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Bien qu'il existe différents formats de compression musicale, le plus réussi est certainement MPEG-1 Audio Layer 3, beaucoup plus connu sous le nom MP3. MPEG est un groupe de travail de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) qui a créé le célèbre MP3.
Pour conserver le son numérique, il faut un grand nombre de données qui, compressées au format MP3, peuvent être considérablement réduites sans perte de qualité sonore. C'est la clé du succès du mp3. Mais ce succès est également directement lié à Internet. En fait, grâce à ce format, les fichiers musicaux sont devenus accessibles sur le réseau.
Les fichiers MP3 commencent à apparaître sur le réseau à partir du milieu des années 90. À la fin de cette décennie, avec l'apparition de logiciels comme Winamp (1997) ou Napster (1999), la compression musicale est devenue très simple pour n'importe qui, ainsi que la lecture, le partage en réseau ou simplement le télécharger. Cela a constitué une grande étreinte pour les utilisateurs, car il a permis d'obtenir beaucoup de musique gratuite. Le partage de la musique via les réseaux P2P ou peer-to-peer est devenu une pratique courante, ce qui a conduit à diverses polémiques et problèmes juridiques. Il a également beaucoup influencé l'industrie musicale.
Les lecteurs MP3 ont également eu un grand succès. Pas étonnant, ils ont un prix raisonnable et vous pouvez enregistrer beaucoup de musique sur un très petit site pour l'écouter où et quand vous voulez. Grâce au MP3, la musique de poche a été créée.
Voici quelques-uns des facteurs qui ont influencé le succès du MP3. Mais, comme nous l'avons dit, la clé est au niveau de compression atteint sans perte appréciable de qualité. Et où est le mystère? Comment le MP3, la musique qui a besoin d'espace, entrer dans un si petit endroit? Comment peut-on entendre 20.000 chansons dans votre poche? Parce que les algorithmes qui sont utilisés pour compresser au format MP3 fonctionnent à la mesure de notre oreille. Ces algorithmes suppriment l'information que notre oreille ne détectera pas et peut être beaucoup.
Son avec nombres
Pour savoir comment compresser le son, il faut d'abord comprendre comment digérer le son. Le son est une onde et pour la numériser il faut la représenter avec des nombres. Selon le théorème de Nyquist, l'expression numérique de l'onde à une fréquence déterminée nécessite l'adoption de 2 mesures par cycle. Par conséquent, pour qu'un son composé de plusieurs fréquences soit exprimé avec des nombres, il faudra deux fois la fréquence la plus élevée. L'homme peut entendre un son maximum de 20 kHz (20 000 cycles par seconde). La numérisation de ce son nécessiterait 40.000 mesures par seconde. Par exemple, 44.100 mesures par seconde sont utilisées sur les CD, le standard de qualité établi pour le son numérique est 44,1 kHz.
En outre, pour enregistrer les informations sur l'intensité du son, il est nécessaire d'attribuer une valeur à chacune de ces mesures. Un bit indique les valeurs 0 et 1, c'est-à-dire si le son existe ou n'existe pas. Avec les deux bits, en plus du zéro, on peut représenter 3 intensités différentes et avec 16 bits 65.536. Eh bien, tous les avatars et les nuances de la musique sont exprimés correctement en 16 bits par mesure.
En outre, si vous voulez conserver la musique stéréo, vous devez utiliser 2 canaux. Enfin, le son de qualité CD nécessite 1.411,2 Kbps (16 bits/taille x 44.100 mesures/s x 2 canaux). Ou la même chose, pour enregistrer un second son de cette qualité, il faut 1.411,2 kb (176 kB).
Pas de miel pour la bouche de l'âne
Cette qualité de CD est très bonne, peut-être trop bonne, parce que l'être humain n'est pas en mesure de recevoir toutes les informations qu'il contient. C'est ce que dit au moins la psychoacoustique. La psychoacoustique analyse la perception des caractéristiques du son. Et cette perception, bien sûr, a ses limites. Par exemple, nous ne pouvons entendre que des sons entre 20 et 20.000 Hz et avec l'âge la capacité d'écouter des fréquences élevées diminue. En réalité, peu d'adultes sont capables d'entendre plus de 16 kHz, avec une limite de 10 kHz pour 60 à 70 ans.
Or, les algorithmes MPEG utilisent des modèles psychoacoustiques pour mesurer les données restantes et éliminer celles que nous ne pouvons pas écouter. D'une part, vous pouvez supprimer directement tous les sons qui sont en dessous de 20 Hz et au-dessus de 20 kHz. D'autre part, lorsque le son est en stéréo, il y a généralement des informations répétées sur les deux canaux. En dessous d'une certaine fréquence, nous ne sommes pas capables de distinguer d'où vient le son, donc en dessous de ces fréquences il suffit de coder un seul canal.
Mais les modèles psychoacoustiques sont ceux qui travaillent le plus avec l'effet de revêtement. Un son d'une certaine fréquence couvre un son plus faible avec une fréquence similaire et nous ne sommes pas en mesure d'entendre le plus faible. C'est ce qui est connu comme effet de revêtement, et plus les fréquences sont proches, plus le bouchage est important. Par exemple, si avec un son de 1 kHz nous avons un autre de 1,1 kHz, mais ce dernier a 18 dB de moins, nous pouvons seulement entendre le premier. Si le second son est de 2 kHz, même s'il est moins de 18 dB, on l'entendra, car dans ce cas une différence de 45 dB serait nécessaire pour couvrir le second.
L'effet de revêtement peut être simultané, mais il se produit également entre les sons très proches du temps. En outre, la capacité de résolution de notre oreille varie beaucoup en fonction de la fréquence. La plus grande sensibilité se trouve entre 2 et 4 kHz, dans le même rang que la voix humaine. Tout cela est pris en compte par l'encodeur qui comprime le son.
Pour ce faire, le spectre de fréquences de 20 Hz à 20 kHz est d'abord divisé en plusieurs sous-catégories, puis, en appliquant des modèles psychoacoustiques sur chaque bande, on calcule quelles informations sont les plus importantes et quoi de moins. Selon son importance, le nombre de bits utilisés pour stocker cette information est différent, c'est-à-dire que certaines données peuvent être supprimées directement et beaucoup d'autres peuvent être stockées en utilisant moins de 16 bits que d'autres.
Ainsi, après avoir supprimé ce qui reste et encodé ce qui peut être exprimé avec moins de données, avec un algorithme standard il reste seulement à compresser ces informations. Enfin, vous pouvez obtenir de compresser 1.411,2 kbps de son non comprimé à 32-320 kbps. Cependant, à partir d'un niveau de compression, la perte de qualité est significative et ne dépasse généralement pas 128 kbps.
En outre, la qualité de la compression varie beaucoup selon l'encodeur utilisé, car tous ne codent pas de la même manière. Avec un bon encodeur, avec 128 kbps la plupart ne remarqueront pas de perte de qualité. Cependant, dans les cas où le matériau à compresser est plus difficile, ou dans lequel l'oreille de l'auditeur est formé, 192 kbps peuvent être nécessaires pour éviter les pertes. Cependant, le degré de compression peut varier. Chaque partie des fichiers MP3 peut avoir un degré de compression différent, de sorte que lorsque le son a plus de dynamisme, vous pouvez utiliser plus de bits pour obtenir une meilleure qualité.
En bref, le mp3 est un format sur mesure. Préparé pour nos oreilles. Capable de faire de la petite musique sans toucher sa grandeur.
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