Conversion analogique/numérique

La valeur d'un signal analogique s'exprime en volts (c'est une tension variable) et cette valeur peut changer à tout instant, de manière continue. Un signal numérique, en revanche, se traduit par des "0" et des "1": c'est un nombre binaire, ou une collection de nombres binaires.

Comment convertir un signal analogique en un signal numérique? Les convertisseurs, circuits intégrés spécialisés dans cette tâche, procèdent comme suit: ils mesurent, à intervalles réguliers, la valeur du signal analogique (sa tension) et transforment aussitôt cette valeur en un nombre binaire. Cette opération s'appelle échantillonnage.

On voit bien que, pour traduire le plus fidèlement possible le signal analogique, il faudra prendre un très grand nombre de mesures. Autrement dit, plus la fréquence d'échantillonnage sera élevée, plus la traduction numérique sera proche de l'original analogique. Ce premier point est essentiel et on a pu déterminer que, pour les applications audio, cette fréquence d'échantillonnage doit être au moins égale au double de la fréquence maximale du signal analogique, plus 10 %.

Si par exemple ce signal a une fréquence maximale de 1 kHz (voix humaine...), la fréquence d'échantillonnage devra être, au minimum, de 2,1 kHz. Pour de la musique, il faudra une fréquence d'échantillonnage minimale supérieure à 12 kHz environ, mais la haute fidélité (restitution correcte des aigus) réclame 44,1 kHz.
Le deuxième point important concerne le nombre de bits disponibles pour le codage numérique.

Chacun des chiffres ("0" ou "1") constituant un nombre binaire est un bit. Si on n'utilise qu'un seul et unique bit, on n'obtiendra que deux valeurs: 0 et 1. Si les nombres binaires sont codés sur deux bits, on double la "gamme" de valeurs, qui comprendra les valeurs 00, 01, 10 et 11. Codons maintenant sur quatre bits: le nombre de valeurs atteint alors 16, soit 2 puissance 4.

Chaque fois que le convertisseur procède à une mesure de la tension du signal analogique, il transforme la valeur trouvée en un nombre binaire. Il est clair que ce nombre binaire sera beaucoup plus précis s'il est codé sur 4 bits plutôt que sur 2 bits. Et il le sera encore davantage, à l'évidence, s'il est codé sur 8 ou 16 bits...

Dans la pratique, on obtient une conversion de qualité correcte à partir de 8 bits lorsqu'il s'agit de numériser un son musical, mais la hi-fi nécessite 16 bits. Ceci étant, le volume d'informations sera beaucoup plus important chaque fois que le nombre de bits augmentera. Il faudra donc un support physique d'une capacité adéquate pour stocker ce volume d'informations. Parmi ces supports, le compact disk (ou CD-ROM) est sans doute l'un des plus utilisés de nos jours, mais seul le DVD est capable de "contenir" des documents vidéo de longue durée.