar

    Salut, je me demandais si le fait d’utiliser la sortie spdif de n’importe quel chipset, en PCM pur sans aucun DAC entre, dégrade le son si le chipset est de mauvaise qualité.

    p5b deluxe (ADI AD1988B 8-channel High Definition Audio CODEC) + z5500 branché par cable optique.

  9. avatar

    Je ne dirais pas que ça dégrade le son, mais effectivement d’une plateforme à une autre, d’une platine à une autre, il peut y avoir de grosse différence d’ampleur !

  10. avatar

    @Nicolas Bécuwe
    Pour préciser ma question, l’utilisation d’une carte son haut de gamme type asus xonar changerait-elle quelque chose au son en sortie spdif.
    Ou encore, le son qui sort de la sortie spdif de la carte mère passe t’il nécessairement par le chipset audio (toujours le http://www.hardware.fr/articles/719-4/analog-digital-ad1988b.html) en perdant ainsi le haut du spectre (courbe Soundmax audio sur ce graphique : http://www.hardware.fr/medias/screenshots.php?id=IMG0023174)

    Je n’utilise que le spdif donc, pour le dts et l’ac3, on est bien d’accord que le passthrough fait que la carte son n’a aucun incidence sur ce qui sort du spdif. Mais savoir si la carte son fait du « passthrough » du pcm brut généré par le système est ma question.

  11. avatar

    @-

    Je me pose cette question en rapport avec ce post :
    http://forum.hardware.fr/hfr/VideoSon/Materiel/unique-logitech-5500-sujet_70904_515.htm#t1731030
    auquel tu as peut être des réponses

    Le système dont je parle est win 7 x64 mais la question pourrait se poser pour ubuntu.

  12. avatar

    @- – OK,

    bon, le graph est une analyse de répone en fréquence d’un son analogique, donc qui sort des sorties analogique. En sortant en SPDIF, le son est envoyé tel quel vers l’ampli. donc ce sont les convertisseurs Numerique/analogique de l’ampli qui traitent le signal. en général, tous les amplis sont capable de reproduire une fréquence de de 0 à 100 Khz (donc un échantillonnage jusqu’à 200 khz en théorie, mais 192khz en réalité (puis que le son n’est jamais échantillonné à 200 khz.

    Les échantillonnages que l’on trouve sont 44.1, 88.2, 96, 176.4 ou 192 khz, c’est tout !

    Les chiffres que l’on trouve sur les fiches produits des amplis. Genre : « 112 dB / 0 – 20 Khz », c’est le rapport Signa/Bruit testé sur une réponse en fréquence de 0-20 Khz, mais cela n’a aucun rapport avec la réponse en fréquence réelle de l’ami. aucun ampli ne proposent une réponse en fréquence inférieur à 50 Khz de nos jours. après le résultat dépendra de la qualité des DAC de l’ampi et de tous les composants, comme et surtout, la qualité de l’alimentation , des connecteurs, et du circuit numérique.

    Pour revenir à la qualité de transfert numérique (S/PDIF ou HDMI il se peut néanmoins que l’on sente des différences d’une carte son à une autre, d’un chipset audio intégré à un autre, et même d’un logiciel à un autre, mais ce n’est vraiment pas flagrant, il faut avoir l’habtude…

    Par contre, récemment j’ai testé des lecteur Blu-ray Oppo, modifié par une société Audiocom. Les modifications portent justement sur le circuit numérique, l’alimentation, quelques composants en plus pour booster, purifier le signal numérique. et même en sortie HDMI de la version classique à la version modifiée Audiocom, on ressent une énorme différence d’ampleur, de dynamique et même du spatialisation (mais bon, là je parle de matos à plus de 2000 euros).

    Donc le réponse est oui, je pense que la Xonar améliorera la qualité de transfert S/PDIF (de part ses composants haut de gamme), en ampleur et en dynamique, pas en réponse en fréquence, mais cela risque d’être très légèrement perceptible…

    Pour info, j’en parle dans cet article :

    http://www.hdfever.fr/2011/05/27/oppo-bdp-93eu-signature-reference-daudiocom/

  13. avatar
    aliook /

    Salut,

    j’espère que c’est le bon endroit pour poser une question qui me trotte depuis ltps dans la tête : :biggrin:
    en téléchargeant des musiques en format mp3 sur les différents sites qui vendent des titres à l’unité, j’ai tout de suite choisit la vitesse de transmission la plus élevée à savoir 320 Kbits/s , pensant que c’est la meilleure mais je trouve que le son manque de naturel alors j’ai essayé en 128 kBits/s et il me semble que le son est, certes, moins précis mais plus chaleureux et plus proche des timbres naturels, c’est moi qui entend mal ou bien il y a réellement une différence?

    aussi le format 320 Kbits/s fait dans les 9 Mo contre 3 Mo pour la même chanson, c’est du simplement à la vitesse de transmission différente ou bien à une perte de données en 128 Kbits/s et donc de qualité audio?

  14. avatar

    Bonjour,

    juste une remarque par rapport au SACD, qui a été introduit plus pour des raisons de protection contre la copie que pour autre chose :
    – voici un article, plutôt technique, mais très intéressant à propos des limites inhérentes au DSD :

    http://sjeng.org/ftp/SACD.pdf

    A mon avis, un test en double aveugle avec un disque hybride réputé bien enregistré devrait pouvoir très vite vous convaincre qu’il n’y a aucune différence audible, toutes choses égales par ailleurs entre une version CD et SACD stéréo d’un même enregistrement (fût-il enregistré nativement au format SACD).

    Même constat entre du 192 et du 96kHz/24bits :
    – les deux sont excellents mais indifférentiables par une oreille humaine.

    Du coup, à titre perso :
    – l’aventure du SACD s’arrête pour moi aux disques déjà achetés,
    – quand bien même ce format serait disponible sur internet, il s’avère être plus gourmand et plus difficile à gérer que du 24/96 … pour 0 gain en qualité … : aucun intérêt,
    – aller au-delà de 96/24 (ce qui est déjà plus que suffisant) n’apporte pas grand chose, sinon rien, à part nécessiter des composants plus chers et … plus de place sur le disque dur …

  15. avatar

    @Marc – Bonsoir,

    Je ne tiens pas forcément à convaincre, car j’ai déjà eu mille fois cette conversation, mais vous faites une erreur, pour plusieurs raisons.

    La seule dont je parlerais ici (car il serait trop long d’aborder tout le reste), c’est que les DAC intégrés sont bien meilleurs en conversion N/A sur des échantillonnages 96 et 192 khz que 44.1. J’ai fait des centaines de mesures et d’écoutes à l’aveugle comme vous dites, mais déjà un même DAC Wolfson par exemple peut offrir 100 dB de dynamic Range sur un signal 44.1 khz et plus de 115 dB sur un signal 96 khz, et je peux vous garantir que ça s’entend à l’oreille. Celui qui n’est pas capable d’entendre une différence de 10dB en dynamique et bien il n’a pas de bonnes enceintes, ou l’oreille pas sensible aux différentes qualité et timbre musicaux. Il en est de même sur le niveau de bruit, un DAC propose un niveau de bruit bien plus bas sur du 96 khz que sur du 44.1 khz et ça aussi, avec de bonnes enceintes ça s’entend à l’oreille.

    Le fait de proposer des échantillonnages de 192 khz ne sert pas du tout à essayer de reproduire des fréquences qui il est vrai l’oreille ne pourra jamais entendre, mais cela sert à proposer un timbre plus naturel, plus proche du son analogique d’origine.

    Cela dit, soit, si vous ne faites pas de différence, c’est clair qu’il vaut mieux rester sur du CD. Le rendu du S.A.CD dépend de tellement de chose. Il y a tellement de S.ACD mal enregistré, ou des appareils qui convertissent le DSD en PCM parce que le DAC intégré ne gère pas la conversion analogique du DSD, et du coup ça sert à rien. Seuls les lecteurs S.A.CD capable de convertir le DSD en analogique directement permettent de réellement profiter du S.A.CD. Il y a aussi le fait que le S.ACD propose du 5.1. On n aime ou on aime pas mais apporte une grosse différence avec la stéréo.

    Je vous invite déjà à lire ce grand comparatif :

    http://www.hdfever.fr/2011/10/10/comparatif-de-circuits-analogiques-asus-xonar-hdav-vs-dac-asus-essence-one-vs-oppo-bdp-93eu-signature-nuforce/

    Mais encore une fois, j’ai mes acquis, cela fait plus de 25 ans que je suis dans ce milieu et je ne tiens absolument pas à convaincre qui que ce soit. Chacun à sa sensibilité, si vous prenez du plaisir avec du CD, c’est l’essentiel, moi aussi je prend beaucoup de plaisir à écouter du CD, certains préfèrent même le vinyle…

    Le plaisir c’est l’essentiel, tout le reste c’est du blabla :)

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