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YBET informatique Dictionnaire hardware 1  

19. La carte audio.

1. Echantillonnage - 2. Enregistrement et production du son - 3. Reproduction du son - 4. Table d'onde et son midi - 5. DSP - 6. Son 3D - 7. Connecteurs - 8. Impédance, codec

Le son, que ce soit de la musique, parole ou bruit est un phénomène vibratoire de l'air suivant des ondes de différentes fréquences: une partie est audible par l'oreille humaine, une autre non. L'oreille humaine permet d'écouter les fréquences entre 20 hz (basses) et 20 Khz (hautes), du moins pour les enfants. Avec l'âge, la gamme de fréquence se réduit principalement dans les fréquences hautes. Par contre, avec la montée de sonos super-puissantes et les gros caissons de basses pour concerts, DJ, ..., la jeunesse perd aussi dans les basses (à se rappeler lors de votre prochain concert). Le son en lui-même est constitué de plusieurs fréquences de formes sinusoïdes qui se chevauchent. Dans la partie électronique, le signal est transmis suivant ces fréquences sous forme de signaux électriques. Pour convertir ce signal en son, on utilise un Haut-parleur.

Un haut parleur est principalement constitué un aimant raccordé au signal électrique alternatif (pas numérique). Suivant les impulsions électriques, cet aimant va faire bouger (vibrer) une membrane. Cette membrane va provoquer les ondes sonores que nous entendons. Cette partie est plutôt réservée à l'électronique analogique et ne fait pas réellement partie de la formation.

Ce qui nous intéresse, c'est la partie numérique du son sous forme électrique. Dans le cas de la reproduction, le signal numérique est convertis en analogique par un convertisseur, un circuit électronique (A/N ou ADC en anglais). Dans le cas de l'acquisition (enregistrement), c'est également un convertisseur qui va assurer la transposition du signal dans l'autre sens (N/A ou DAC en anglais)

1. Acquisition.

Pour récupérer sous forme numérique un signal analogique (le son après transformation via un micro par exemple), la carte va mesurer la tension du signal en le découpant par périodes fixes. Sur chaque période, le circuit électronique récupère une valeur discrète qui va être transformée en une valeur numérique binaire: c'est l'échantillonnage. Cet échantillonnage peut provoquer des imperfections.

Plus la fréquence sera élevée, plus la qualité de l'acquisition sera élevée. Pour un CD audio, elle est de 44,1 KHz, en DAT, elle est de 48 KHz.

La plage de valeur en bits récupérée est également importante. Un CD-audio code sur 16 bits (65.000 valeurs possibles), différents équipements professionnels permettent 24 ou 32 bits.

La qualité de l'enregistrement dépend également de 2 paramètres supplémentaires:

2. Enregistrement et production du son

Une carte audio doit être capable d'enregistrer et reproduire les sons simultanément: c'est le Full Duplex. Il est utilisé en téléphonie sur Internet (VoIP) par exemple mais aussi pour différents studios d'enregistrements qui travaillent par "piste", chaque instrument étant enregistré séparément. Les cartes haut de gamme implantent cette fonction en hardware, les autres utilisent un système logiciel.

Différents formats audio sont utilisés en informatique: le WAV, MIDI, MP3. Quelques logiciels gratuits permettent de transposer un fichier de l'un vers l'autre.

3. Reproduction du son.

Le format midi sera vu en détail ci-dessous puisqu'il est spécifique. Toutes les cartes audio sont capables de lire des fichiers WAV et MP3.

La première méthode (historique) utilisée est la modulation de fréquence par synthèse FM avec une qualité plutôt médiocre avec une utilisation du processeur de l'ordinateur maximum. La norme MMX implantée dans les processeurs utilise des commandes multimédia supplémentaires spécialisées, ce qui permet de réduire de 30 % le travail du processeur: la qualité n'est pas modifiée.

Actuellement, les cartes audio utilisent un autre principe: les tables d'échantillons sonores ou WAVE TABLE. En gros, à chaque valeur numérique correspond un signal de sortie analogique. Le premier fabricant à avoir implanté le Wave Table est Creative avec la SB32 fin des années 90.

Actuellement, les cartes les plus performantes utilisent un processeur spécifique, un DSP

4. Table d'onde et son midi

MIDI se caractérise par le nombre de canaux (une SB32 accepte 32 canaux, une SB64, 64 canaux, ...). Pour la reproduction, chaque canal est lié à un instrument caractérisé par sa propre table. Cette table est enregistrée en ROM mais peut être augmentée par de la RAM pour soit utiliser de nouveaux instruments, soit modifier un instrument existant.

Les cartes midi utilisant la table d'onde ont plafonnées à 128 instruments maximum, reprenant la norme général Midi.

5. LES DSP

Si les simples cartes continuent à utiliser la table d'onde (y compris celles à la norme AC'97 souvent intégrées aux cartes mères), les plus performantes intègrent un processeur spécialisé, le DSP (Digital Signal Processor). Il va également récupérer la correspondance dans une mémoire ROM (et RAM en option) mais va en plus corriger en temps réel le signal, notamment pour des fonctionnalités supplémentaires utilisées par les jeux (type d'ambiance sonore par exemple comme modifié le son dans des pièces vides avec réverbérations et résonances, milieux aquatiques, ...).

Ces circuits sont également utilisés pour les effets 3D. Les cartes utilisant ce type de composants l'intègrent également pour le format MIDI.

6. LE SON 3D

La seule réelle utilisation des cartes audio de haut de gamme est liée aux jeux. Toutes permettent via le DSP de gérer le son dans l'espace via les haut-parleurs: positionner un son derrière ou devant le joueur mais surtout de donner une impression de déplacement, soit du joueur, soit de la source sonore.

Au départ, chaque constructeur a essayé ses propres méthodes logicielles et matérielles. Actuellement, tous se basent sur la norme DirectX de Microsoft implantée dans Windows (Direct Sound 3D), c'est une API.

Le seul réel constructeur de haut de gamme actuel est Creative Labs, c'est d'ailleurs le seul qui développe des DSP spécifiques. La firme a finalement aussi normalisé des interfaces logicielles sur Direct Sound.

Une autre norme a essayé de concurrencer Creative Labs: norme A3D de Aureal Audio, cette firme a disparue en 2000.

7. Les connecteurs

Les premières cartes audio s'intégraient dans un bus ISA, puis remplacé par le bus PCI et maintenant PCI-E. Actuellement, toutes les cartes mères intègrent directement ce périphérique.

En interne, on retrouve le plus souvent un connecteur de raccordement vers le lecteur CD (uniquement en E-IDE).

Pour les connecteurs externes, une entrée line pour raccorder un équipement audio standard (enregistrement), une entré micro et une ou plusieurs sorties pour haut-parleurs (un casque se branche sur une fiche jack HP). Sur d'anciennes cartes, on retrouvait également un connecteur pour Joystick, remplacé par des modèles USB. Via le pilote, les connecteurs ne sont plus définis, le programme demande simplement ce qui a été connecté sur chaque connecteur et gère le périphérique en conséquence.

Un chapitre annexe reprend tous les connecteurs audio

8. Autres caractéristiques

8.1. Tension et impédance.

Pour tout montage électronique, le signal est caractérisé par une tension (entrée ou sortie): on parle de tension maximum (écrêtage du signal) et de tension nominale (standard), généralement 250 mV. En même temps, chacune de ces entrées / sorties est caractérisée par une impédance (résistance) qui conditionne suivant la loi d'ohm le courant que va pourvoir envoyer ou consommer le circuit.

Les canaux CD et line sont identiques en entrées comme en sortie, connexion à un ampli audio, une table de mixage un lecteur MP3 ou un Haut-parleur. Seule différence, les platines audio vinyles utilisent une tension plus faible et une impédance nettement supérieure: une platine ne peut pas être raccordée directement sur une carte audio. Pour la conversion des vinyles sur ordinateur, vous devez passer par un appareil complémentaire: un ampli audio ou une table de mixage (entrée platine). Actuellement, cette conversion passe surtout par des platines connectées en USB avec acquisition directement en MP3.

8.2. Les codec.

Un CODEC est un logiciel ou un circuit électronique qui permet de coder et de compresser le son ou la vidéo suivant différentes normes. Il est spécifique à chaque modèle de carte et à chaque type de fichier. Les principaux sont intégrés dans le pilotes mais aussi dans les logiciels de lecture multimédia standards.

Un CODEC matériel par circuit spécialisé gère à la fois le codage et la compression sans utiliser le processeur de l'ordinateur. Les plus performants traitent également le signal pour corriger différents problèmes comme les bruits liés à la lecture des anciens vinyles. AC'97 est le plus utilisé et intégré dans quasiment toutes les cartes standards.

Un fichier enregistré avec une carte haut de gamme ne sera pas forcément pas lisible par des cartes standards, tout simplement pour une incompatibilité de CODEC entre l'enregistrement et la reproduction.

8.3. Normes de haut-parleurs.

Pour déterminer le nombre de HP maximums que vous pouvez utiliser simultanément avec votre carte son, on désigne sur carte comme:

Ce n'est pas une norme de qualité audio.

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REV: 15/11/2013

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