Hi-Fi

Hi-Fi est l'abréviation du terme anglophone « High Fidelity », qui signifie en français « Haute Fidélité », utilisé dans l'acoustique. Hi-Fi est un standard de qualité de l'électronique traitant un signal sonore. La norme allemande DIN 45500, qui est en général celle appliquée de nos jours, introduit des règles très précises concernant la qualité de restitution d'un signal sonore. Un appareillage Hi-Fi tend à restituer un son très proche du signal d'origine. Pour définir ce standard, les constructeurs se sont basés sur les caractéristiques de l'oreille humaine qui entend sur une plage de fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz au maximum (pour une personne jeune jouissant de toutes ses facultés auditives). La plage de fréquence « optimale » de réception de l'oreille humaine est 1 500 Hz à 3 500 Hz, ce qui est principalement due à la constitution du pavillon dont le but est d'amplifier les fréquences en particulier pour cette plage de fréquence. Ces fréquences correspondent logiquement aux fréquences qu'émettent les cordes vocales d'un être humain. C'est pourquoi les premières versions de la norme Hi-Fi, dans les années 1960, ont mis l'accent sur une restitution irréprochable de cette gamme de fréquence. La norme actuelle, utilisée depuis le milieu des années 1980, reprend comme base la plage de fréquence intégrale autorisée par une oreille humaine en très bon état, c'est-à-dire la plage 20 Hz - 20 kHz.

Les normes et leurs caractéristiques

Il existe différente normes (NF, DIN, ISO, CEI...) permettant d'obtenir une certification dite Hi-Fi. Certaines sont anciennes et obsolètes, les autres se rejoignent dans les grandes lignes, mais diffèrent dans les détails. Par exemple, certaines de ces normes ne se contentent pas de garantir une large gamme de fréquence, mais incorporent des règles en termes de rapport signal/bruit, de compression sonore, etc. Toutes les normes utilisées actuellement incluent la stéréophonie dans leurs caractéristiques de base.

Limites techniques et solutions

Spectres sonores réels

Les spectres sonores sont divisés en trois groupes connus. Les graves, les médiums et les aigus avec respectivement des gammes de fréquences approximatives allant de 20 Hz à 150 Hz, de 150 Hz à 2 kHz et de 2 kHz à 20 kHz. On retrouve logiquement la gamme 20 Hz - 20 kHz pour laquelle l'oreille humaine est conçue. Les fréquences inférieures (infrasons) et supérieures (ultrasons) ne seront pas considérées même si elles jouent un rôle physiologique mais qui n'a pas de rapport avec l'audition. Également, les spectres sonores sont représentés suivant une échelle précise appelée échelle musicale, similaire en de nombreux points à une échelle logarithmique.

Les sons sont décomposés en deux types de spectres :

• Les sons fondamentaux, que l'on trouve avec la plupart des instruments de musique capables de jouer une note précise, les voix humaines chantées (et précises). On distingue alors deux types de fréquences, les fréquences fondamentales correspondant à la note de base jouée et les harmoniques.
• Le bruit : la voix humaine, les percussions, un marteau-piqueur, un avion, etc.. Avec ces sons il est impossible de distinguer une fréquence fondamentale prédominante.

Chaque son que l'on entend possède une plage de fréquences précise. Par exemple (approximations) :

• Violon : fondamentales de 200 Hz à 1 900 Hz.
• L'orgue : fondamentales de 15 Hz à 9 000 Hz.
• Voix soprano : fondamentales de 260 Hz à 1 300 Hz.

Pour avoir un ordre de grandeur, le La 3 a pour fréquence 440 Hz. C'est le La de « base » que l'on peut facilement retrouver en écoutant la tonalité d'un téléphone ou les vibrations d'un diapason.

Problèmes

Les matériaux utilisés pour l'enregistrement à partir de microphones et pour la restitution sonore à l'aide de haut-parleurs ne permettent pas de travailler sur un signal de qualité Hi-Fi. Même si de tels matériaux existent, leur coût est tel que leur utilisation n'est absolument pas rentable.

Par ailleurs, les composants électroniques employés ne sont pas prévus pour travailler sur des gammes de fréquences aussi larges. Des composants capables de le faire existent mais, là encore, leur rareté, la difficulté de leur mise en œuvre (complexité conceptuelle) et leur coût rendraient le matériel hors de prix.

Tout ceci est réservé à une élite de professionnels richissimes.

Dans les parties analogiques, le principal problème vient de l'utilisation de bobines (ou self ou solénoïde) dans l'ensemble de l'appareillage audio dont l'action varie en fonction de la fréquence du signal. En numérique le problème est principalement dû à la quantité d'informations qui peut être véhiculée. Les principales pertes se font alors dans les zones élevées du spectre audible.

Techniques de restitution

À partir d'une source (numérique ou analogique), un signal électrique est créé, il est ensuite amplifié et envoyé vers des haut-parleurs qui transforment le signal électrique en ondes sonores qui voyageront jusqu'à l'oreille de l'auditeur. Chacune de ces étapes doit être réalisée avec soin, chaque élément étant source de dégradation possible. C'est ainsi qu'est née la notion de chaîne Hi-Fi ou chaque élément fait partie d'une chaîne.

Le processus de restitution du son était relativement stable jusqu'à l'arrivée de l'informatique, qui offre des possibilités très diverses dans la restitution du son. (voir Musique dématérialisée)

Historiquement, la restitution du son se faisait avec la voix ou avec des instruments dédiés qui produisaient leur propre son (bâton de pluie). Récemment en 1877, Edison a déposé le brevet d'un outil permettant de graver le son : le phonographe (littéralement). l'appareil consiste en 4 éléments : un système d'amplification, un système de captation du son, un outil d'écriture et un support d'enregistrement. DAns les faits, on a un cornet, un diaphragme, une aiguille et un cylindre sur lequel on grave le son. Ce système est réversible. Ces éléments sont toujours valables de nos jours, mais, de la même manière que l'on a des cordes vocales ET une oreille, la technologie a préférer optimiser ces éléments pour chaque activité : enregistrement du son & reproduction. L'arrivée de l'électricité a été un formidable boost dans l'enregistrement et la reproduction sonore. En effet l'élément critique de la chaine est le couple diaphragme/aiguille qui est très peu efficace car de très faibles énergies sont en jeu, ce qui rend la gravure difficile et peu fidèle à l'original. La restitution est également d'un niveau très faible. L'électricité a permis de capter les vibrations du diaphragme (via un couple aimant/bobine), de les amplifier et ainsi de bouger l'aiguille de manière plus précise et plus fidèle (via un couple aimant bobine aussi). Le support est finalement devenu un disque (pour des raisons de capacité de stockage). Lla restitution du son possède le même étage d'amplification électrique mais à l'envers : le signal électrique produit par la bobine est amplifié puis transmis à un haut parleur. Au final, le diaphragme a évolué en une très fine & petite membrane pour le micro, et en une membrane plus large pour ce que l'on appelle "Haut parleur".
Au final nous nous retrouvons face au triplet micro - tourne disque - haut-parleur.

Il reste 2 évolutions : la préamplification et la numérisation. La préamplification consiste à amplifier directement à la source le signal électrique produit par le micro ou l'aiguille du tourne disque afin de limiter les parasites (soufflement et autres). En effet, le signal est tellement faible (mesuré en micro Volts) qu'il est très facilement parasitable. Le signal est donc amplifié jusqu'à un ordre de grandeur proche du Volt, beaucoup plus robuste et ainsi beaucoup plus facilement manipulable. Enfin, la numérisation permet d'enregistrer un signal pur & propre: même avec tous les progrès réalisés, l'enregistrement et la lecture par une aiguille sont toujours restés les points critiques, détériorant plus ou moins le son. La numérisation consiste à regarder très souvent (44700 fois par seconde par défaut) intensité du signal électrique provenant du micro, et de lui attribuer une valeur chiffrée : 0 pour 0 volt, 750 pour +750mV, -750 pour -750 mV par exemple. Ces nombres sont enregistrés à la suite sur un support numérique (bande, puis disque laser, puis clé USB). Cela fait 44700 nombres par seconde, c'est beaucoup, c'est ce qui explique que sur un CD, on ne puisse mettre qu'environ 70 minutes de musique (pour plus d'information, consulter le format "Wave").

Aujourd'hui, différents effets & filtres sont venus s'intercaler entre les différents éléments de cette chaîne sonore afin d'optimiser le son. De plus des formats de compression numériques sont arrivés pour faire prendre moins de place à la musique, souvent avec une perte du signal minimisée au maximum (mp3, wma etc...). De nos jours, les 2 points faibles de la chaîne sont le micro et le haut-parleur.

Techniques de prise de son

Voir aussi

• Dolby
• Son stéréophonique
• Chaîne Hi-Fi
• Technologies des musiques amplifiées
• Acoustique
• Gammes et tempéraments

Liens externes

• Capacités dynamiques d'un système audio
• Toute la théorie acoustique
• hifi et acoustique

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