Qu’est ce qui constitue la qualité d’un fichier numérique ? Quel format est le plus adapté ? Pour quelle utilisation ? Comment choisir ?

Nous vous expliquions récemment la différence entre son analogique et numérique et comment ce dernier est devenu omniprésent grâce à l’avènement des technologies modernes de production et restitution du son.

Mais qu’est ce qui constitue la qualité d’un fichier numérique ? Quel format est le plus adapté ? Pour quelle utilisation ? Comment choisir ?

Afin de mieux comprendre et de vous permettre de choisir le format le plus optimisé pour votre usage, découvrez ici ce qui définit la qualité d’un fichier audio numérique, les différents formats de fichiers audio et les options d’écoute actuelles (streaming ou téléchargement) mises en relation avec les modes de connexion (sans-fil ou filaire) à votre système audio. 

Quels sont les paramètres de constitution d’un fichier audio numérique ?

Il existe 3 paramètres principaux : l’échantillonnage (exprimé en Hz), la profondeur de bits (exprimé en Bits) et le nombre de canaux.

  • L’échantillonnage (exprimé en Hz)

Un son est caractérisé par une amplitude qui varie en fonction du temps. Pour représenter un son numériquement, l’amplitude du signal est enregistrée dans des intervalles de temps réguliers dans laquelle on attribue à chaque enregistrement une valeur numérique.

La valeur de chaque échantillon est stockée dans un fichier. Plus le nombre d’échantillons enregistrés par seconde est élevé, plus le signal sonore sera fidèle et précis.

Pour mieux comprendre, la fréquence d’échantillonnage d’un fichier numérique peut aller jusqu’à 192kHz correspondant à 192 000 échantillons prélevés par seconde, soit un échantillon prélevé toutes les 0,0003 secondes.

Pour un signal audio, il convient d’avoir une fréquence d’échantillonnage supérieure ou égale à 44 100 Hz, cette valeur est considérée comme la norme actuelle.

 

  • La profondeur de bit (en bits) :

La profondeur de bit marque la précision des valeurs des échantillons. On peut encoder par exemple à 8, 16, 24 ou 32 bits. Plus la profondeur de bit est élevée, plus le nombre de valeurs par échantillon est élevé et plus l’échantillon sera précis et la restitution sonore de qualité.

Le nombre de valeurs possible est exprimé en exponentielle de 2 (2n ) où n est le nombre de chiffres binaires encodés pour restituer la précision du signal.

Pour simplifier, un fichier encodé en 8 bits, présentera 28 soit 256 valeurs possible par échantillon. Pour un fichier 32bits, on aura 232= 4 294 967 296 valeurs possibles par échantillon. La valeur d’échantillonnage la plus commune pour un fichier digital ou CD est de 16bits soit 65 536 valeurs par échantillon.

Attention cette valeur dépend de l’enregistrement initial de la musique. Il n’est pas utile de convertir un morceau enregistré par un musicien en 24bits si il a été enregistré initialement en 16 bits par exemple.

 

  • Le nombre de voies :

Afin d’obtenir un son haute-fidélité, il est essentiel que le son ait été enregistré de façon stéréophonique, c’est-à-dire un enregistrement qui desservira le haut-parleur de gauche et un enregistrement qui desservira le haut-parleur de droite. Chacun des 2 canaux (gauche et droite) est enregistré individuellement, permettant une restitution du son au plus proche de son espace sonore d’origine. Il existe également des encodages destinés aux salles de cinéma (effet Surround) pouvant aller jusqu’à 7 canaux.

 

Rapport qualité / poids du fichier numérique : quel format de fichier choisir ? Pour quelle utilisation ?

Le poids d’un fichier musical non compressé varie en fonction des 3 paramètres principaux constituant un fichier numérique et de sa durée. Le tout est mesuré en Octets, unité de mesure communément utilisée pour la taille des fichiers en informatique. On divise par 8 pour obtenir le poids en octets car 8bits = 1octet.

Exemple :

Un fichier de 2min en 16 bits, échantillonné à 44 100 Hz pèsera à un fichier de 21,6 Mo.

16Bits x 2voies x 44100 Hz = 1 411 200 bits ou 1 411 Kbits (Niveau de compression qualité CD)

(1 411 Kbits x 120 secondes)/8 = 21,16Mo

Il faut donc 1Go d’espace disque pour stocker 48 fichiers numériques en qualité CD. Si votre bibliothèque musicale est vaste, votre espace de stockage (smartphone, ordinateur ou autre) risque donc d’être rapidement saturé ! Afin de palier à cet encombrement numérique, des technologies permettent de compresser les données audio sous différents formats afin d’optimiser l’espace de stockage. Mais tous ne permettent pas de conserver une restitution sonore idéale…

Il existe plusieurs approches de compression :

  1. La réduction des très hautes fréquences (non audible par l’oreille humaine)
  2. La réduction de la fréquence d’échantillonnage
  3. La réduction des détails sonores

Le niveau de compression se mesure en Kbit par seconde.

Formats audio numériques compressés 

Pour ces formats, la compression est destructive, réduisant le poids des fichiers en supprimant certains détails sonores et dégradant de ce fait la qualité originale de l’enregistrement.

MP3 OGG AAC
Le format le plus répandu. Ce format permet de réduire considérablement la taille d’un fichier mais altère aléatoirement la restitution sonore pour l’oreille humaine en fonction de sa compression en Kbit/s. A partir de 320 Kbit/s on considère la qualité du MP3 proche de celle d’un CD permettant une écoute de qualité haute-fidélité. Un format basé sur un algorithme libre de droit, de qualité équivalente au MP3. De 96Kbits/s à 320Kbits/s Le format choisi par Apple comme alternative au MP3 (iTunes). Plus récent, il offre un meilleur ratio qualité / débit binaire que le format MP3 qui est plus ancien (fréquences d’échantillonnage : de 8 kHz à 96 kHz contre 16 à 48 kHz pour le MP3)

 

Formats audio numériques compressés sans perte (Lossless)

La compression est non destructive et s’opère grâce au repérage de redondances dans les fichiers audio sans pour autant supprimer ces données. Le gain d’espace de ce type de compression est donc faible par rapport à une compression destructive comme le .mp3 ou le .aac.

 

Formats audio numériques compressés sans perte
FLAC WMA Lossless ALAC
Format lossless le plus répandu sur Internet, libre de droit et massivement utilisé. Son algorithme diminue « l’espace numérique » nécessaire pour stocker de la musique. Rien n’est enlevé (pour gagner de la place), rien n’est ajouté (pour une restitution sonore naturelle). Version Lossless du WMA standard développé par Microsoft Format développé par Apple en 2004, utilisable par tous depuis 2011 (iTunes)

 

Formats non compressés

Ces formats de fichiers sont non compressés. Il s’agit du format « brut » du fichier audio en qualité optimale.

Formats non compressés
WAV AIFF
Le WAV (Waveform) est un format audio développé par Microsoft & IBM. Il peut contenir jusqu’à 2 Go d’audio non compressé. La taille d’un fichier .wav dépend donc seulement des facteurs primaires d’un fichier musical numérique : son taux d’échantillonnage, le nombre de bits, sa durée et le nombre de voies. Format pouvant contenir de l’audio non compressé développé par Apple

 

Rapport qualité/poids du fichier par format

FORMAT QUALITE POIDS DU FICHIER* RAPPORT POIDS DU FICHIER/QUALITE
WMA128 Kbit/s 1,9Mo ★★
MP3 128 Kbit/s 1,9Mo ★★
MP3 320 Kbit/s ★★★ 4,8 Mo ★★★
AAC 320 Kbit/s ★★★★ 4,8 Mo ★★★★★
OGG 320 Kbit/s ★★★★ 4,8 Mo ★★★★★
WMA Lossless ★★★★★ 21,6 Mo ★★
ALAC ★★★★★ 21,6 Mo ★★
FLAC ★★★★★ 21,6 Mo ★★★
WAV ★★★★★ 21,6 Mo

*Poids du fichier basé sur un fichier d’une durée de 2min.

 

Streaming ou téléchargement de fichiers audio? Tout dépend de votre mode de connexion…

La plupart des services de streaming utilisent des formats compressés allant de 96Kbits/s pour les versions gratuites à 320Kbits/s pour les versions premium (Deezer®, Spotify®, Google® Play), cependant d’autres applications, dont la volonté initiale est de fournir un service haute-fidélité, tel que Qobuz® ou Tidal®, proposent le streaming et le téléchargement en Hi-Res Lossless à 1411Kbits/s (fichiers 16 bits ou 24 bits/44,1kHz stéréo).

Mais avoir un fichier de qualité ne suffit pas pour obtenir la meilleure restitution possible. Il faut aussi prendre en compte le mode de connexion à votre système audio et la qualité de votre système audio à proprement parlé. Si vous êtes connecté sans-fil via Bluetooth®, AirPlay® ou ChromeCast® la restitution sera impactée par les technologies d’émission et de réception du signal sonore utilisées par vos appareils.

Par exemple, avec un émetteur de type smartphone et un récepteur Bluetooth classique, le débit audio (Kbits/s) ne dépassera pas les 328 Kbits/s. Inutile donc de streamer en Hi-Res 1411 Kbits/s puisque votre configuration audio compressera automatiquement le signal sonore.

Avec des systèmes évolués de qualité Hifi comme le Bluetooth®Apt-X, technologie utilisée par exemple pour notre HD Wireless Music Kit (Kit Bluetooth Plug & Play de La Boite concept) et capable d’encoder en qualité CD 16 bits / 44,1 KHz, un fichier audio FLAC sera envoyé en Bluetooth Apt-X sans aucune compression supplémentaire.

Pour une restitution de son en qualité CD les systèmes sans fils de type Bluetooth® Apt-x®, Aiplay® ou google® ChromeCast® sont donc parfaitement adaptés. Pour une restitution de son en qualité studio 24 bits ou 32 bits virgule flottante, nous recommandons encore une connexion filaire, idéalement optique afin de brancher son système à un DAC (carte son Hifi externe).

Toutefois, les technologies Wireless labélisées Hi-Res audio permettent une transmission de qualité studio 24 bits sans fil. Attention cependant, car pour le moment très peu de sources audio connectées ont la capacité de transmettre en 24 bits et la très grande majorité des configurations sans-fil ne sont capables que d’une transmission en qualité CD (16 bits). En effet, sans téléphone ou ordinateur équipé d’une technologie Hi-Res audio (ex : Apt-x® HD), votre fichier audio 24 bits sera automatiquement compressé.

En conclusion à partir de 320 KBits/s et avec une connexion sans-fil au minimum Apt-x® nous pouvons considérer la restitution musicale comme étant de qualité haute-fidélité. Pour une expérience encore plus audiophile, de nombreux supports et systèmes permettent une restitution parfaite, à condition par contre de respecter la chaîne de restitution du signal dans son intégralité: téléchargement d’un fichier HD, émétteur sans-fil lossless, convertisseur 24 bits (DAC), amplificateur et enceinte haut-de-gamme. [:]