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Comme annon­cé dans l’article sur la musique trichée, voici quelques élé­ments d’explication pour aider ceux qui ne sont pas au fait de la musique sous forme numérique.
Nous abor­derons la chaîne musi­cale analogique et com­ment on la con­ver­tit en musique numérique. Des élé­ments sur les for­mats de com­pres­sion et les capac­ités réelles des for­mats numériques seront égale­ment don­nés. C’est un peu tech­nique, mais il y a quelques idées reçues qu’il me sem­blait utile de revoir.

La musique est un phénomène analogique

La musique est une forme par­ti­c­ulière de sons qui se dis­tingue du bruit par une cer­taine forme d’organisation. J’en par­le dans mes cours de musi­cal­ité et je ne souhaite pas radot­er.
Ces sons sont donc des vibra­tions, plus ou moins har­monieuses, qui parvi­en­nent à nos oreilles, voire au corps, en entier, notam­ment pour les bass­es fréquences.

Fréquence d’un son

On représente l’onde sonore par une courbe sinu­soïde pour un son réguli­er (une fréquence pure). Si la courbe s’alterne 2000 fois par sec­onde, on par­le de fréquence de 2000 Hz.

Le Hertz est l’unité de mesure de la fréquence.

Une bonne oreille humaine est réputée pou­voir enten­dre des fréquences com­pris­es entre 20 Hz (20 vibra­tions par sec­onde) et 20 kHz (20 000 vibra­tions par sec­onde).
Pour les fréquences plus graves, les infra­sons, le corps peut les ressen­tir (trem­ble­ments de terre, par exem­ple). Pour les plus aigus, les ultra­sons, pas de chance, c’est le domaine des chauves-souris et des chiens.
On notera qu’au fur et à mesure que les cils de la cochlée dis­parais­sent, la sen­si­bil­ité de l’oreille baisse, notam­ment pour les plus hautes fréquences.

Volume d’un son

L’autre élé­ment impor­tant pour décrire un son, c’est son vol­ume. C’est-à-dire l’amplitude des ondes qui parvi­en­nent à nos sens.

Si les ampli­tudes sont trop faibles, l’oreille n’est pas capa­ble de les détecter. Si elles sont trop fortes, des dom­mages irréversibles aux oreilles peu­vent advenir.
Le déci­bel (dB) est l’unité de mesure du vol­ume sonore. On par­le de pres­sion acous­tique.
Pour évo­quer le niveau sonore pour la dif­fu­sion de la musique, il y a plusieurs paramètres à pren­dre en compte et notam­ment la durée du son fort. J’y con­sacr­erai un autre arti­cle… Pour l’instant, il importe de se sou­venir qu’un son supérieur à 120 dB (seuil de la douleur) provoque des dom­mages irréversibles et qu’au-dessus de 85 dB, il con­vient de lim­iter le temps d’exposition.
Un dernier point, la pres­sion sonore dou­ble tous les 3 dB. Ain­si, un son de 85 dB est deux fois plus fort qu’un son de 82 dB.

Principe d’une chaîne musicale analogique

Je ne par­ti­rai pas de l’enregistrement que nous avons déjà évo­qué, seule­ment de la repro­duc­tion.
Les sup­ports prin­ci­paux de l’enregistrement analogique pour la musique sont le disque et la bande mag­né­tique. Pour le disque, ce sont les ondu­la­tions du sil­lon qui sont trans­for­mées en onde sonore.

Dans les pre­miers sys­tèmes, un grand pavil­lon ten­tait de dif­fuser le bruit de l’aiguille dans les sil­lons du disque. Les sys­tèmes élec­triques, en ampli­fi­ant ce sig­nal, ont per­mis de sonoris­er plus con­fort­able­ment n’importe quel espace.
La pointe de lec­ture, une aigu­ille pour les dis­ques 78 tours, puis un dia­mant pour les microsil­lons subit les ondu­la­tions du sil­lon et les trans­met à un dis­posi­tif élec­tro­mag­né­tique qui détecte les vibra­tions pour mod­uler un courant élec­trique.

Il existe des sys­tèmes dif­férents (bobine mobile, par exem­ple) dont vous trou­verez une ver­sion très sim­pli­fiée ici… Sim­pli­fiée, car il y a une seule bobine au lieu des dif­férentes bobines de détec­tion des mou­ve­ments hor­i­zon­taux et ver­ti­caux, indis­pens­ables pour la stéréo. Le mou­ve­ment hor­i­zon­tal donne le sig­nal du canal gauche et le change­ment de pro­fondeur per­met de déduire le canal de droite (gauche [H] moins ver­ti­cal).

Ce qui est impor­tant à tenir en compte, c’est que le sig­nal dans les sys­tèmes analogiques est tou­jours sous forme de vari­a­tion d’onde. C’est un phénomène con­tinu. La pointe de lec­ture de la pla­tine tourne-dis­ques se déplace par vibra­tions. Ces vibra­tions sont trans­mis­es sous forme de vari­a­tion de poten­tiel élec­trique par la cel­lule. Ces vari­a­tions sont ampli­fiées par l’amplificateur analogique, qui envoie un sig­nal élec­trique plus fort aux enceintes dont les bobines des haut-par­leurs vont se déplac­er en fonc­tion de ce qu’elles reçoivent. Par exem­ple, quand l’onde est à son max­i­mum, la bobine va pouss­er la mem­brane du haut-par­leur vers l’avant et quand l’onde est à son max­i­mum, la bobine va vers l’arrière. Le mou­ve­ment de la mem­brane du haut-par­leur, sol­idaire de la bobine, va pouss­er l’air pour le met­tre en mou­ve­ment, ce qui va pro­duire dans notre oreille une sen­sa­tion de son.

Une petite mise en garde. Si on utilise deux haut-par­leurs, il faut veiller à les branch­er dans le même sens pour éviter qu’un aille vers l’avant pen­dant que l’autre va vers l’arrière. Les ondes pro­duites par les haut-par­leurs tendraient à s’annuler, le max­i­mum de l’un cor­re­spon­dant au min­i­mum de l’autre. Voir un court topo sur la ques­tion. On utilise d’ailleurs ce phénomène pour les casques à réduc­tion dynamique de bruit, mais c’est une autre his­toire…

Le cas du magnétique

En plus des procédés pure­ment mécaniques ou élec­tromé­caniques, des procédés de stock­age mag­né­tiques ont été inven­tés. Dans les ban­des mag­né­tiques analogiques, la mag­néti­sa­tion de la bande est plus ou moins forte. Ces vari­a­tions, comme celle de la pointe de lec­ture, peu­vent être ampli­fiées et envoyées dans le sys­tème de dif­fu­sion sonore. Nous ver­rons, toute­fois, que la bande mag­né­tique a survécu à l’ère analogique pour rejoin­dre l’ère numérique que nous allons évo­quer main­tenant.

L’arrivée du numérique

Le sig­nal analogique est très sim­ple à gér­er. Il suf­fit de respecter les car­ac­téris­tiques du sig­nal élec­trique, le plus fidèle­ment pos­si­ble, de la pointe de lec­ture de la pla­tine, jusqu’à la bobine du haut-par­leur.
Le numérique exploite un autre principe. On mesure les car­ac­téris­tiques d’un son à un moment don­né. On mesure notam­ment son ampli­tude et ses fréquences (j’écris « ses » fréquences, car les sons musi­caux sont des mélanges var­iés de fréquences et pas une onde sinu­soï­dale pure).

Cette mesure s’effectue à un moment don­né. Les infor­ma­tions peu­vent être retran­scrites sous forme numérique, puisqu’on les a mesurées. On recom­mence une frac­tion de sec­onde plus tard et ain­si de suite pour toute la durée de la musique. 
Cette opéra­tion qui con­siste à divis­er la musique en tranch­es s’appelle la quan­tifi­ca­tion.

Pour bien com­pren­dre, regardez l’espace entre les deux lignes rouges ver­ti­cales. C’est un instant de la musique. La ligne verte hor­i­zon­tale dans la colonne rose indique la fréquence iden­ti­fiée par la numéri­sa­tion. On se rend compte, toute­fois, que la courbe analogique (en gris) est ascen­dante durant le temps de cette quan­tifi­ca­tion.
Il y aura donc une moyenne et pas une valeur exacte.
Lors de la resti­tu­tion, on effectue l’opération inverse. On repro­duit la fréquence enreg­istrée et on extra­pole l’évolution jusqu’à la valeur suiv­ante (ici, le palier vert à droite de la zone rose).

On pour­rait penser que ces escaliers déna­tureront la musique. Cela peut être le cas, mais pour éviter cela, on mul­ti­plie les mesures. Pour les CD, c’est 44 100 fois par sec­onde. Pour les DVD 48 000 fois par sec­onde. C’est la fréquence d’échantillonnage.
Ces échan­til­lons rap­prochés per­me­t­tent de repro­duire des sons jusqu’à une fréquence sen­si­ble­ment égale à la moitié de cette fréquence d’échantillonnage, soit 22 kHz et 24 kHz, des valeurs supérieures aux capac­ités des oreilles humaines.

Le stockage de l’information de volume

La quan­tifi­ca­tion, ce qui n’apparaît pas dans mon graphique précé­dent, mesure aus­si le vol­ume de la musique. C’est essen­tiel, car les nuances sont un élé­ment majeur de la musique, enfin, de la plu­part des musiques…

Le volume de l’information à stocker

On a donc dans chaque case, pour chaque mesure, de nom­breuses infor­ma­tions. Pour les stock­er, il fal­lait de nou­veaux types de sup­ports. Le CD est le sup­port qui a per­mis la général­i­sa­tion de la musique numérique. Les stu­dios d’enregistrement numériques util­i­saient eux des mag­né­to­phones mul­ti­p­istes à bande, mais c’est un autre domaine.
Ce sup­port reçoit de la musique échan­til­lon­née à 44,1 kHz et sur 16 bits. C’est-à-dire que chaque mesure peut être codée avec 65,536 valeurs dif­férentes.
Cela per­met de stock­er des fréquences de 20 à 20 kHz et des écarts de dynamique de 90 dB.
Ces valeurs sont suff­isantes pour attein­dre les per­for­mances des meilleures oreilles humaines, tout en offrant un rap­port signal/bruit incroy­able pour l’époque (même si dans le domaine de l’enregistrement numérique, le Dol­by fai­sait des mir­a­cles en étant dans la même gamme de rap­port signal/bruit…).
Il y avait tout de même un point noir pour les util­isa­teurs lamb­das. Il n’y avait pas de sys­tème d’enregistrement grand pub­lic per­me­t­tant de manip­uler facile­ment ces énormes quan­tités d’informations.
Des enreg­istreurs de CD sont bien apparus, mais ils étaient lents et moyen­nement fiables. Les enreg­istreurs DAT étaient vrai­ment chers. Ils util­i­saient des ban­des mag­né­tiques, ce qui per­me­t­tait de faciliter les opéra­tions d’enregistrements, mais en lec­ture et avec un accès séquen­tiel (il faut faire défil­er la bande jusqu’au point qui nous intéresse, comme avec les cas­settes Philips).
Peu de temps après, le Mini­Disc résolvait ces deux prob­lèmes. Il avait la facil­ité d’usage pour l’enregistrement d’un mag­né­to­phone à cas­settes, mais son accès aléa­toire per­me­t­tait un accès instan­ta­né et indexé à la musique présente sur le Mini­Disc.
Dans mon cas, cela a été mon sup­port favori pour numéris­er les dis­ques Shel­lac. Augus­to, un DJ parisien orig­i­naire de Bar­iloche, l’utilisait égale­ment en milon­ga.

L’informatique musicale

Aujourd’hui, la qua­si-total­ité des DJ utilisent un ordi­na­teur. J’ai, je pense, été un des pre­miers à le faire, tout d’abord avec un ordi­na­teur tour qu’il fal­lait trib­aller avec son écran, écran qui, même en 15 pouces, était lourd et encom­brant.
Je rêvais donc d’un ordi­na­teur portable, mais dans les années 90, c’était coû­teux et les dis­ques durs étaient très petits. Un disque dur de 40 Mo per­me­t­tait de stock­er un seul tan­go au for­mat WAV… J’avais un disque dur SCSI de 160 Mo (un mon­stre pour l’époque), mais cela était bien sûr trop lim­ité. C’est alors que je suis passé au MP3 à 128 ou 192 kbit/s, ce qui per­me­t­tait de stock­er 10 fois plus de musique. J’ai alors investi dans un lecteur Syquest et une flopée de dis­ques de 88 Mo et dans mon pre­mier ordi­na­teur portable. Un truc avec un écran mono­chrome, mais offert avec une souris « Colani » et une cal­cu­la­trice du même design­er…

Le sys­tème deve­nait viable et, vers 2000, j’ai inau­guré ce portable et les Syquests avec Winamp, un logi­ciel qui per­me­t­tait égale­ment de chang­er la vitesse de la musique. Roy­al, non ? Un disque de 1 Go en interne quelques années plus tard m’a per­mis d’avoir plus de musique avec moi. Aujourd’hui, je suis passé à 4 To…
Tout cela pour dire que le MP3, qui est un retrait par rap­port aux capac­ités du CD a été sal­va­teur pour utilis­er l’informatique en milon­ga.
Le MP3 devait égale­ment se dévelop­per à cause des faibles per­for­mances d’Internet de l’époque, même si j’avais Numéris, un sys­tème qui per­me­t­tait d’atteindre 64, voire 128 kbit/s en agrégeant deux canaux, mais en dou­blant aus­si le prix de la com­mu­ni­ca­tion…
Aujourd’hui, avec l’ADSL ou la fibre, on a oublié ce temps où il fal­lait des heures pour les trans­ferts et qu’ils étaient fac­turés à la minute…

Comment le MP3 a permis de réduire la taille des fichiers

Un tan­go au for­mat WAV, qual­ité CD, occupe env­i­ron 30 Mo. Un fichi­er MP3 à 128 kbit/s occupe env­i­ron 3 Mo, soit 10 fois moins que le fichi­er sans com­pres­sion.

Un fichi­er MP3 stéréo en qual­ité « CD », 44,1 kHz et 16 bits devrait faire égale­ment 30 Mo s’il n’avait pas de com­pres­sion. Un fichi­er audio stéréo au for­mat CD demande un débit de 1411 kbit/s. Le meilleur MP3 est lim­ité à 320 kbit/s. Il faut donc com­primer env­i­ron 4 fois le fichi­er pour le faire entr­er dans son for­mat.
Cela se fait en sup­p­ri­mant des don­nées estimées inutiles ou pas utiles. Sur une musique rel­a­tive­ment sim­ple, c’est réal­is­able, mais plus com­plexe pour de la musique plus riche.
Si on choisit un débit plus faible, par exem­ple 128 kbit/s, et que l’on a con­servé les valeurs ini­tiales de 44,1 kHz et 16 bits, il faut donc aug­menter très sen­si­ble­ment la com­pres­sion et là, les pertes com­men­cent à s’entendre, comme vous avez pu l’écouter dans mon arti­cle « Détecter la musique trichée ». https://dj-byc.com/detecter-la-musique-trichee/

Taille relative des boîtes à musique

En haut à droite, le for­mat CD (44,1 kHz/16 bits). En dessous, le for­mat DVD et les for­mats Haute réso­lu­tion. Ces deux derniers for­mats per­me­t­tent d’enregistrer des gammes de fréquences bien au-delà du néces­saire et des dif­férences de niveaux sonores supérieures à ceux qui pour­raient se ren­con­tr­er sur terre. Ce sont donc des for­mats des­tinés à l’enregistrement pro­fes­sion­nel. Par exem­ple, si le vol­ume d’enregistrement a été trop faible, on pour­ra l’augmenter sans rajouter de bruit de fond, ce qui serait impos­si­ble avec un for­mat CD ou DVD.
On restera donc prob­a­ble­ment à des valeurs raisonnables pour ce qui est de la dif­fu­sion de la musique en con­ser­vant les valeurs du CD ou du DVD.
Pour vous enlever toute hési­ta­tion, je vous présente ce qu’occupent les for­mats tra­di­tion­nels (LP 33 tours et shel­lac 78 tours) en com­para­i­son de la boîte du CD.

Je com­mencerai par le cas du MP3. La par­tie cen­trale est la taille du fichi­er. La par­tie qui l’entoure, en rose, c’est l’espace que va retrou­ver la musique après la décom­pres­sion. En théorie, on retrou­ve dans la musique décom­pressée, la même gamme de fréquences et la même dynamique que le CD. La dif­férence que l’on peut éventuelle­ment not­er dans de bonnes con­di­tions vient des arte­facts de com­pres­sion qui ont resti­tué des détails un peu dif­férents de ceux d’origine.
Dans les deux boîtes supérieures, j’ai placé le 78 tours et le 33 tours. On voit qu’il y a beau­coup de marge de manœu­vre. Les capac­ités du CD sont net­te­ment supérieures à celles de ces deux sup­ports.
Cer­tains pour­raient affirmer que le ren­du analogique est plus doux, meilleur ou je ne sais quoi, mais il s’agit plus d’un fan­tasme, notam­ment pour la musique his­torique du tan­go, qui n’a pas béné­fi­cié des tout derniers pro­grès du disque noir.
Le test est facile à faire. Placez un « mélo­mane » en écoute aveu­gle et deman­dez-lui s’il écoute la ver­sion CD ou la ver­sion shel­lac. Bien sûr, vous lui aurez offert le meilleur casque, ou une chaîne hi-fi haut de gamme pour être beau joueur.
S’il trou­ve à chaque fois sans se tromper, renou­velez le test dans une milon­ga avec une bonne sono. Si ce phénomène con­tin­ue de tou­jours dif­férenci­er le disque noir de sa copie numérique en qual­ité CD, c’est assuré­ment que votre trans­fert est de très mau­vaise qual­ité.
Dans ce cas j’ai un arti­cle pour vous aider, et éventuelle­ment un autre sur le net­toy­age des dis­ques…