Introduction

Aujourd'hui, il est relativement facile d'entrer dans le monde de la production audio et musicale professionnelle. Il vous suffit de télécharger une station de travail audio numérique (DAW) et de commencer à travailler sur votre nouveau projet. Souvent, ces DAW font la majeure partie du travail eux-mêmes, créant l'environnement créatif parfait pour votre projet audio.

Cependant, lorsque vous commencerez à explorer le potentiel de votre logiciel, vous réaliserez qu'il existe des paramètres audio que vous pouvez ajuster pour améliorer la qualité de votre contenu. L'un de ces paramètres est sans aucun doute la fréquence d'échantillonnage.

Savoir ce que sont les taux d'échantillonnage et quel est le meilleur taux pour votre projet est un aspect fondamental de la production audio. Un aspect qui peut changer la qualité de vos créations de façon spectaculaire. Il n'y a pas de réponse unique en matière de taux d'échantillonnage. En fonction du contenu que vous donnez vie, vous devrez choisir les paramètres adéquats pour garantir des résultats optimaux.

Dans cet article, j'expliquerai ce qu'est la fréquence d'échantillonnage, pourquoi elle est essentielle et quelle fréquence d'échantillonnage vous devriez utiliser selon que vous êtes un producteur de musique, un ingénieur du son travaillant dans le domaine de la vidéo ou un acteur de voix off.

Il serait impossible d'expliquer l'importance de la fréquence d'échantillonnage sans donner un aperçu de l'audition humaine et de la façon dont le son est converti de l'analogique au numérique. Je commencerai donc cet article par une brève introduction à ces sujets.

Il s'agit d'un sujet complexe et très technique. J'essaierai d'être le plus simple possible. Cependant, une compréhension de base des fréquences audio et de la façon dont le son voyage dans l'espace serait utile. Cet article peut également aider un novice à choisir l'installation optimale pour ses sessions d'enregistrement.

Plongeons dans l'aventure !

Quelques précisions sur l'audition humaine

Avant de nous plonger dans les subtilités des taux d'échantillonnage, je voudrais clarifier quelques points sur la façon dont nous entendons et interprétons les sons. Cela nous aide à comprendre comment les sons sont enregistrés et reproduits. Cela vous donne les informations nécessaires pour mettre en évidence l'importance du taux d'échantillonnage.

Lorsqu'une onde sonore pénètre dans le conduit auditif et atteint le tympan, ce dernier vibre et transmet ces vibrations à trois petits os appelés malléus, incus et étrier.

L'oreille interne transforme les vibrations en énergie électrique. Le cerveau interprète ensuite le signal. Chaque son vibre à une fréquence sinusoïdale spécifique, ce qui le rend unique, comme s'il s'agissait d'une empreinte digitale sonore. La fréquence d'une onde sonore détermine sa hauteur.

L'homme perçoit la fréquence des ondes sonores comme une hauteur. Nous pouvons entendre des sons entre 20 et 20 000 Hz et sommes plus sensibles aux fréquences comprises entre 2 000 et 5 000 Hz. Avec l'âge, nous perdons la capacité d'écouter les fréquences plus élevées. Certains animaux, comme les dauphins, peuvent entendre des fréquences allant jusqu'à 100 000 Hz ; d'autres, comme les baleines, peuvent entendre des sons infrasoniques allant jusqu'à 7 Hz.

Plus la longueur d'onde d'un son audible est grande, plus la fréquence est basse. Par exemple, une onde de basse fréquence d'une longueur d'onde allant jusqu'à 17 mètres peut correspondre à 20 Hz. Inversement, les ondes de plus haute fréquence, allant jusqu'à 20 000 Hz, peuvent être aussi petites que 1,7 centimètre.

La gamme de fréquences audibles par l'homme est limitée et clairement définie. C'est pourquoi les appareils d'enregistrement et de lecture audio se concentrent sur la capture des sons que l'oreille humaine peut entendre. Tous les sons enregistrés que vous entendez, de vos CD préférés aux enregistrements sur le terrain dans les documentaires, sont réalisés à l'aide d'appareils qui capturent et reproduisent avec précision les sons que l'homme peut entendre.

La technologie a évolué en fonction de nos capacités et de nos besoins auditifs. Il existe une large gamme de fréquences que nos oreilles et notre cerveau n'enregistrent pas, car l'évolution a décrété qu'elles n'étaient pas nécessaires à notre survie. Néanmoins, nous disposons aujourd'hui d'outils d'enregistrement audio qui permettent de capturer des sons que même l'oreille humaine la plus entraînée ne serait pas en mesure de reconnaître.

Comme nous le verrons plus loin, il s'avère que les fréquences que nous n'entendons pas peuvent tout de même affecter celles qui se trouvent dans notre gamme audible. D'une certaine manière, il est donc essentiel d'en tenir compte lors de l'enregistrement audio. En revanche, la question de savoir si l'enregistrement de fréquences situées en dehors de notre spectre audible a un impact sur la qualité audio est toujours débattue.

La fréquence d'échantillonnage entre en jeu lorsque nous convertissons un signal analogique (audio naturel) en données numériques afin que nos appareils électroniques puissent le traiter et le reproduire.

Conversion de l'audio analogique en audio numérique

La conversion d'une onde sonore de l'analogique au numérique nécessite un enregistreur capable de traduire les sons naturels en données. Par conséquent, la transition entre les formes d'onde analogiques et les informations numériques est une étape nécessaire lorsque vous enregistrez de l'audio sur votre PC à l'aide d'une station de travail audio numérique.

Lors de l'enregistrement, les caractéristiques spécifiques d'une onde sonore, telles que sa gamme dynamique et sa fréquence, sont traduites en éléments d'information numériques : quelque chose que notre ordinateur peut comprendre et interpréter. Pour transformer une forme d'onde originale en un signal numérique, nous devons décrire la forme d'onde mathématiquement en capturant une grande quantité d'"instantanés" de cette forme d'onde jusqu'à ce que nous puissions décrire complètement son amplitude.

Ces instantanés, appelés fréquences d'échantillonnage, nous aident à identifier les caractéristiques qui définissent la forme d'onde afin que l'ordinateur puisse recréer une version numérique de l'onde sonore qui sonne exactement (ou presque) comme l'original.

Ce processus de conversion du signal audio de l'analogique au numérique peut être réalisé par une interface audio, qui connecte les instruments de musique à votre PC et à votre logiciel d'enregistrement, en recréant le signal audio analogique sous forme d'onde numérique.

Dans le cas présent, plus la fréquence d'échantillonnage est élevée, plus nous disposons d'informations sur un contenu fréquentiel spécifique, qui peut alors être parfaitement converti en bits d'information.

Maintenant que nous savons comment utiliser nos stations de travail audio numériques pour enregistrer et éditer des sons, il est temps d'examiner l'importance de la fréquence d'échantillonnage et de voir comment elle affecte la qualité audio.

Taux d'échantillonnage : une définition

En termes simples, la fréquence d'échantillonnage est le nombre de fois par seconde que l'audio est échantillonné. Par exemple, à une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz, la forme d'onde est capturée 44100 fois par seconde.

Selon le théorème de Nyquist-Shannon, la fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieure à la fréquence la plus élevée que vous avez l'intention de capturer pour représenter un signal audio avec précision.

En résumé, pour mesurer la fréquence d'une onde sonore, il faut d'abord identifier son cycle complet, qui comprend un stade positif et un stade négatif. Ces deux stades doivent être détectés et échantillonnés si l'on veut capturer et recréer la fréquence avec précision.

En utilisant la fréquence d'échantillonnage standard de 44,1 kHz, vous enregistrez parfaitement des fréquences légèrement supérieures à 20 000 Hz, qui est le niveau de fréquence le plus élevé que l'homme puisse entendre. C'est également la raison pour laquelle 44,1 kHz est toujours considéré comme la qualité standard pour les CD. Toute la musique que vous écoutez sur CD a cette fréquence d'échantillonnage standard.

Pourquoi 44,1 kHz et non 40 kHz ? Parce que, lorsque le signal est converti en numérique, les fréquences supérieures à celles qui sont audibles par l'homme sont éliminées par un filtre passe-bas. Les 4,1 kHz supplémentaires donnent au filtre passe-bas suffisamment d'espace pour ne pas affecter le contenu des hautes fréquences.

L'utilisation d'une fréquence d'échantillonnage plus élevée (96 000 Hz) permet d'obtenir une gamme de fréquences allant jusqu'à 48 000 Hz, bien au-delà du spectre auditif humain. De nos jours, les appareils d'enregistrement de musique de bonne qualité permettent d'enregistrer à une fréquence d'échantillonnage encore plus élevée (192 000 Hz), et donc de capturer des fréquences audio allant jusqu'à 96 000 Hz.

Pourquoi avons-nous la possibilité d'enregistrer des fréquences aussi élevées si nous ne pouvons pas les entendre ? De nombreux professionnels et ingénieurs du son s'accordent à dire que les fréquences supérieures au spectre audible peuvent encore avoir un impact sur la qualité sonore globale d'un enregistrement. L'interférence subtile de ces sons ultrasoniques, si elle n'est pas capturée correctement, peut créer une distorsion qui interfère avec les fréquences...dans le spectre 20 Hz - 20 000 Hz.

À mon avis, l'impact négatif de ces fréquences ultrasoniques sur la qualité globale du son est négligeable. Néanmoins, il vaut la peine d'analyser le problème le plus courant que vous pouvez rencontrer lors de l'enregistrement de sons. Cela vous aidera à décider si l'augmentation de votre fréquence d'échantillonnage peut améliorer la qualité de vos enregistrements.

Alias

L'aliasing est un phénomène qui se produit lorsque le son n'est pas réinterprété correctement par la fréquence d'échantillonnage utilisée. Il s'agit d'un problème important pour les concepteurs sonores et les ingénieurs du son. C'est la raison pour laquelle beaucoup d'entre eux optent pour une fréquence d'échantillonnage plus élevée afin d'éviter ce problème.

Lorsque les hautes fréquences sont trop élevées pour être capturées par la fréquence d'échantillonnage, elles peuvent être reproduites sous forme de basses fréquences, car chaque fréquence supérieure à la limite de Nyquist (qui, si vous enregistrez à 44,1 kHz, est de 2 050 Hz), le son est réfléchi vers l'arrière, devenant un "alias" des basses fréquences.

Un exemple permet d'éclaircir ce phénomène : si vous enregistrez un son à une fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz et que, pendant la phase de mixage, vous ajoutez des effets qui poussent les hautes fréquences jusqu'à 26 000 Hz, les 3 950 Hz supplémentaires rebondiront et créeront un signal audio de 18 100 Hz qui interférera avec les fréquences naturelles.

La meilleure façon d'éviter ce problème est d'utiliser des taux d'échantillonnage plus élevés sur votre station de travail audio numérique. De cette façon, vous vous assurez que les fréquences supérieures à 20 000 Hz sont capturées correctement, ce qui vous permet de les utiliser en cas de besoin.

Il existe également des filtres passe-bas qui éliminent les fréquences supérieures à la limite de Nyquist et empêchent ainsi l'apparition de l'aliasing. Enfin, le suréchantillonnage via des plug-ins dédiés est également une option valable. L'utilisation du processeur sera beaucoup plus élevée qu'auparavant, mais l'aliasing sera moins susceptible de se produire.

Les taux d'échantillonnage les plus courants

Plus le taux d'échantillonnage est élevé, plus la représentation de l'onde sonore est précise. Des taux d'échantillonnage plus faibles signifient moins d'échantillons par seconde. Avec moins de données audio, la représentation audio sera approximative, dans une certaine mesure.

Les taux d'échantillonnage les plus courants sont 44,1 kHz et 48 kHz. 44,1 kHz est le taux standard pour les CD audio. En général, les films utilisent un son de 48 kHz. Même si les deux taux d'échantillonnage peuvent capturer avec précision l'ensemble du spectre de fréquences de l'audition humaine, les producteurs et ingénieurs musicaux choisissent souvent d'utiliser des taux d'échantillonnage plus élevés pour créer des enregistrements à haute résolution.

Lorsqu'il s'agit de mixer et de masteriser de la musique, par exemple, il est essentiel de disposer d'un maximum de données et de capturer chaque fréquence, que les ingénieurs peuvent utiliser pour produire le son parfait. Même si ces fréquences ultrasoniques ne peuvent pas être entendues, elles interagissent néanmoins et créent une distorsion d'intermodulation qui est clairement audible.

Voici les options qui s'offrent à vous si vous souhaitez explorer les taux d'échantillonnage élevés :

• 88,2 kHz

  Comme je l'ai mentionné précédemment, les fréquences que les humains ne peuvent pas entendre manipulent et affectent les fréquences audibles. Cette fréquence d'échantillonnage est une excellente option pour le mixage et le mastering de la musique. Elle produit moins d'aliasing (sons qui ne peuvent pas être représentés correctement dans la fréquence d'échantillonnage utilisée) lors de la conversion du numérique à l'analogique.

• 96 kHz

  Comme pour le 88,2 kHz, l'enregistrement de musique à 96 kHz est idéal pour le mixage et le mastering. Toutefois, assurez-vous que votre ordinateur peut le supporter, car chaque enregistrement nécessitera plus de puissance de traitement et d'espace de stockage.

• 192 kHz

  Les interfaces audio modernes de qualité studio prennent en charge des taux d'échantillonnage allant jusqu'à 192 kHz, soit quatre fois la qualité standard d'un CD, ce qui peut sembler un peu exagéré. Toutefois, l'utilisation de ce taux d'échantillonnage peut s'avérer utile si vous prévoyez de ralentir considérablement vos enregistrements, car ils conserveront une qualité audio haute résolution même à mi-vitesse.

Une fois encore, la différence entre ces taux d'échantillonnage peut être très subtile, mais de nombreux ingénieurs du son estiment qu'il est fondamental d'obtenir autant d'informations que possible à partir de l'enregistrement original afin de recréer un son vraiment authentique.

Cette approche est également possible grâce aux progrès technologiques considérables que nous avons connus au cours de la dernière décennie. L'espace de stockage et les capacités de traitement des ordinateurs personnels ont considérablement augmenté le potentiel de ce que nous pouvons faire avec eux. Alors pourquoi ne pas tirer le meilleur parti de ce que nous avons à notre disposition ?

Par conséquent, à moins que vous n'entendiez clairement une différence dans la qualité de vos enregistrements, je vous recommande d'opter pour les taux d'échantillonnage standard qui sont utilisés depuis des années et qui fournissent des résultats irréprochables.

Quelle fréquence d'échantillonnage devez-vous utiliser lors de l'enregistrement ?

Il y a deux réponses à cette question, une simple et une plus compliquée. Commençons par la première.

Dans l'ensemble, l'enregistrement à 44,1 kHz est une option sûre qui vous permettra d'obtenir des enregistrements de haute qualité, quel que soit le type de projet audio sur lequel vous travaillez. 44,1 kHz est la fréquence d'échantillonnage la plus courante pour les CD de musique. Elle permet de capturer avec précision l'ensemble du spectre des fréquences audibles.

Cette fréquence d'échantillonnage est idéale car elle n'utilise pas beaucoup d'espace disque ni de puissance de l'unité centrale, tout en offrant le son authentique dont vous avez besoin pour vos enregistrements professionnels.

Si vous travaillez dans l'industrie cinématographique, la meilleure fréquence d'échantillonnage est 48 kHz, car c'est la norme dans l'industrie. En termes de qualité audio, il n'y a pas de différence entre ces deux fréquences d'échantillonnage.

La réponse est plus compliquée. En capturant chaque détail d'un enregistrement, vous vous assurez que l'audio est identique au son original. Si vous enregistrez un album, les fréquences audio peuvent être modulées et ajustées au point que les fréquences ultrasoniques peuvent subtilement affecter les fréquences audibles.

Si vous avez suffisamment d'expérience et que votre équipement vous permet d'enregistrer à une fréquence d'échantillonnage élevée sans problème, vous devriez essayer. La question de savoir si la qualité audio s'améliore avec des fréquences d'échantillonnage plus élevées est toujours débattue. Vous pouvez ne pas entendre de différence, ou vous pouvez vous rendre compte que votre musique est maintenant plus profonde et plus riche. Je vous suggère d'essayer toutes les fréquences d'échantillonnage et d'entendre par vous-même si quelque chose change.

Si vous envisagez de ralentir considérablement vos enregistrements, vous devez absolument essayer des taux d'échantillonnage plus élevés. Certains ingénieurs affirment entendre la différence entre les taux d'échantillonnage standard et les taux d'échantillonnage plus élevés. Pourtant, même s'ils l'entendaient, la différence de qualité est si négligeable que 99,9 % des auditeurs ne la remarqueront pas.

Comment ajuster la fréquence d'échantillonnage sur votre logiciel de développement audio et vidéo

Chaque logiciel audio numérique est différent, mais ceux qui offrent la possibilité de modifier la fréquence d'échantillonnage le font de manière assez similaire. Pour autant que je sache, vous pouvez modifier la fréquence d'échantillonnage sur tous les logiciels audio numériques les plus populaires, tels qu'Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools et Reaper. Même le logiciel gratuit Audacity permet de modifier la fréquence d'échantillonnage.

Dans la plupart des cas, vous pourrez régler la fréquence d'échantillonnage de votre logiciel audio dans les préférences audio. À partir de là, vous pouvez modifier manuellement la fréquence d'échantillonnage et enregistrer les nouveaux paramètres. Certains logiciels audio détectent automatiquement la fréquence d'échantillonnage optimale, généralement 44,1 kHz ou 96 kHz.

Je vous recommande de faire quelques tests avant de commencer à enregistrer. L'augmentation de la fréquence d'échantillonnage réduira sans aucun doute la latence et les risques d'aliasing, mais elle sollicitera davantage votre processeur. Vous obtiendrez également des fichiers beaucoup plus volumineux, ce qui, à long terme, risque d'affecter les performances de votre ordinateur en réduisant l'espace disque.

Si vous souhaitez abaisser la fréquence d'échantillonnage, veillez à ne pas descendre en dessous de 44,1 kHz, conformément au théorème de la fréquence de Nyquist évoqué plus haut.

Quoi qu'il en soit, vous devez vous assurer que toutes les fréquences audibles sont capturées avec précision. Tout le reste n'a qu'un impact minime sur votre audio ou peut être corrigé lors de la post-production.

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Réflexions finales

Si vous disposez d'un studio d'enregistrement à domicile, le choix de la fréquence d'échantillonnage est l'une des premières décisions que vous devrez prendre avant d'enregistrer des sons.

En tant que musicien, je suggère de commencer par le taux le plus simple et le plus courant : 44,1 kHz. Ce taux d'échantillonnage capture l'intégralité du spectre auditif humain, n'occupe pas beaucoup d'espace disque et ne surcharge pas la puissance de votre processeur. Mais, d'un autre côté, enregistrer à 192 kHz et voir votre ordinateur portable geler toutes les deux minutes n'a pas de sens, n'est-ce pas ?

Les studios d'enregistrement professionnels peuvent enregistrer à 96 kHz, voire 192 kHz, puis rééchantillonner à 44,1 kHz pour se conformer aux normes industrielles. Même les interfaces audio utilisées pour l'enregistrement à domicile permettent des fréquences d'échantillonnage allant jusqu'à 192 kHz. En outre, la plupart des logiciels d'enregistrement offrent la possibilité d'ajuster la fréquence d'échantillonnage en conséquence avant de commencer l'enregistrement.

Au fur et à mesure que la technologie progresse, les taux d'échantillonnage à plus haute résolution pourraient devenir plus populaires. Cependant, l'amélioration globale en termes de qualité audio reste discutable. En gros, tant que vous ne descendez pas en dessous de 44,1 kHz, vous serez parfaitement à l'aise.

Si vous venez de commencer à travailler avec l'audio, je vous recommande de vous en tenir aux taux d'échantillonnage les plus courants. Puis, au fur et à mesure que vous progressez et que vous prenez de l'assurance avec votre équipement, essayez des taux d'échantillonnage plus élevés. Voyez si leur utilisation a un impact réel et quantifiable sur la qualité de l'audio.

Si ce n'est pas le cas, épargnez-vous la peine et optez pour 44,1 kHz. Si les normes de qualité audio changent, vous pourrez toujours suréchantillonner votre matériel audio à l'avenir. Le suréchantillonnage est un processus essentiellement automatisé qui n'a pas d'impact négatif sur la qualité globale de votre son.

Bonne chance !