Numérisation d'un son : quantification en amplitude et résolution en bits
Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère
À retenir
• Après l'échantillonnage temporel, la quantification en amplitude consiste à affecter à chaque échantillon une valeur discrète prise parmi un ensemble fini de niveaux prédéterminés. • La résolution (ou profondeur de quantification) est le nombre de bits n utilisés pour coder chaque échantillon numérique : - Sur n bits, le convertisseur peut coder N = 2^n niveaux de tension distincts. - Exemples : sur 8 bits 2^8 = 256 niveaux ; sur 16 bits (standard CD) 2^16 = 65\,536 niveaux ; sur 24 bits (studio haute résolution) 2^24 = 16\,777\,216 niveaux. • Le pas de quantification q (ou échelon) est l'écart de tension entre deux niveaux successifs dans une plage de mesure U = U_ - U_ : q = U/2^n • L'erreur d'arrondi inhérente à la discrétisation engendre un bruit de fond appelé bruit de quantification. Plus le nombre de bits n est élevé, plus le pas q est petit et plus le rapport signal sur bruit est élevé.
Le cours
Numérisation d'un son : quantification en amplitude et résolution en bits • Après l'échantillonnage temporel, la quantification en amplitude consiste à affecter à chaque échantillon une valeur discrète prise parmi un ensemble fini de niveaux prédéterminés. • La résolution (ou profondeur de quantification) est le nombre de bits n utilisés pour coder chaque échantillon numérique : - Sur n bits, le convertisseur peut coder N = 2^n niveaux de tension distincts. - Exemples : sur 8 bits 2^8 = 256 niveaux ; sur 16 bits (standard CD) 2^16 = 65\,536 niveaux ; sur 24 bits (studio haute résolution) 2^24 = 16\,777\,216 niveaux. • Le pas de quantification q (ou échelon) est l'écart de tension entre deux niveaux successifs dans une plage de mesure U = U_ - U_ : q = U/2^n • L'erreur d'arrondi inhérente à la discrétisation engendre un bruit de fond appelé bruit de quantification. Plus le nombre de bits n est élevé, plus le pas q est petit et plus le rapport signal sur bruit est élevé. Astuce et méthode clé Chaque bit supplémentaire multiplie par 2 le nombre de niveaux de quantification et améliore la dynamique sonore d'environ 6 dB (20 _10(2) 6,02 dB/bit). Piège classique à éviter Attention à la formule des puissances de 2 : 2^16 = 65\,536 et non pas 16 2 = 32 !
Dans ce chapitre
- Signaux analogiques et conversions de capteurs de Seconde
- Notion de puissance et d'énergie d'un signal de Seconde
- L'oreille et la perception auditive de base de Seconde
- Numérisation d'un son : échantillonnage temporel et théorème de Shannon-Nyquist
- Numérisation d'un son : quantification en amplitude et résolution en bits
- Taille d'un fichier audio non compressé et débit binaire
- Compression audio sans perte (lossless) et avec perte (lossy)
- Puissance acoustique et intensité acoustique surfacique
- Niveau d'intensité sonore en décibels (dB) et échelle logarithmique
- Addition de plusieurs sources sonores incohérentes en intensité et dB
- Atténuation géométrique en espace libre et atténuation par absorption
- Anatomie et fonctionnement de l'oreille humaine (tympan, osselets, cochlée)
- Lésions de l'appareil auditif, acouphènes et surdité précoce
- Bilan : Synthèse et méthode sur Son numérisé, transmission et audition humaine