Fréquence d'échantillonnage et audio sampling : un guide pour débutants.

La fréquence d'échantillonnage peut être calculée simplement avec une formule : Fréquence d'échantillonnage = 1 / nombre d'échantillons par seconde. Une fréquence d'échantillonnage audio plus élevée conduit en règle générale à une meilleure qualité de restitution sonore. La fréquence d'échantillonnage est généralement mesurée en kilohertz (kHz) ou en cycles par seconde. Les CD sont généralement enregistrés avec 44,1 kHz, soit 44 100 samples audio (échantillons) pris par seconde.

Bon à savoir : en vidéoproduction, on utilise généralement 48 kHz. Pour les prises de son de films et les DVD audio, des fréquences d'échantillonnage allant jusqu'à 96 kHz sont même utilisées. Lorsque vous maîtrisez la gestion de la fréquence d'échantillonnage audio, vous pouvez préparer des enregistrements audio de encore meilleure qualité. Une fois votre enregistrement numérisé, vous pouvez le mixer et l'éditer sans qu'il perde en qualité sonore.

La qualité sonore finale d'un enregistrement ne dépend pas seulement de la fréquence d'échantillonnage audio, mais aussi de la profondeur d'échantillonnage.

La qualité sonore finale d'un enregistrement ne dépend pas seulement de la fréquence d'échantillonnage audio, mais aussi de la profondeur d'échantillonnage. Nous examinons cela de plus près dans la section suivante.

Chaque sample audio que vous prenez lors d'un enregistrement est ensuite stocké en « bits » sur votre ordinateur. Plus on utilise de bits pour l'enregistrement de chaque sample, meilleure est la restitution sonore à la fin. Dans la production musicale, le bit définit le contenu informationnel d'un sample audio. Une haute fréquence d'échantillonnage audio combinée à une grande profondeur d'échantillonnage (aussi appelée « Bitrate » ou « Bittiefe ») offre la meilleure qualité audio pour votre enregistrement.

Plus la profondeur de bits est élevée, plus la plage dynamique d'un signal est grande. La plage dynamique ou amplitude dynamique est la différence entre les sons les plus doux et les plus forts dans un mélange ou un fichier audio, mesurée en décibels (dB). L'oreille humaine peut percevoir des sons jusqu'à 90 dB ; pour les enregistrements au-dessus de ce niveau, les sons plus doux peuvent être amplifiés pour obtenir une haute fidélité de restitution.

Les profondeurs d'échantillonnage typiques sont 8, 16, 24 ou 32 bits. Nous avons déjà appris que la profondeur d'échantillonnage et la plage dynamique ont des effets immédiats sur la qualité sonore d'un signal audio. Chaque bit supplémentaire augmente la plage dynamique représentable de 6 dB. Un enregistrement audio à 24 bits peut donc représenter une plage dynamique théorique de 144 dB. Voici un aperçu des différentes profondeurs d'échantillonnage audio :

Enregistrement audio en 8 bits.

Un enregistrement audio de qualité plutôt médiocre qui génère un volume sonore de 46 dB — soit environ la moitié de la capacité auditive humaine.

Enregistrement audio en 16 bits.

Dans cette plage, l'oreille humaine est capable d'entendre jusqu'à 96 dB. Les CD audio ont en règle générale une profondeur d'échantillonnage de 16 bits.

Enregistrement audio en 24 bits.

Avec une plage dynamique de 134 dB, cette profondeur de bits dépasse certes la capacité auditive humaine, mais le travail avec ce niveau peut être judicieux. Vous pouvez ainsi réduire le bruit de fond d'un enregistrement.

Enregistrement audio en 32 bits.

Ce niveau offre un nombre quasi infini de décibels et n'est utilisé en pratique que pour des données audio particulièrement haute qualité. Cela peut être le cas par exemple lorsque, lors d'un enregistrement, des bruits apparaissant soudainement sans limiteur (limiter) sont enregistrés, qui abaisse le niveau de sortie à une valeur déterminée.

Pourquoi 44,1 kHz est-il le standard pour les fichiers audio ?

De nombreux enregistrements audio utilisent une fréquence d'échantillonnage audio de 44,1 kHz comme standard. Mais pourquoi exactement cette valeur ? Les samples audio ont été introduits pour la première fois dans les années 1940 dans le cadre du théorème de Nyquist-Shannon. Ce principe fondamental de la théorie du signal stipule que toute fréquence d'échantillonnage doit être le double de la fréquence d'échantillonnage de l'enregistrement original, pour que le son soit restitué fidèlement à l'original.

L'oreille humaine peut entendre entre 20 hertz (20 Hz) et 20 kilohertz (20 kHz). 44,1 kHz est plus que le double de la limite supérieure de l'audition humaine. La théorie stipule donc qu'une restitution très précise est ainsi possible et qu'une bonne expérience d'écoute est garantie.

Certains ingénieurs du son enregistrent encore avec des fréquences d'échantillonnage plus élevées pour capturer tous les sons. Dans les enregistrements originaux, ceux-ci ne sont certes pas audibles, mais lorsqu'un sample audio enregistré à 192 kHz est transposé vers le bas (pitch down), des fréquences d'échantillonnage auparavant imperceptibles deviennent soudainement audibles.

Lors du « pitching », c'est-à-dire la modification de la hauteur tonale, la fréquence fondamentale d'un signal audio peut être capturée. Si ce même sample audio avait été enregistré et transposé à une fréquence d'échantillonnage plus basse, certaines des hautes fréquences de ce son seraient perdues.

Les fichiers audio enregistrés avec une fréquence d'échantillonnage audio plus élevée sont néanmoins convertis par de nombreux systèmes audio modernes à la valeur standard de 44,1 kHz.

Avant d'enregistrer avec une fréquence d'échantillonnage plus élevée, vérifiez au préalable les réglages de votre système audio — beaucoup sont réglés sur la valeur standard de 44,1 kHz. Avec ce réglage, votre signal audio enregistré avec une fréquence plus haute serait simplement converti en 44,1 kHz et tous vos efforts précédents seraient vains.

48 kHz.

Cette fréquence d'échantillonnage est utilisée en parallèle à 44,1 kHz comme taux standard.

88,2 kHz.

L'étalon-or pour les enregistrements haute résolution en sampling musique. L'utilisation de cette fréquence d'échantillonnage audio entraîne moins de distorsions lors de la conversion analogique/numérique et offre plus de liberté lors du mixage et du mastering.

96 kHz.

Similaire à 88,2 kHz, cette fréquence d'échantillonnage offre davantage de possibilités lors du mixage et du mastering des données audio. Travailler avec ces taux plus élevés peut cependant poser problème si votre ordinateur ne peut pas traiter les informations supplémentaires et l'espace de stockage nécessaire.

192 kHz.

Plus n'est pas toujours mieux — une fréquence d'échantillonnage audio à ce niveau peut provoquer lors de la transmission un signal parasite (jittering). De plus, le défi est de trouver un PC performant capable de traiter un fichier audio avec cette haute fréquence d'échantillonnage. Véritablement utile uniquement pour ralentir un enregistrement audio haute fréquence.

Lorsque vous travaillez avec des fréquences d'échantillonnage audio élevées, vous serez inévitablement confronté à une grande quantité de données. Pour avoir une idée approximative de la taille d'un fichier audio, vous pouvez effectuer le calcul suivant :

Formule :

Fréquence d'échantillonnage (en Hertz, pas en kilohertz) × Bitrate × Nombre de canaux × Nombre de secondes = Total en bits

Total en bits / 8 = Bytes

Bytes / 1 000 000 = Mégaoctets (Mo)

Exemple pratique :

44 100 Hz × 16 bits × 2 canaux (stéréo) × 4 400 secondes (= une prise CD de 74 minutes) = 6 209 280 000 bits soit environ 6,2 milliards de bits

6 209 280 000 bits / 8 = 776 160 000 bytes soit 776 Mo

776 160 000 bytes / 1 000 000 = 776,16 Mo

Pour stocker un enregistrement audio de 74 minutes à une fréquence d'échantillonnage audio de 44,1 kHz sur votre ordinateur, vous avez donc besoin de 776,16 Mo d'espace de stockage. Si vous souhaitez stocker plusieurs fichiers audio ou ne pas utiliser trop d'espace de stockage sur votre PC, une compression peut être judicieuse.

Compresser la taille du fichier.

Le transfert et le travail avec de gros fichiers audio peuvent être difficiles. Vous pouvez alternativement simplement compresser la taille du fichier. La compression des fichiers audio est pratique courante depuis l'introduction des fichiers MP3. Ces fichiers permettent la compression de fichiers audio avec une bonne qualité sonore si vous ne dépassez pas 128 kbps (kilobits par seconde). Pour une qualité sonore plus élevée, vous devriez utiliser au minimum 192 kbps comme fréquence d'échantillonnage. La conversion des prises de son en MP3 peut dans certains cas réduire la taille du fichier jusqu'à 10 fois. C'est possible parce que lors de la compression, toutes les données audio sont supprimées que l'oreille humaine peut à peine percevoir.

Les fichiers MP3 sont compressés à 128 kbps ou 256 et 320 kbps. En règle générale, on parle ici d'une compression « avec perte », lors de laquelle il se produit une perte de qualité sonore.

Compression sans perte.

Une alternative à la sauvegarde en MP3 est la compression sans perte. Ainsi, la taille du fichier est réduite sans perdre en qualité sonore. Au lieu de supprimer des données du fichier audio comme c'est le cas dans la compression MP3, les données du fichier sont réécrites de manière plus efficace. Les formats de fichiers utilisés pour cela sont FLAC, WavPack, Monkey's Audio et ALAC, spécialement dédiés au stockage des données audio. Après la compression, ils sont certes plus grands que le fichier MP3, mais réduisent la taille du fichier original d'environ la moitié.

Avec Audition, vous pouvez très facilement convertir un fichier audio dans une autre fréquence d'échantillonnage. Avant de commencer, vérifiez au préalable quelles fréquences d'échantillonnage audio sont prises en charge par la carte son de votre ordinateur, car cela peut être limitant. Si votre ordinateur est équipé de la carte son adéquate, vous pouvez procéder comme suit :

1. Cliquez sur l'éditeur de forme d'onde > Traitement > Convertir le type d'échantillon ou allez simplement dans la barre d'état avec un double-clic sur la section « Type d'échantillon ».
2. Sélectionnez maintenant dans la liste la fréquence d'échantillonnage audio de lecture appropriée ou entrez un taux individuel dans le champ de texte.
3. Cliquez sur « Avancé » et déplacez le curseur de « Qualité » pour ajuster la qualité de la conversion. Pour des valeurs plus élevées, le traitement prend généralement un peu plus longtemps qu'avec des valeurs plus basses, mais les valeurs basses réduisent la part des hautes fréquences.
4. Pour un résultat optimal, vous pouvez maintenant sélectionner l'option Pre/Post Filter pour éviter les bruits parasites comme les distorsions/bruits de fond.

Vous souhaitez modifier la fréquence d'échantillonnage audio ou la profondeur de bits d'un fichier audio ? Ou améliorer vos compétences en mixage et mastering ? Adobe vous propose de nombreux tutoriels utiles qui vous aideront à réaliser vos projets audio dans Audition.