Un son est une onde issue de la vibration de l'air, et que nous entendons grâce à des appareils qui y sont particulièrement sensibles : nos oreilles. Pour bien comprendre ce phénomène, imaginons un son très simple et assez courant : un claquement de main. En se frappant l'une l'autre, les mains engendrent un onde d'air pressurisé qui se déplace à 340 mètres par secondes (la fameuse vitesse du son). Lorsque cette onde atteint une oreille, elle génère une légère pression sur le tympan, dont la vibration produite restitue le son initial.
Un claquement de mains est un événement court causant une onde simple qui s'évanouit rapidement. Cette forme d'onde est représentée par l'image précédente.
D'autres ondes sonores peuvent durer plus longtemps. Un carillon est un excellent exemple. Lorsqu'il est actionné, sa cloche vibre à une fréquence donnée, faisant vibrer l'air environnant, ce qui engendre une onde continue de même fréquence. L'onde de pression ressemble alors au schéma suivant :
Ces deux types d'ondes sont appelées ondes sonores, ou encore ondes acoustiques.
Un microphone consiste en une fine membrane qui vibre lorsqu'elle rencontre des ondes acoustiques. Les mouvements de la membrane sont alors transformés en signaux électriques. Fondamentalement, il s'agit donc d'un convertisseur d'ondes acoustiques en ondes électriques.
Examinons la forme de l'onde électrique issue du microphone :
Vous remarquerez qu'elle est très proche de celle que nous venons de voir précédemment. La différence principale est que nous mesurons ici non plus une pression, mais un courant électrique. Nous pourrions même dire que la forme de ce dernier signal est analogue à celle du signal original. C'est la raison pour laquelle les ondes électriques qui représentent une onde sonore sont appelées des ondes analogiques.
L'outil principal utilisé pour enregistrement numérique est un convertisseur analogique-numérique (CAN, ou, en anflais, ADC - Analog-to-Digital Converter). Le CAN mesure la tension d'une onde électrique plusieurs milliers de fois par secondes, puis utilise ces mesures pour créer une carte du signal électrique :
Chaque point sur la figure précédente représente un échantillon. Seuls les valeurs de ces points discrets son conservées, et tout le signal original compris entre deux points est abandonné. Ainsi, plus le nombre d'échantillon, pour une période donnée, est important, plus l'enregistrement numérique est précis.
La restitution d'un signal audio-numérique utilise un mécanisme inverse appelé convertisseur numérique-analogique (CNA, ou, en anglais, DAC - Digital-to-Analog Converter). Il génère, à partir de l'échantillon numérique, une onde électrique. Dans un ordinateur, cette onde est transmise à une carte son, puis à un casque ou des haut-parleurs qui recréent l'onde sonore originale par la vibration de leurs membranes.
La carte son d'un ordinateur est équipée d'un convertisseur analogique-numérique pour l'enregistrement, et d'un convertisseur numérique-analogique pour lire les fichiers audio. Le système d'exploitation (Windows, Mac OS X, Linux, etc.) sert généralement d'interface entre la carte son et les applications dédiées à la capture, l'édition ou la restitution des fichiers audio.
Deux facteurs déterminent la qualité d'un enregistrement numérique :
Les taux d'échantillonnage les plus élevés permettent un enregistrement numérique plus précis sur les fréquences les plus hautes.
Les formats d'échantillonnage les plus élevés offrent une meilleure dynamique d'amplitude et une meilleure reproduction des sons forts et faibles.
Les deux principaux types de fichiers audio disponibles sur un ordinateur sont les suivants :
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