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Sujet [TUTO] Fréquence d'échantillonnage et Bits - C'est quoi au juste ?

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1 [TUTO] Fréquence d'échantillonnage et Bits - C'est quoi au juste ?
Un petit tutoriel à ce propos car bon nombre d'entre vous ne savent pas ce que c'est une fréquence d'échantillonnage ainsi que la profondeur de bits. Y'a beaucoup de confusion en général.

LA FREQUENCE D'ECHANTILLONNAGE

Définition

Elle s'exprime en Hertz (Hz) ou (kHz). On retrouve notamment les valeurs suivantes : 44 100 Hz, 48 000 Hz, 96 000 Hz, 192 000 Hz. Le standard CD et digital mondiale est 44 100 Hz. Ce qui veut dire que chaque seconde, il y a 44 100 échantillons (samples) joués. Plus cette fréquence d'échantillonnage est grande, plus le son sera affiné et donc naturel.

Attention ne pas confondre fréquence d'échantillonnage avec couvrement du spectre. Par exemple, 44 100 Hz ne veut pas dire que l'on peut entendre des fréquences jusqu'à 44 100 Hz !

L'oreille humaine peut en général entendre sur le spectre suivant : 20 Hz - 20 000 Hz.

Pour une qualité fidèle

La question ici c'est : quelle fréquence d'échantillonnage est suffisante pour restituer parfaitement une chanson ?
Il faut savoir qu'il a été montré scientifiquement que pour reproduire avec fidélité l'ensemble des fréquences audibles par l'Homme, il faut que la fréquence d'échantillonnage soit égale au double de la fréquence maximum audible par l'Homme soit 20 000 Hz.
Ainsi 20 000 Hz x 2 -> 40 000 Hz de fréquence d'échantillonnage.

C'est pourquoi on a choisit 44 100 Hz qui permet de couvrir le spectre jusqu'à 22 050 Hz. Vous allez me dire mais pourquoi ne pas avoir choisit 40 000 Hz ? Tout simplement parce qu'il faut garder une marge pour que les fréquences ne se coupent pas. Les 2 050 Hz de plus vont permettre une sortie en douceur si vous préférez.

Ainsi cela veut dire que si vous exportez votre musique avec une fréquence d'échantillonnage supérieure à 44 100 Hz, votre oreille sera incapable d'entendre la différence.

Mais alors pourquoi proposez des cartes sons avec des fréquences d'échantillonnages allant jusqu'à 192 000 Hz ?

En fait, il y a deux raisons. La première est que les pilotes de votre carte son (notamment si elle est professionnelle) seront optimisés pour une fréquence d'échantillonnage donnée. En général, les pilotes ASIO de vos cartes sont optimisés pour la fréquence d'échantillonnage maximum qu'elle propose : 96 000 Hz et 192 000 Hz dans la majorité des cas. Vous aurez moins de latence et plus de soulagement pour le micro-processeur avec une fréquence d'échantillonnage grande. Ce qui parait surprenant mais c'est comme çà.
Ainsi il sera très utile pour un ingénieur du son de bosser à une très grande fréquence d'échantillonnage. Son ordinateur sera ravi.
La deuxième raison ce sont les plug-in et les banque sons (samples) utilisés. En effet, certains plug-in sont aussi optimisés pour une fréquence d'échantillonnage bien précise. Mais çà n'a guère de répercussions sur la qualité de votre chanson au final.
Enfin sachez que il y a beaucoup de marketing autour des cartes sons. Ne vous laissez plus avoir.

En revanche la profondeur de bit (16, 24 ou 32 virgule flotante) aura une plus grande importance.

LA PROFONDEUR DE BIT

Définition

Elle s'exprime en Bits. On retrouve notamment les valeurs suivantes : 16 bits, 24 bits, 32 bits virgules flotante. Le standard CD et digital mondiale est 16 bits. Cette valeur va agîr sur le taux de dynamique disponible en dB. La règle est que pour 1 bit, on a 6 dB de dynamique. Autrement dit, le son oscillera sur 6 db en 1 bit.
Donc en 16 bits, le son oscillera sur (16 x 6) -> 96 dB.
Donc en 24 bits, le son oscillera sur (24 x 6) -> 144 dB.

On peut alors en déduire que les sons les plus faibles dans une musique seront beaucoup plus audibles et restitués naturellement à une profondeur de 24 bits. Donc si vous passez une chanson de 24 bits en 16 bits, cela s'entendra sur des sons suivants : fin d'une reverb, fin d'un crash par exemple. Mais attention c'est très subtile ! Et de toutes façons ce trait de subtilité sera gommé puisque l'on appliquera un Dithering (ajout de bruit) qui va résoudre ce problème.

En effet, on a adopté le 16 bits pour le format CD. On estime que 96 dB de dynamic est suffisant. 24 bits aurait été plus judicieux pour éviter justement l'application d'un dithering mais les fabricants de CD voulaient pouvoir mettre 74 minutes de chanson dessus. Le 24 bits n'aurait pas permis autant.
Ainsi on a gardé cette même norme pour le format digital.

16 bits ou 24 bits (voir 32 bits), répercution réelle sur l'écoute ?

Si vous avez compris ce que je viens d'expliquer, si vous écoutez une chanson en 16 bits ou en 24 bits, la différence est inaudible. La dynamique est assez importante en 16 bits surtout dans les musiques actuelles. Le seul genre de musique dans lequel le 24 bits aura son intérêt sera la musique classique. Et aussi les bandes sons du cinéma qui utilise beaucoup plus de dynamique. Mais là encore ne vous attendez pas à une différence de qualité énorme. 99% des gens n'y verront rien.

24 bits ou + important en studio !

En revanche, en studio il va être important de travailler avec une profondeur de bits de 24 bits notamment lors d'un enregistrement. Il faut laisser beaucoup de dynamique sur un micro pour pouvoir enregistrer assez bas en volume. Cela permet de ne pas clipper. C'est d'ailleurs l'unique seul réel intérêt du 24 bits en studio.
Il a tout de même un autre intêret. Tout comme la fréquence d'échantillonnage, les cartes sons sont optimisés pour le 24 bits ou le 32 bits virgule flottante.

CONCLUSION

Pour l'auditeur, la fréquence d'échantillonnage et la profondeur de bits qui proposeront le rendu le plus optimal est le 44 100 Hz - 24 bits. Mais dans la majorité des musiques le 16 bits suffira. Le 24 bits sera utile pour des musiques contenant beaucoup de dynamique : classique, jazz, acoustique... Utile aussi pour le cinéma. Mais çà reste tout de même très très subtile.

Evidemment, le format MP3 (ou n'importe quel format de compression) va dégradé le signal. Ainsi, les audiophiles confirmés devront préférer le format PCM (WAV, AIFF...). Les boutiques de musique en ligne ne proposent malheureusement pas toutes du WAV en option. Et quand cela est proposé le prix n'est malheureusement pas le même.

L'idéal serait de proposer du 44 100 Hz - 24 bits afin de n'avoir aucun problème de fidélité pour tous le styles de musique.

Donc n'oubliez pas le dithering lorsque vous exportez en 16 bits et que vous avez travaillez en 24 ou 32 bits.

En espérant que ce tutoriel vous aura éclairer à ce sujet.

JIM

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2
Merci c'est très claire, on en parle pas mal sur différent forums, mais dans la plus grande partie des cas on en ressort pas plus instruit :( Conclusion, c'est pas la peine de se ruiné sur du format HD l'oreille n'en feras pas la différence :non:
3
Citation :
Donc en 24 bits, le son oscillera sur (24 x 6) -> 144 dB.

en théorie oui! mais pour la captation acoustique, il faudrait encore un préampli ayant une plage dynamique d'utilisation de 144dB :noidea:
4
Citation :
Pour l'auditeur, la fréquence d'échantillonnage et la profondeur de bits qui proposeront le rendu le plus optimal est le 44 100 Hz - 24 bits. Mais dans la majorité des musiques le 16 bits suffira. Le 24 bits sera utile pour des musiques contenant beaucoup de dynamique : classique, jazz, acoustique... Utile aussi pour le cinéma. Mais çà reste tout de même très très subtile.
C'est n'imp. On en discute dans d'autres topics alors je ne vais pas m'étaler ici.
5

Conservons les termes "profondeur de bits" pour YouPorn, et parlons de résolution.

6
Pareil pour ces histoires de dynamique d'un format numérique en dB, une bonne vidéo sur le sujet (assez technique) permet de comprendre que c'est pas parce qu'on a 16bits qu'on a 96dB de "dynamique" :

Ancienement appelé The Koala

Le site web de TAMPCO

7
Citation :
Conservons les termes "profondeur de bits" pour YouPorn, et parlons de résolution.

:ptdr: excellent Jan !
8
x
Hors sujet :
N'importe qui peut utiliser la balise [tuto] ?!

Citation de Jimmy6002 :
Un petit tutoriel à ce propos car bon nombre d'entre vous ne savent pas ce que c'est une fréquence d'échantillonnage ainsi que la profondeur de bits. Y'a beaucoup de confusion en général.

En effet, c'est dommage parce que le sujet à déjà été traiter avec plus de justesse dans plusieurs thread (peut être de manière trop disparate) alors que ce poste contient des informations confuses et mêmes certaines fausses.
Il y a bien une majorité d'informations pertinentes mais ce serais cool qu'on corriges les erreurs pour ne pas entretenir de confusion. Vous êtes également invité à me corriger si je dis des bêtises.

Citation de Jimmy6002 :
Plus cette fréquence d'échantillonnage est grande, plus le son sera affiné et donc naturel.
[...]
Il faut savoir qu'il a été montré scientifiquement que pour reproduire avec fidélité l'ensemble des fréquences audibles par l'Homme, il faut que la fréquence d'échantillonnage soit égale au double de la fréquence maximum audible par l'Homme soit 20 000 Hz.

C'est l'une ou l'autre, en l'occurrence c'est la deuxième qu'il faut garder.

Citation de Jimmy6002 :
La première est que les pilotes de votre carte son (notamment si elle est professionnelle) seront optimisés pour une fréquence d'échantillonnage donnée. En général, les pilotes ASIO de vos cartes sont optimisés pour la fréquence d'échantillonnage maximum qu'elle propose
[...]
En effet, certains plug-in sont aussi optimisés pour une fréquence d'échantillonnage bien précise.
[...]
Tout comme la fréquence d'échantillonnage, les cartes sons sont optimisés pour le 24 bits ou le 32 bits virgule flottante.

Source ? Exemple ? Quelle sont les optimisations faites en 96KHz qu'on pourrait pas faire en 44.1KHz ?
Ce qui est généralement observé c'est l'inverse, ie les logiciels demandent plus de ressources quand utilisés à des fréquences d’échantillonnage et résolutions élevées.

Citation de Jimmy6002 :
Cette valeur va agîr sur le taux de dynamique disponible en dB. La règle est que pour 1 bit, on a 6 dB de dynamique. Autrement dit, le son oscillera sur 6 db en 1 bit.

La formulation prête trop a confusion. Une formulation plus précise et qui veut dire quelque chose ce serais plutôt : la dynamique est l’écart entre le niveau le plus haut représentable et le bruit de quantification.

Citation de Jimmy6002 :
Donc si vous passez une chanson de 24 bits en 16 bits, cela s'entendra sur des sons suivants : fin d'une reverb, fin d'un crash par exemple.

Très discutable, ça dépend de plusieurs autres choses. Notamment de l'acceptation de l'auditeur d'être à moitié sourd à la fin de l’écoute.

Citation de Jimmy6002 :
24 bits aurait été plus judicieux pour éviter justement l'application d'un dithering

Quantifier sur 24 bits n'enlève pas l’intérêt d'utiliser le dithering, ce serais même dommage de s'en priver. Je crois pas que beaucoup de monde se permette de ne pas utiliser le dithering quelque soit la résolution choisis.

Citation de Jimmy6002 :
Ainsi, les audiophiles confirmés devront préférer le format PCM (WAV, AIFF...).

Ils ont pas le choix ? :cobra:
9

Citation de : Danbei

Hors sujet :
N'importe qui peut utiliser la balise [TUTO] ?!

 Ca, c'est un vrai sujet !

10
Citation de Jimmy6002 :
Ainsi, les audiophiles confirmés devront préférer le format PCM (WAV, AIFF...).

C'est pas comme si on n'avait pas inventé la compression sans perte (Apple Lossless, Flac) et le DSD.