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ENREGISTREMENT

Les techniques de communication ont pour but de transmettre et de stocker des informations: sons, images, grandeurs ou données numériques quelconques. Lorsque l’information possède, ou acquiert par un traitement convenable, une structure évolutive avec le temps, on l’appelle un signal. Un signal (au sens des télécommunications) est une grandeur variable avec le temps. C’est ainsi que les lentes variations de pression atmosphérique que peut capter un baromètre constituent un signal à très basse fréquence utile pour le météorologue. Les perturbations rapides et de très faible amplitude de cette même pression constituent un signal acoustique capté par notre oreille. Un signal peut avoir un mode de propagation naturel (cas de la lumière et du son), mais on est le plus souvent conduit à le convertir en un autre type de signal, par exemple en signal électrique, pour lequel les techniques d’amplification et par suite de transmission et d’enregistrement sont particulièrement diversifiées et efficaces.

Le signal acoustique, bien qu’il ait pu être enregistré directement par Edison, est toujours converti, à l’aide d’un microphone, en un signal électrique particulier, qui est en quelque sorte une image électrique fidèle du son d’origine et que l’on appelle signal audiofréquence (audio ou A.F. en abrégé) [cf. ÉLECTRO-ACOUSTIQUE]. Une image, même fixe, peut être convertie, par le biais de son analyse ligne après ligne, en un signal électrique appelé signal vidéo ^{[cf. TÉLÉVISION]}.

L’enregistrement d’un signal est une mise en mémoire de ce signal sous une forme matérielle, si possible reproductible et commercialisable. Le problème consiste à fixer le temps, c’est-à-dire à concrétiser les durées sous la forme de longueurs repérées le long d’une piste tracée sur un support matériel.

Après une étude générale et théorique des procédés d’enregistrement, nous aborderons l’enregistrement mécanique du son sur disque, l’enregistrement magnétique du son, l’enregistrement vidéo et l’enregistrement numérique du son.

L’enregistrement optique du son est abordé dans l’article CINÉMA – Techniques, chap. 8, tandis que l’historique des procédés d’enregistrement du son se trouve développé dans l’article DISQUE.

1. Principes généraux des systèmes d’enregistrement

Un système d’enregistrement comporte essentiellement un enregistreur, un support et un lecteur.

Le support a revêtu, selon les époques, des formes diverses (cylindre, disque, fil, ruban), mais il s’agit toujours d’une longue piste qui, pour de simples raisons d’encombrement, est tracée en hélice sur un cylindre, en spirale sur un disque, ou prend la forme d’un fil ou d’un ruban que l’on peut enrouler sur une bobine. On dispose couramment plusieurs pistes parallèles dans le sens longitudinal sur les bandes magnétiques et, pour l’enregistrement au magnétoscope des images de télévision, la piste devient même une ligne brisée constituée de segments disposés obliquement sur la bande. La piste est virtuellement graduée en temps, dès lors qu’on a choisi une vitesse V pour la parcourir. En effet, deux points séparés par une longueur L de piste sont rencontrés avec un décalage de temps t = L/V.

Supposons, pour fixer les idées, que l’on enregistre, sur un ruban qui se déplace à la vitesse de 10 centimètres par seconde, les tops d’une horloge qui bat la seconde: on mettra un top sur le ruban tous les 10 centimètres. Si, inversement, on sait détecter avec un lecteur le top porté par le ruban, il suffit d’explorer le ruban à la même vitesse de 10 centimètres par seconde pour obtenir un top toutes les secondes.

Ce qui différencie les nombreux procédés d’enregistrement en usage est la manière d’inscrire le top (ou tout autre signal) sur la piste. Ces procédés se classent en deux grands groupes, analogiques et numériques , entre lesquels les systèmes à porteuses modulées constituent une transition.

Procédés analogiques

Un signal électrique est une tension électrique variable en fonction du temps, que l’on écrit e = F(t ). On enregistre ce signal en lui substituant une autre grandeur qui obéit à la même loi de variation tout au long de la piste. Cette grandeur peut être de nature géométrique (largeur ou profondeur d’un sillon), optique (opacité d’une piste translucide), ou magnétique, pour se limiter aux procédés les plus répandus. Sans entrer dans les détails pour l’instant, appelons cette grandeur y . Elle varie en fonction de l’abscisse x , le long de la piste, selon la loi y = F(x ). C’est ce qu’on appelle un enregistrement analogique direct.

Si l’on enregistre un son pur de fréquence f , dont une oscillation complète dure un temps T = 1/f , appelé période, le signal audiofréquence correspondant s’écrit e = E⁰ sin(2 神t /T). L’opération d’enregistrement consiste en la double transformation suivante: x = Vt et y = ke , où V est la vitesse d’exploration de la piste et k un certain coefficient, en principe constant pour un système donné. On peut alors écrire:

la grandeur VT, appelée longueur d’onde du signal enregistré, est représentée par la lettre. Elle est la matérialisation de la période T.

La lecture est le processus inverse du précédent et permet de reconstituer le signal d’origine par la double transformation x = V t et e = k y .

On obtient le signal:

qui est proportionnel au signal de départ, à la seule condition que k k soit une constante et que V = V.

On voit immédiatement apparaître les deux principaux défauts possibles d’un enregistrement analogique: erreur de vitesse (V différent de V) et non-linéarité des transformations du signal (k k non constant).

L’enregistrement analogique ne convient pas pour des signaux de mesure car il ne donne pas une précision suffisante dans la restitution de l’amplitude et ne permet pas de descendre vers les très basses fréquences. Aussi substitue-t-on souvent au signal analogique un signal porteur modulé ^{[cf. MODULATION ET DÉMODULATION]}.

Procédés utilisant un signal porteur modulé

Prenons l’exemple du météorologue qui voudrait conserver sur cassette les indications de son baromètre. Il peut utiliser une porteuse quelconque (sinusoïde à 1 000 Hz par exemple) et la moduler en amplitude selon une loi choisie par lui, par exemple une loi linéaire avec 1 volt pour 1 000 hectopascals. Malheureusement, les irrégularités inévitables de la bande vont altérer sa mesure tout comme dans l’enregistrement analogique. Il est donc préférable, si une grande précision est requise, de choisir la modulation de fréquence. Dès lors, c’est la fréquence du signal porteur qui est représentative de la valeur du signal utile: par exemple, 1 013 hertz pour 1 013 hectopascals sous une tension constante de 1 volt.

Avec la modulation de fréquence il est possible, dans certaines limites, de régénérer un signal dégradé grâce à une amplification suivie d’un écrêtage et d’un filtrage, ce qui élimine certains bruits et modulations parasites d’amplitude. Toutefois, la modulation de fréquence est très sensible aux fluctuations de vitesse puisque ce défaut se traduit par une modulation de fréquence parasite qui est ici assimilable à un bruit.

On peut aussi utiliser les modulations par impulsions. Au lieu de représenter le signal de façon continue, on n’en garde que quelques échantillons régulièrement espacés. En quelque sorte, on trace une courbe en pointillés, mais avec suffisamment de définition si les échantillons sont assez rapprochés. Chaque échantillon est matérialisé par une impulsion, et ce peut être, selon le type de modulation choisie, l’amplitude, la largeur ou la position de l’impulsion qui représente la valeur de l’échantillon.

L’intérêt des systèmes à impulsions est de faciliter le multiplexage de plusieurs signaux et de permettre des codages divers, notamment pour des questions de secret. Le multiplexage temporel consiste à imbriquer plusieurs séries d’impulsions. Dans notre exemple du météorologue, celui-ci pourrait, entre deux mesures de pression, intercaler des mesures de température, vitesse du vent, etc., plus, obligatoirement, des impulsions de synchronisation pour pouvoir ensuite reconstituer l’ordre de succession des informations.

On peut enfin caractériser chaque échantillon non plus par une seule mais par plusieurs impulsions qui, selon un codage approprié, représentent par un nombre la valeur numérique de chaque échantillon. On peut, par exemple, enregistrer en code morse sur une bande de papier la succession des données météorologiques envoyées par un ballon-sonde. Pour rudimentaire qu’il soit, il s’agit déjà d’un procédé numérique.

Comme nous le verrons plus loin, il suffit d’améliorer le codage, la densité d’inscription des informations et surtout la rapidité de lecture et de décodage pour arriver au disque audionumérique.

Procédés numériques

Un signal numérique représente un signal analogique continu par une suite discrète de nombres. On a une double quantification, dans le temps et en amplitude, ce qui donne une représentation discontinue et approchée du signal, au point qu’on peut se demander où réside le progrès.

Il faut d’abord bien voir qu’un signal analogique n’est déjà qu’une représentation approchée de la réalité et que ce signal est fragile; il se détériore sans cesse au cours de sa transmission ou lors des processus d’enregistrement et de lecture. Des défauts (bruits, distorsions, etc.) apparaissent et leur addition cumulée peut aboutir à une qualité inacceptable.

Le signal numérique, au contraire, est très stable. Il utilise exclusivement des systèmes de codage binaires (c’est-à-dire dans une numération de base 2) qui ne comportent que des 0 et des 1, ce qui se traduit électriquement par des 漣 et des + qu’il est très facile de discerner et de régénérer par amplification et écrêtage. De plus, il est possible par codage ^{[cf. INFORMATIQUE]} d’introduire des informations complémentaires (par exemple des bits de parité) permettant de déceler et même de corriger les erreurs. Enfin, le signal numérique peut être aussi précis que l’on veut à condition d’utiliser une quantification fine: échantillons très rapprochés avec un grand nombre de bits (chiffres binaires) par échantillon.

Les deux paramètres fondamentaux du codage numérique sont la fréquence d’échantillonnage F^e , qui est égale au nombre d’échantillons retenus par seconde, et le nombre de bits par échantillon N, qui est le nombre de chiffres significatifs (en binaire) utilisés pour donner la valeur de chaque échantillon. Le paramètre F^e conditionne, comme on va le voir, la bande passante du signal analogique, tandis que N détermine le rapport signal sur bruit. Leur produit N 憐 F^e est égal au débit binaire, nombre de bits par seconde du signal codé.

À titre d’exemple, un signal audiofréquence codé avec une fréquence d’échantillonnage de 32 kilohertz et 14 bits par échantillon donne un débit binaire de 448 kilobits par seconde, ce qui conduit, pour enregistrer une heure de signal, à une capacité de mémoire de plus de 1 600 mégabits. C’est dire si l’optimisation du codage au strict minimum nécessaire à l’application étudiée est utile pour atteindre le meilleur compromis qualité-prix.

Choix de la fréquence d’échantillonnage

Le théorème de Shannon montre que pour coder un signal dont le spectre s’étend jusqu’à une fréquence maximale ^M, la fréquence d’échantillonnage F^e doit être supérieure à 2 ^M. Si F^e = 2 ^M, cela peut encore aller avec certaines conditions de phase, et tout le monde utilise inconsciemment cette propriété en traçant par exemple une courbe de température à l’aide de deux échantillons par période (les maximums le soir et les minimums le matin).

De façon plus générale, considérons deux signaux sinusoïdaux de fréquences symétriques par rapport à F^e /2, soit (F^e /2) 漣 嗀 et (F^e /2) + 嗀. L’échantillonnage de chacun d’eux à la fréquence F^e donne le même résultat, à savoir un signal sinusoïdal de fréquence F^e /2 modulé en amplitude par la fréquence 嗀. Cela résulte du décalage progressif et cyclique entre le point échantillonné et les crêtes du signal. Ce phénomène ressemble à la stroboscopie qui est d’ailleurs (comme le cinéma) un échantillonnage d’images. Or, un signal sinusoïdal de fréquence F^e /2 modulé en amplitude par une fréquence 嗀 comporte deux bandes latérales de fréquences (F^e /2) 漣 嗀 et (F^e /2) + 嗀, ce qui constitue en quelque sorte la réciproque du phénomène des battements , où l’addition de deux signaux de fréquences voisines (écart 2 嗀) donne la fréquence médiane modulée en amplitude par la fréquence 嗀. En définitive, le processus d’échantillonnage a ajouté, à une fréquence donnée, sa symétrique par rapport à F^e /2, de telle sorte qu’un spectre qui irait au-delà de F^e /2 se trouverait imbriqué avec son symétrique.

Il faut donc, avant échantillonnage, limiter le spectre utile à F^e /2 par un premier filtrage; et après décodage, si l’on veut éliminer le spectre image apparu au-delà de F^e /2, il faut faire un second filtrage. En pratique, et compte tenu de la difficulté à faire des filtres de pente très raide, on est conduit à choisir F^e sensiblement plus grande que 2 ^M, par exemple plus de 40 kilohertz pour une bande passante audiofréquence de 15 kilohertz.

Choix du nombre N de bits par échantillon

La précision relative d’une mesure donnée avec n chiffres décimaux est égale à 梁 0,5/10ⁿ . De même, dans un codage numérique à N bits par échantillon, l’erreur maximale est de 梁 1/2 unité pour une valeur maximale du signal (supposé alternatif et symétrique autour de zéro) de 梁 1/2 憐 2^N. Le rapport signal sur bruit, en valeurs de crêtes, est donc égal à 2^N, ce qui donne, exprimé en décibels: 20 lg 2^N = 20 N lg 2 = 6 N décibels. Il en résulte qu’avec 12 bits on arrive déjà à 72 décibels de dynamique. Ce n’est pas aussi confortable qu’il y paraît et cela pour deux raisons. D’abord parce que le calcul se réfère à des niveaux de crête du signal et que les crêtes autorisées sont considérablement plus fortes que le signal moyen, d’où il résulte que les bits de fort poids (les premiers vers la gauche du nombre binaire) sont rarement utilisés (c’est-à-dire égaux à zéro). La seconde raison est que le bruit de quantification a une structure spectrale fortement corrélée avec la forme du signal utile, de sorte que, pour des fréquences basses à faible niveau, le bruit ressemble beaucoup à de la distorsion harmonique et de ce fait est particulièrement perceptible.

On est donc conduit, en audiofréquence de haute qualité, soit à prendre 16 bits ou plus, soit à utiliser des techniques de compression de dynamique, qui permettent de descendre à 12 ou 14 bits par échantillon. Cette compression consiste, pour des signaux forts qui nécessiteraient des bits supplémentaires, à prendre un pas de quantification plus grand. Le décodage permet de reconstituer la dynamique initiale. De nouvelles techniques de compression sont apparues dans les années 1980. Elles permettent de diviser le débit binaire par un facteur allant de 4 à 10 selon la dégradation acceptée. La méthode consiste à découper le signal temporellement en paquets de quelques millisecondes, et à décomposer son spectre en de nombreuses bandes de fréquence (jusqu’à une trentaine) auxquelles on applique un codage numérique adapté non seulement à leur contenu, mais aussi au contenu des bandes voisines susceptibles d’exercer un effet de masque. Ce type de compression est utilisé dans deux formats apparus en 1992: une cassette compacte numérique (D.C.C.) et un minidisque compact de 6,4 cm de diamètre.

Défauts et limites des systèmes d’enregistrement

Dans tous les procédés, la piste est parcourue successivement par les organes enregistreur et lecteur. En général, l’exploration de la piste est obtenue par défilement d’une bande devant des têtes immobiles. Sur le disque, la pointe est guidée grâce au sillon creux, tandis qu’avec le disque laser on est obligé de faire appel à un guidage optique commandant un asservissement. Dans le cas du magnétoscope et des formats à pistes hélicoïdales, on a une combinaison des mouvements de translation de la bande et de rotation des têtes, ce qui nécessite des mécanismes très précis et des asservissements complexes, car les dimensions des pistes et les longueurs d’onde enregistrées se mesurent le plus souvent en micromètres ( 猪m). On conçoit aisément que pour lire une longueur d’onde de 10 micromètres (f = 10 000 Hz, V = 10 cm/s) il faille un lecteur dont le pouvoir séparateur soit nettement plus petit que ces 10 micromètres.

Il existe toujours une longueur d’onde minimale^m au-dessous de laquelle l’enregistrement (ou la lecture) devient impossible, compte tenu de la technologie du moment. Cette limite est en relation directe avec les dimensions des graveurs ou des lecteurs que l’on sait fabriquer.

À la longueur d’onde^m correspond une fréquence maximale f ^M = V/^m , au-dessus de laquelle on ne peut plus enregistrer ni lire. Il en résulte que toute diminution de la vitesse d’enregistrement, si elle se traduit par une diminution de l’encombrement et du prix du support, entraîne en contrepartie une diminution de la fréquence maximale utilisable. Pour conserver la bande passante initiale, il faut compenser la réduction de vitesse par des progrès technologiques permettant la diminution des dimensions du graveur, du lecteur et du grain du support. Le passage du disque à 78 tours au disque microsillon en fut un excellent exemple.

Il existe d’autres types de limitations (par exemple, du côté des fréquences basses) et des défauts divers. Les distorsions sont dues en général aux non-linéarités des processus d’enregistrement et de lecture. Les défauts de courbe de réponse proviennent souvent de résonances d’origine mécanique ou électrique. Les bruits ^{[cf. BRUIT DE FOND]} peuvent être d’origine électronique, mécanique, ou être dus à la structure granulaire du support. Certains défauts mécaniques de position du lecteur ou du graveur par rapport au support peuvent provoquer des distorsions ou des altérations de la courbe de réponse. Un défaut typique des procédés analogiques est leur incapacité de restituer avec précision l’amplitude des signaux. Cela tient à la difficulté de réaliser des supports aux caractéristiques constantes. Ce défaut est en général peu gênant pour le son, mais absolument rédhibitoire pour l’enregistrement de mesures.

En ce qui concerne les erreurs de vitesse, on rencontre des écarts fixes entre l’enregistrement et la lecture, qui faussent la restitution correcte des durées et corrélativement des fréquences: une fréquence f devient f = (V /V)f . Dans le cas d’un enregistrement sonore, le rythme et la hauteur des sons sont modifiés, mais la mélodie reste juste, car il y a transposition des fréquences; on peut alors tolérer des erreurs de quelques unités pour cent. Mais, lorsqu’il s’agit d’un écart variable, ou fluctuation de vitesse, la hauteur des sons est fluctuante, ce qui produit un effet très désagréable, appelé «pleurage». Le pleurage est gênant dès que le taux de fluctuation de vitesse atteint quelques unités pour mille. Il est moins perceptible sur la parole que sur les sons purs; il rend certains appareils inutilisables pour enregistrer la musique.

Tous ces défauts sont plus ou moins gênants selon la nature du signal enregistré et le procédé d’enregistrement choisi. Le son est un signal particulièrement exigeant. En haute fidélité, il faut une courbe de réponse droite de 30 à 15 000 hertz, avec un taux de distorsion inférieur à quelques unités pour cent et un niveau de bruit situé au moins à 50 décibels au-dessous du signal utile.

Les normes d’enregistrement

Une normalisation très stricte est nécessaire pour permettre des échanges. Un enregistrement est, en effet, un message codé dont le déchiffrage exige la connaissance de certains renseignements qui constituent les normes de l’enregistrement considéré. Outre les caractéristiques du support (forme, position des pistes) et la vitesse de défilement, on doit connaître certaines caractéristiques du signal enregistré ou des équipements de lecture qui permettent de reconstituer le signal initial. On a besoin en quelque sorte de la clé du code, et cela reste vrai même pour un enregistrement analogique. En effet, comme on le verra à propos du disque ou de la bande magnétique sonore, on est conduit à déformer les signaux avant enregistrement, quitte à réaliser lors de la lecture une déformation inverse. Ces déformations portent le plus souvent sur la courbe de réponse. Le coefficient k introduit plus haut n’est plus constant, mais dépend de la fréquence. Il faut alors que k en dépende aussi de telle sorte que k (f )k (f ) soit bien constant. On utilise également pour l’enregistrement du son des dispositifs compresseurs de dynamique à l’enregistrement, suivis de dispositifs expanseurs à la lecture. Ces techniques assez complexes ont pour but d’améliorer la dynamique de l’enregistrement, c’est-à-dire d’élargir la gamme des niveaux utilisables depuis les niveaux très faibles perturbés par le bruit jusqu’aux niveaux les plus forts, sujets à distorsion.

2. L’enregistrement mécanique du son sur disque

Le disque

La gravure mécanique a été le premier mode d’enregistrement utilisé. La présentation sous forme de disques a seule survécu, grâce à sa facilité de duplication.

Le disque original est en aluminium recouvert d’une couche de vernis spécial; on l’appelle parfois disque souple ou néocire, par opposition aux galettes de cire qui ont été jadis utilisées. Un burin creuse dans le vernis un sillon en forme de spirale, dont la section est un V à versants perpendiculaires. La spirale est parfaitement régulière en l’absence de signal enregistré. La présence d’un son se traduit par une ondulation latérale du sillon autour de cette spirale régulière que l’on appellera l’axe du sillon.

On peut utiliser le disque original tel quel, ou le reproduire. On en fait alors un moulage par galvanoplastie qui est appelé «père». Le moule en métal porte des sillons en relief et peut servir à presser quelques centaines de disques, mais, dès que l’on veut réaliser des séries plus importantes, on le moule à son tour, toujours par galvanoplastie, pour obtenir une «mère», disque métallique identique à l’original. La mère donne à son tour naissance à plusieurs matrices de pressage identiques au père et appelées parfois «fils». Chaque matrice permet de presser un millier de disques, par moulage à chaud d’un plastique vinylique.

Les mécanismes de gravure

Pendant la gravure, le disque original est posé sur un plateau tournant à vitesse angulaire constante. Le graveur porte une pointe en saphir ou en diamant, appelée burin, qui s’appuie à la surface du disque et y enlève un copeau de matière. Le burin est légèrement chauffé et une buse aspirante élimine le copeau.

Une tige filetée déplace lentement le graveur vers le centre du disque, la pointe du burin décrivant un rayon du disque. C’est la combinaison de ces deux mouvements (rotation du disque et translation radiale du burin) qui donne naissance au sillon en spirale. La vitesse d’exploration du sillon (V = 行R, où 行 est la vitesse angulaire) n’est pas constante, mais décroît en même temps que le rayon R du sillon vers le centre du disque. La vitesse de translation du graveur peut être modifiée selon l’amplitude du signal à enregistrer, de façon à augmenter le pas des sillons fortement modulés pour éviter leur chevauchement: il s’agit de la gravure à pas variable.

Le graveur est un transducteur électromécanique ^{[cf. ÉLECTRO-ACOUSTIQUE]} qui reçoit le signal audiofréquence à enregistrer et le transforme en mouvement du burin. Il existe des graveurs de type électromagnétique ou électrodynamique. La figure 1 représente leur principe de fonctionnement.

Le signal enregistré

La pointe de gravure vibre selon une direction parallèle à un rayon du disque. La gravure est alors dite latérale, par opposition à l’ancien procédé de gravure verticale (ou en profondeur) où la vibration se fait selon une direction perpendiculaire au disque. Le mouvement de la pointe est caractérisé par son élongation ou par sa vitesse. Pour un signal sinusoïdal, il existe une relation entre les valeurs maximales de ces deux grandeurs: l’amplitude (notée A) et la vélocité (v). Cette relation s’écrit v = 2 神f A, et montre que, pour une amplitude constante, la vélocité croît avec la fréquence.

L’amplitude de vibration du burin est matérialisée sur le disque par l’amplitude du sillon. À la vélocité correspond l’inclinaison 見 du sillon par rapport à son axe, ou plus précisément la tangente de cet angle. Quand un disque est éclairé par un faisceau de lumière parallèle, on voit de part et d’autre du diamètre parallèle aux rayons lumineux une zone brillante dont la largeur est proportionnelle à la vélocité de la gravure. C’est une méthode de mesure de la vélocité. Une autre grandeur utile est la valeur minimale 福 du rayon de courbure du sillon.

On peut choisir, a priori, soit l’amplitude, soit la vélocité pour caractériser le signal enregistré. Dans le premier cas, l’équation du sillon portant un signal sinusoïdal s’écrit:

On dit que la gravure est à amplitude constante (sous-entendu, par rapport à la fréquence). Pour la gravure dite à vélocité constante, l’amplitude décroît avec la fréquence:

Il est bien évident que, dans chaque cas, l’amplitude A ou la vélocité v varient proportionnellement à l’intensité du signal qu’elles représentent.

La figure 2 donne l’allure de sillons gravés respectivement à amplitude et à vélocité constantes, et porteurs d’une fréquence glissante avec amplitude constante, ou d’un signal dit «carré». Ce dernier se traduit par un sillon en créneaux ou en dents de scie selon que c’est l’amplitude ou la vélocité qui caractérisent l’intensité du signal.

Les mécanismes de lecture

Une platine tourne-disques est constituée d’un système d’entraînement du disque (plateau tournant avec moteur et changement de vitesse) et d’un dispositif de lecture comportant une cellule phonocaptrice (ou tête de lecture ) portée à l’extrémité d’un bras qui pivote autour d’un axe parallèle à celui du plateau. La tête repose sur le disque par l’intermédiaire de la pointe de lecture. Celle-ci subit tous les déplacements du sillon. Pour des mouvements lents, comme la dérive vers le centre du disque tout au long de la lecture, la tête et le bras suivent en bloc. Pour les mouvements rapides dus aux ondulations du sillon, la tête ne bouge pas, par inertie, mais, à l’intérieur, se produit un déplacement ou une déformation de ce qu’on appelle l’équipage mobile. Cette déformation est proportionnelle à l’élongation du sillon.

La pointe de lecture explore le sillon, avec en tout point la même vitesse relative de défilement et la même vélocité que le burin d’enregistrement, à la condition que la vitesse angulaire de rotation du disque soit la même à l’enregistrement et à la lecture. Cependant, la pointe de lecture ne décrit pas, comme le burin, un rayon du disque, mais un arc de cercle centré au point de pivotement du bras. Le lecteur a donc une orientation variable par rapport au sillon (fig. 3).

Il existe des têtes sensibles à l’amplitude, comme les cellules à jauges de contraintes et les cellules piézo-électriques. Les autres, dites magnétiques, sont sensibles à la vélocité. Elles comportent un bobinage électrique traversé par un flux magnétique variable. La variation de flux est obtenue par déplacement de la bobine dans une induction constante (lecteurs à bobine mobile) ou par variation de l’induction sur une bobine fixe (lecteurs à aimant mobile ou à réluctance variable). Les figures 1 et 12 donnent le principe de têtes respectivement monophoniques et stéréophoniques.

Les cellules phonocaptrices sont essentiellement caractérisées par leur sensibilité, exprimée en millivolts (pour 1 cm/s), et par leur souplesse, exprimée en millimètres par newton. Ces deux qualités sont souvent contradictoires, les cellules les plus efficaces (piézo-électriques) étant aussi les plus raides. Une cellule trop rigide ne peut lire correctement un sillon à fortes élongations que si la pointe est appliquée dans le sillon avec une force relativement élevée, d’où usure rapide du disque. Les meilleures cellules actuelles sont de type magnétique. On atteint des souplesses de 30 millimètres par newton, ce qui autorise des forces d’appui sur le disque inférieures au centinewton (équivalent du gramme-force); mais leur sensibilité est inférieure au millivolt (pour 1 cm/s).

Défauts et limites de l’enregistrement sur disque

Les principales difficultés proviennent des différences entre les mécanismes de gravure et de lecture. On a déjà signalé que le lecteur avait une orientation variable par rapport au sillon (fig. 3). Quand l’axe de symétrie du lecteur fait un angle (appelé angle d’erreur de piste) avec l’axe du sillon (fig. 4), l’élongation y de la pointe de lecture n’est pas égale à l’élongation y du sillon et il apparaît une distorsion d’erreur de piste. On peut résoudre la difficulté avec des bras dits tangentiels: un servomécanisme déplace l’axe de pivotement du bras parallèlement au déplacement de la pointe de lecture. Plus simplement, on utilise un bras légèrement plus long que la distance qui sépare le centre du disque de l’axe du bras (fig. 3). L’erreur de piste est alors assez grande, mais pratiquement constante entre le début et la fin du disque. Il suffit alors de couder le bras, d’un angle égal à l’angle d’erreur de piste. Cet artifice réduit fortement l’erreur de piste, mais introduit sur le bras un couple de rappel vers le centre du disque, improprement appelé force centripète.

Il existe aussi, dans le cas de la gravure en profondeur, une erreur de piste verticale due au fait que le centre de pivotement de l’équipage mobile doit se trouver obligatoirement au-dessus de la surface du disque (fig. 5). On la corrige en normalisant l’angle d’erreur de piste (15⁰ pour les disques stéréophoniques) et en donnant systématiquement cette inclinaison au burin de gravure.

Une autre différence fondamentale entre gravure et lecture réside dans la forme des pointes (fig. 6). Le burin a des arêtes vives, tandis que la pointe de lecture a des formes arrondies pour réduire l’usure du disque. Si le rayon de courbure de la pointe de lecture n’est pas petit par rapport au rayon de courbure minimal du sillon, la pointe ne peut pas explorer correctement le profil du sillon, ce qui donne des distorsions de contact. La figure 7 illustre le phénomène dans le cas d’une gravure en profondeur: la partie concave du sillon est comme rétrécie, tandis que la partie convexe est élargie. Dans le cas de la gravure latérale, le phénomène est différent, car le sillon possède deux versants dont l’un est forcément convexe quand l’autre est concave (fig. 6). La distorsion se trouve ainsi très atténuée: les harmoniques de rang pair disparaissent comme dans tous les montages dits symétriques. C’est la raison qui a fait préférer la gravure latérale à la gravure verticale.

Il subsiste toutefois un défaut, nommé effet de pince , qui consiste en un rétrécissement du sillon dans les régions où il est fortement incliné par rapport à son axe. Si sa largeur est toujours celle du burin quand on la mesure dans la direction perpendiculaire à l’axe (fig. 6), les deux versants se trouvent rapprochés, au point d’intersection avec l’axe, de sorte qu’une pointe sphérique est comme pincée. On diminue les distorsions de contact (et l’effet de pince qui en est une forme) en réduisant le rayon de courbure des pointes de lecture, notamment avec des pointes à section elliptique.

Il existe d’autres sources de distorsions dues aux non-linéarités du graveur ou du lecteur pour les grandes élongations ou les grandes vélocités. Des résonances mécaniques peuvent limiter la courbe de réponse du côté des fréquences basses (résonances du bras) ou des fréquences élevées (résonances de la cellule). Il existe des bruits parasites, qui, du côté des graves, sont dus à des vibrations mécaniques (ronronnement) et, du côté des aigus, ressemblent à des grésillements, et proviennent de poussières ou de la rugosité des parois du sillon, rugosité qui peut être due à la gravure, à la galvanoplastie, à des défauts de pressage ou à l’usure du disque. On rencontre enfin du pleurage consécutif à des défauts d’entraînement du disque ou à des défauts du disque lui-même (voilage, excentrement).

Normes d’enregistrement

On a déjà dit qu’on pouvait choisir entre deux modes de gravures: amplitude constante ou vélocité constante. Le premier procédé conduirait à des vélocités excessives aux fréquences élevées, et le second à des amplitudes exagérées aux fréquences basses. Compromis entre ces deux solutions, la norme de gravure en usage avec les disques à 78 tours consistait à graver à vélocité constante au-dessus de 250 hertz et à amplitude constante au-dessous (fig. 8). La norme internationale du disque microsillon (d’origine américaine et dite courbe NAB ou RIAA) est plus compliquée. On y retrouve l’intention de graver à amplitude constante les basses et à vélocité constante les aigus, la limite entre les deux étant portée à 500 hertz. En outre, et pour améliorer le rapport signal sur bruit, on a ajouté une préaccentuation des deux extrémités du spectre sonore: au-dessous de 50 hertz et au-dessus de 2 120 hertz. La courbe de gravure normalisée est donnée à la figure 9. Elle est définie avec précision par des courbes d’impédances de réseaux à résistances et à condensateurs, et réalisée pratiquement et simplement avec ces mêmes réseaux dont les constantes de temps doivent être 3 180, 318 et 75 microsecondes pour donner les coudes respectifs à 50, 500 et 2 120 hertz.

La norme adoptée, assez proche d’une gravure à amplitude constante, est excellente en matière de bruit, mais elle n’est utilisable, sous peine de distorsions intolérables, qu’avec des signaux comportant peu d’énergie dans les fréquences élevées, et surtout pas de signaux carrés (fig. 2). La musique classique satisfait à ces restrictions.

La tête de lecture doit être suivie d’un réseau correcteur. Celui-ci est très simple avec des têtes sensibles à l’amplitude, tandis que les têtes magnétiques nécessitent un préamplificateur correcteur spécial ayant une courbe de réponse symétrique de la courbe de vélocité normalisée.

Il existe deux vitesses normalisées pour les disques microsillons: 33 1/3 et 45 tours par minute. La largeur des sillons est de 50 micromètres environ et on trouve jusqu’à 150 sillons au centimètre dans les pianissimi. On atteint ainsi des durées de trente minutes par face de disque de 30 centimètres de diamètre.

Le disque stéréophonique

Pour fabriquer un disque stéréophonique on doit inscrire dans un sillon unique les deux signaux distincts A et B, qui correspondent respectivement aux voies gauche et droite. Il faut, d’une part, respecter une certaine symétrie de qualité entre ces deux signaux, ce qui exclut la gravure latérale pour l’un et la gravure verticale pour l’autre. Il faut, d’autre part, réaliser la compatibilité entre monophonie et stéréophonie, ce qui signifie qu’on doit pouvoir lire un disque monophonique avec un lecteur stéréophonique et, inversement, un disque stéréophonique avec un lecteur monophonique qui délivrera alors le signal A + B.

Ces conditions sont réalisées en gravant selon deux directions inclinées à 45⁰ de part et d’autre de la normale à la surface du disque. Cela revient à dire que chaque versant du sillon est affecté à une voie, le versant situé près du centre du disque correspondant à la voie gauche.

La figure 10 montre la composition vectorielle des élongations correspondant aux signaux A et B. L’élongation résultante だ + ち se décompose ainsi:

Un disque monophonique à gravure latérale apparaît donc comme un cas particulier de disque stéréophonique portant un même signal en phase sur les deux voies.

La compatibilité est donc acquise dès lors que la prise de son donne le signal A + B comme compatible, avec, toutefois, cette réserve que le lecteur monophonique ne doit pas être perturbé par la présence du signal A 漣 B gravé en profondeur. Cela est vrai en général; mais, certains lecteurs monophoniques n’ayant que peu de souplesse dans le sens vertical, il en résulte une usure plus rapide des disques stéréophoniques.

On a vu apparaître, pour des raisons commerciales, des disques dits à gravure compatible. Celle-ci consiste en principe à limiter les élongations verticales, donc à rendre les signaux A et B très voisins dans les fréquences basses.

La figure 11 montre le principe de la gravure stéréophonique et la figure 12 représente deux types classiques de lecteurs.

Les difficultés propres au disque stéréophonique sont dues à la présence d’une composante de gravure verticale. L’erreur de piste verticale est précorrigée par la gravure dite à 15⁰ (fig. 5). Les distorsions de contact ne bénéficient plus du phénomène de compensation de la gravure latérale. La seule façon de les réduire à un taux admissible est de diminuer le rayon de courbure des pointes de lecture. C’est ainsi que les pointes sphériques de 25 micromètres de rayon utilisées en monophonie ont dû être remplacées par des pointes sphériques d’environ 15 micromètres de rayon, ou par des pointes à section elliptique avec un rayon utile de l’ordre de 8 micromètres. Il a fallu, corrélativement, réduire la force d’appui de la pointe sur le disque, augmenter la souplesse des équipages mobiles, réduire les frottements des pivots du bras, en définitive, améliorer toute la précision mécanique des platines.

3. L’enregistrement magnétique du son

Les supports

Pour l’enregistrement magnétique, les supports massifs (fils ou rubans d’acier) ont été remplacés par des supports couchés. Des rubans en plastique, des disques ou des tambours sont recouverts d’une mince couche magnétique constituée en général de cristaux d’oxyde de fer ou d’oxyde de chrome enrobés dans un liant, à la manière des pigments dans une peinture. La couche magnétique doit avoir une épaisseur et une teneur en oxyde constantes, et une surface parfaitement lisse.

La bande magnétique de 6,3 mm de largeur en bobine et la bande de 3,81 mm en cassette sont les supports le plus répandus. Il existe aussi des bandes larges (12,7 mm, 25,4 mm, etc.) pour les enregistrements multipistes professionnels et, pour le cinéma, des bandes perforées (ou films magnétiques) de 16 ou 35 millimètres, ainsi que des pistes magnétiques couchées sur le film, en bordure de l’image.

Un avantage considérable de la bande est de permettre, par montage (c’est-à-dire coupures et collages), de remédier aux moindres défauts et d’approcher une certaine perfection artistique. La bande magnétique peut aussi être effacée et réutilisée, ce qui permet de l’essayer et de contrôler sa qualité avant l’emploi.

Le signal enregistré. Normes d’enregistrement

Les cristaux d’oxyde sont en général de minuscules aiguilles (longueur de l’ordre du micromètre) orientées dans le sens longitudinal de la bande. Ces aiguilles peuvent s’aimanter dans le sens de leur longueur. En tout point de la bande, on peut définir un certain nombre de grandeurs magnétiques (aimantation, flux, induction superficielle, etc.) qui varient, le long de la piste, à la manière du signal enregistré. Ces grandeurs sont représentées sur la figure 13. L’induction superficielle est, par définition, la composante de l’induction perpendiculaire à la surface de la bande. Le flux est proportionnel à l’aimantation, tandis que l’induction superficielle s’en déduit par dérivation. Elle est proportionnelle au produit du flux par la fréquence.

Par analogie avec le cas du disque, on pouvait choisir entre l’enregistrement à flux constant ou celui à induction superficielle constante. Pour l’enregistrement sonore, il a fallu adopter un compromis entre ces deux solutions: on enregistre pratiquement à flux constant les graves et le médium, et à induction superficielle constante les aigus. Plus précisément, on a normalisé une courbe du flux en fonction de la fréquence (fig. 14). Cette courbe a la même forme que celle qui représente la variation d’impédance du circuit constitué par une résistance et un condensateur montés en parallèle. La constante de temps 精 = RC de ce circuit suffit pour définir la courbe. On a normalisé des valeurs de 精 pour les différentes vitesses utilisées (tableau de la figure 14).

Pour une vitesse donnée, une faible valeur de la constante de temps (par exemple 50 猪s au lieu de 70 pour la vitesse de 19 cm/s) correspond à un niveau d’enregistrement plus élevé des aigus, et donne donc un meilleur rapport signal sur bruit, avec, en contrepartie, un plus grand risque de saturation de la bande. Les grandes vitesses (38 et 19 cm/s) et les pistes larges donnent naturellement la meilleure qualité. Compte tenu du prix élevé de la bande, elles sont surtout réservées aux usages professionnels.

Processus d’enregistrement

On aimante la bande en la soumettant à un champ magnétique. On utilise pour cela une tête d’enregistrement qui est un électro-aimant en forme d’anneau (fig. 15). Le champ qui apparaît au voisinage de l’entrefer est proportionnel à l’intensité du courant électrique qui traverse le bobinage de la tête. L’aimantation acquise par la bande en passant devant l’entrefer est proportionnelle au champ, donc au signal audiofréquence appliqué à la tête.

Les processus réels sont beaucoup moins simples. En effet, seuls les matériaux magnétiques durs gardent de l’aimantation rémanente quand cesse le champ ^{[cf. MAGNÉTISME]}. Ils sont donc seuls aptes à jouer le rôle de mémoire qu’on attend de l’enregistrement. Mais le phénomène d’aimantation rémanente implique de l’hystérésis, donc une non-linéarité inacceptable dans l’enregistrement analogique. La difficulté a été résolue grâce au procédé de polarisation alternative. Il consiste à superposer au signal à enregistrer un signal sinusoïdal ultrasonore. Ce procédé est relativement facile à mettre en œuvre, puisque l’effacement de la bande fait aussi appel à un champ alternatif, et que c’est, en pratique, le même oscillateur qui alimente les têtes d’effacement et les têtes d’enregistrement (fig. 19).

Le processus d’enregistrement est affecté de pertes d’efficacité d’origines diverses. Le champ décroît très vite quand on s’écarte de l’entrefer. Il est donc nécessaire, pour éviter des affaiblissements du signal enregistré, de maintenir la tension de bande à une valeur convenable et de veiller à ce que les surfaces de contact entre tête et bande soient parfaitement propres et lisses. Un effet de démagnétisation affecte les petites longueurs d’onde. Il est dû au champ démagnétisant qui apparaît au sein des aimants courts.

Enfin, l’enregistrement devient de plus en plus difficile à mesure que la longueur d’onde enregistrée cesse d’être grande par rapport à la zone active de la tête d’enregistrement.

Processus de lecture

La lecture s’effectue avec une tête analogue à celle d’enregistrement, mais ayant un entrefer aussi étroit que possible (de 1 à 5 猪m). Le flux de la bande, canalisé par les pièces polaires, traverse le bobinage de la tête. Quand la bande se déplace, ce flux varie, créant une force électromotrice d’induction proportionnelle au produit du flux de la bande par la fréquence, ou au produit de l’induction superficielle par la vitesse de la bande. Là encore, des difficultés apparaissent avec les petites longueurs d’onde, c’est-à-dire aux fréquences élevées, et aux faibles vitesses. L’effet d’entrefer se manifeste quand la longueur d’onde enregistrée cesse d’être grande par rapport à la largeur d’entrefer (notée 嗀). La tête fait en quelque sorte la moyenne de l’aimantation qui se trouve devant l’entrefer, et cette moyenne tombe à zéro lorsque 嗀 = (fig. 16).

L’effet d’azimut provient d’un défaut de parallélisme entre l’entrefer et la direction transversale de la bande (fig. 17). Les divers points de l’entrefer lisent des aimantations déphasées entre elles, et la tête en fait la moyenne comme dans le cas d’un entrefer trop large. L’effet d’éloignement est l’affaiblissement des fréquences élevées qui se produit lorsque la bande est écartée de la tête. Les lignes de force se referment dans l’air, au lieu de traverser la tête de lecture.

Le magnétophone

Le magnétophone rassemble les éléments mécaniques et électroniques nécessaires pour les fonctions d’enregistrement et de lecture du son. La platine mécanique (fig. 18) doit assurer avec une grande précision le défilement de la bande devant les têtes. Il faut que la vitesse et la tension de bande restent constantes du début à la fin de la bobine et que l’orientation de la bande par rapport aux têtes soit définie avec une précision de l’ordre de la minute d’angle en raison de l’effet d’azimut. Il est également nécessaire de pouvoir rebobiner rapidement la bande, avec un serrage suffisant mais sans risque d’étirement. Les appareils professionnels possèdent pour cela trois moteurs et des dispositifs de freinage et de régulation de tension de bande assez complexes.

Dans les appareils légers, on se contente d’un seul moteur associé à des courroies et à des embrayages à friction.

La partie électronique (fig. 19) comporte un oscillateur pour l’effacement et la polarisation, un amplificateur d’enregistrement, un amplificateur de lecture et trois têtes.

L’amplificateur d’enregistrement amplifie le signal du microphone et lui applique les corrections nécessaires aux fréquences élevées pour compenser les pertes d’enregistrement, jusqu’à atteindre la courbe de flux normalisée.

La tête de lecture est suivie d’un préamplificateur correcteur dont la courbe de réponse est, aux pertes de la tête près, symétrique de la courbe d’induction superficielle normalisée (fig. 20).

Dans les appareils économiques, une seule tête et un seul amplificateur peuvent jouer successivement les rôles d’enregistrement et de lecture, moyennant certaines commutations. On perd alors la possibilité d’un contrôle en cours d’enregistrement.

Grâce à la cassette, le magnétophone est devenu un appareil de grande diffusion, un jouet parfois, qui met l’enregistrement du son à la portée de tout le monde, et la cassette enregistrée a supplanté le disque microsillon.

4. L’enregistrement vidéo

On sait que l’image de télévision est découpée en lignes horizontales (par exemple 625) et que l’on transmet 25 images par seconde, soit 50 trames (demi-images) composées alternativement des lignes paires et impaires. La caméra analyse de gauche à droite les lignes successives de chaque trame et fournit une tension représentant analogiquement la luminance (intensité lumineuse) des diverses zones rencontrées le long de chaque ligne. Entre deux lignes, il y a un top de synchronisation commandant le retour à la ligne suivante. Pour les images en couleur, il s’ajoute une autre information, dite de chrominance, imbriquée de différentes façons, selon le système de codage (Secam, P.A.L., N.T.S.C.), avec l’information de luminance. (Pour plus de détails, on se reportera à l’article TÉLÉVISION.) En résumé, le signal vidéo a l’allure présentée dans la figure 21. Son spectre de fréquences va pratiquement de 0 (images fixes de fond uniforme) jusqu’à 5 mégahertz (300 points par ligne 憐 625 lignes par image 憐 25 images par seconde = 4 687 500 points par seconde).

Un enregistrement analogique direct n’est pas envisageable pour des questions de linéarité sur un spectre aussi étendu. Aussi remplace-t-on le signal analogique par une modulation de fréquence qui augmente légèrement les fréquences maximales, mais réduit considérablement le rapport entre les fréquences extrêmes et est peu exigeante quant à la linéarité d’amplitude. La figure 21 donne des exemples de correspondance entre tension vidéo et fréquence. Les fréquences hautes exigent des vitesses très élevées. Avec 2 micromètres de longueur d’onde minimale et 5 mégahertz de fréquence maximale, on arrive à la vitesse V =^m 憐 ^M = 2 憐 10 ^-6 憐 5 憐 10⁶ = 10 mètres par seconde, soit une bobine de 36 kilomètres (!) de piste pour enregistrer une heure de programme. Il n’est pas question, bien que cela ait été tenté, d’utiliser une piste unique longitudinale. On inscrit sur la bande magnétique des segments transversaux ou obliques grâce aux mouvements combinés de la bande et d’un disque de têtes tournantes. La figure 22 représente schématiquement le premier système commercialisé par Ampex en 1957. Les pistes transversales sont engendrées par un disque à quatre têtes tournant à l’intérieur de la bande cintrée en forme de gouttière.

Depuis lors, de nombreux autres systèmes ont vu le jour, avec des pistes non plus transversales, mais au contraire presque parallèles à l’axe de la bande. La bande s’enroule hélicoïdalement autour d’un tambour portant une ou deux têtes. Avec une seule tête, elle doit faire un tour complet en se croisant avec elle-même (chargement dit en 見) ou sans se croiser (chargement dit en 行). Avec deux têtes, elle ne fait qu’un demitour (chargements dits en U ou en M).

Parmi les procédés les plus courants dans le domaine grand public, citons le V.H.S. (Video Home System ) apparu en 1975. La figure 23 en donne les principales caractéristiques. La bande de 12,7 mm de large est logée dans une cassette qui contient jusqu’à 340 mètres de bande pour quatre heures de programme. La vitesse de défilement de la bande n’est que de 2,34 cm/s, avec pourtant près de 5 mètres par seconde de vitesse relative entre les deux têtes tournantes et la piste. La piste ne fait que 50 micromètres de large et il n’y a pas d’interpiste. Pour réduire la diaphonie entre les pistes, on utilise plusieurs stratagèmes. Les deux têtes sont azimutées différemment (+ 6⁰ et 漣 6⁰ par rapport à la transversale de la piste), ce qui est efficace pour les fréquences élevées (luminance) mais ne suffirait pas pour la chrominance, qui est ici véhiculée par une sous-porteuse à 627 kilohertz modulée en amplitude. On s’arrange donc pour que deux pistes contiguës qui représentent deux trames voisines, aussi bien dans l’espace que dans le temps, soient en phase du point de vue de l’information de couleur.

Nous passerons sous silence bien d’autres problèmes propres à ces technologies, notamment les asservissements qui font que chaque tête se trouve au bon moment centrée sur la bonne piste avec des tolérances de quelques micromètres. À titre d’exemple, la figure 24 donne les dimensions et les surfaces comparées d’une image analogique sur film de cinéma 8 millimètres et d’une image vidéo dans les formats à pistes transversales et V.H.S.

Divers formats nouveaux sont apparus à la fin des années quatre-vingt. Le Super-V.H.S. donne une meilleure définition de l’image, et il en existe une version haute fidélité à son stéréophonique avec deux sousporteuses modulées en fréquence. De nouvelles caméras vidéo compactes ont aussi été mises sur le marché, qui possèdent un enregistreur incorporé utilisant des cassettes miniaturisées: la cassette 8 millimètres et la caméra V.H.S.-C, compatible avec les cassettes V.H.S. normales moyennant un adaptateur.

Le vidéodisque est commercialisé depuis 1988. Un son numérique compatible avec celui du disque est multiplexé avec un signal vidéo en modulation de fréquence, analogue à celui des magnétoscopes. La bande passante nécessaire exige des vitesses linéaires de l’ordre de 10 mètres par seconde. Trois diamètres sont disponibles – 12, 20 et 30 centimètres –, avec une autonomie maximale de 60 minutes par face. Le tableau de la figure 24 donne les dimensions d’une image sur vidéodisque. Plusieurs normes de codage existent sur le marché, mais la plupart des lecteurs assurent la compatibilité (y compris avec le disque compact audio) en se commutant automatiquement sur la norme convenable. En particulier, pour stocker des images fixes ou pour faire de l’arrêt sur image de télévision, il est commode de disposer l’information relative à chaque image sur un tour complet, et un seul, de la spirale du disque, ce qui justifie un format à vitesse angulaire constante, même si sa capacité est inférieure à celle des formats à vitesse linéaire constante.

5. L’enregistrement numérique du son

La numérisation du son transforme celui-ci en une succession de 0 et de 1. Il perd sa spécificité et on peut l’enregistrer comme un simple document comptable. Selon la richesse du codage adopté, la capacité de mémoire nécessaire peut, pour une seconde de signal audiofréquence, passer de 16 kilo-octets (téléphonie avec F^e = 16 kHz et N = 8) à 176 kilo-octets pour deux voies stéréo de haute fidélité avec F^e = 44 kilohertz et N = 16.

Nous voyons apparaître la première difficulté liée à l’enregistrement de ce qu’on appelle couramment la M.I.C. (modulation par impulsions codées): l’énorme capacité de mémoire nécessaire pour atteindre des durées de l’ordre de l’heure.

Une autre difficulté est due à l’obligation de travailler en temps réel, le signal audio-fréquence ne supportant pas, en dehors de certaines phases de silence, la moindre altération de l’échelle des temps.

Les données numériques sont groupées dans une structure répétitive qu’on appelle (comme en vidéo) une trame. Celle-ci commence toujours par un mot (groupe de bits) de synchronisation et contient des mots de données (c’est-à-dire des échantillons du signal), des mots de contrôle de parité, des mots de correction d’erreurs et des mots de données auxiliaires (titre de l’œuvre, minutage, etc.).

Dès qu’une trame est lue, bien ou mal, il faut par un traitement approprié en extraire rapidement les échantillons et les équi-répartir dans le temps à la fréquence d’échantillonnage. Il n’est pas question, lorsqu’une poussière a perturbé la lecture d’un mot, de revenir en arrière: il faut corriger ou masquer le défaut. Pour cela, le codage a introduit des bits supplémentaires qui permettent de détecter toutes les erreurs, d’en corriger le plus grand nombre et au pire de remplacer les échantillons manquants par des échantillons plausibles (donc non gênants) calculés par interpolation à partir des échantillons voisins. Cette contrainte de restituer les échantillons à des instants précis impose une mémoire tampon, mais, grâce à cela, les fluctuations de vitesse d’une bande ou d’un disque numérique sont éliminées.

En résumé, l’enregistrement numérique du son est caractérisé par une bonne qualité (du moins celle qui est définie par le codage), par l’absence de pleurage et surtout par la conservation de la qualité initiale, notamment lors des recopies.

A priori, tous les types de mémoires sont utilisables. Dans des mémoires mortes à circuits intégrés, on ne dépasse pas pour l’instant quelques minutes de son. Avec les disques ou tambours magnétiques des gros ordinateurs, on peut tout au plus stocker quelques heures d’annonces publicitaires pour une radio commerciale, ce qui procure un accès aléatoire et programmable associé à une gestion automatique. La phonothèque numérique doit faire appel à des supports mieux optimisés: les bandes ou les disques.

Les bandes magnétiques audionumériques

Étant donné que le pas d’inscription sur une bande magnétique est de 2 micromètres environ par bit, les quelque 1 400 kilobits correspondant à une seconde de son stéréo exigent 1,4 憐 10⁶ 憐 2 憐 10^-6 = 2,8 mètres de piste. C’est prohibitif pour un enregistrement longitudinal série et on est conduit soit à utiliser un balayage hélicoïdal de la bande, comme en vidéo, soit à utiliser un grand nombre de pistes longitudinales parallèles. Avec un magnétoscope à cassettes grand public associé à un codeur-décodeur, on obtient trois heures d’autonomie. Une cassette miniaturisée utilisant ce même principe de têtes tournantes est apparue en 1987 sous le nom de D.A.T. (Digital Audio Tape ). Avec une bande normale de 6,3 mm à dix pistes parallèles longitudinales, on peut descendre à des vitesses de l’ordre de 38 ou 19 centimètres par seconde, ce qui donne des autonomies de 1 à 2 heures. Une nouvelle cassette à pistes longitudinales avec compression de débit a vu le jour en 1992 sous le nom de D.C.C. (Digital Compact Cassette ). Elle a le même encombrement que la cassette analogique afin que certains lecteurs puissent lire les deux formats.

La bande est un support commode pour l’enregistrement des originaux et les travaux de mise en forme, mais dès que l’on veut faire de la duplication à des fins commerciales, le disque reste le meilleur procédé par la rapidité de la duplication, la facilité des contrôles de qualité, la simplicité des manipulations.

Les disques audionumériques

Le disque compact qui a fait son apparition en 1983 est l’aboutissement de longues études d’optimisation et surtout de longues tractations commerciales puisque – et c’est peut-être une première dans l’histoire des techniques audiovisuelles – tous les constructeurs ont fini par se mettre d’accord sur un système unique. Mais cette remarquable unité n’aura pas duré longtemps, puisqu’un minidisque compac (M.D.) apparu en 1992, n’est pas compatible avec le premier. Le disque compact, de huit ou de douze centimètres de diamètre, n’est enregistré que sur une seule face, l’autre étant entièrement prise par l’étiquette, et pourtant on y trouve jusqu’à 75 minutes de musique stéréophonique, avec des niveaux imperceptibles de bruit, de diaphonie, de pleurage, de distorsions, et surtout pas d’usure puisque la lecture se fait optiquement par un rayon laser, donc sans contact. Grâce à une compression des données, le M.D. ne fait que 6,4 cm de diamètre pour une même durée, sinon tout à fait la même qualité, que le compact de 12 centimètres. Il existe en deux variantes: mécano-optique comme le compact, et magnéto-optique, c’est-à-dire effaçable et réenregistrable par l’utilisateur. Le tableau comparatif montre de façon éloquente l’évolution suivie depuis les disques 78 tours. On peut remarquer que la vitesse linéaire du M.D. est la même (1,3 m/s) que celle du disque compact, ainsi que sa durée, alors que la longueur de piste est divisée par quatre. Cela vient du fait que, si la lecture du second se fait de façon continue dans le temps, la lecture du M.D. est au contraire discontinue: chaque paquet comprimé est lu, éventuellement relu en cas d’incident, avant d’être validé et mis dans une mémoire tampon d’où le signal sortira avec un débit régularisé.

Pour obtenir un disque numérique, on part en général d’une bande originale numérique, corrigée, montée, qui est lue et si besoin convertie dans le codage du disque compact: F^e = 44,1 kHz, N = 16 bits, soit 1,4112 Mbit/s pour deux voies audio. Dans le cas du M.D., la compression des données réduit cette valeur à environ 0,3 Mbit/s. Ce signal subit un nouveau codage destiné à faciliter le fonctionnement du lecteur: les mots de 8 bits sont remplacés par des mots de 14 bits dans lesquels il y a toujours au moins deux et au plus dix 0 entre deux 1 consécutifs. Ainsi, les 192 bits correspondant à 2 fois 6 échantillons de 16 bits plus les mots de synchronisation et de contrôle se retrouvent dans une trame de 588 bits où seuls les chiffres 1 sont matérialisés par un changement d’état, tandis que le nombre de 0 compris entre deux 1 est calculé, lors de la lecture, par interpolation dans le temps.

Le signal ainsi codé est envoyé dans un laser de gravure qui impressionne un disque de verre recouvert d’une pellicule photosensible. Le développement fait apparaître des petits creux qui peuvent être lus mais aussi dupliqués par galvanoplastie et pressage tout comme pour le disque ordinaire. La figure 25 représente les différentes étapes entre le signal de départ, le disque compact et le signal restitué.

Le disque final est en matière transparente d’environ 1,2 mm d’épaisseur. La surface gravée est métallisée pour être réfléchissante et recouverte d’une couche de protection et de l’étiquette. La lecture se fait au travers de l’autre face par un petit faisceau laser réfléchi vers des cellules photoélectriques (fig. 26). Les différences de mise au point entre bosses et creux produisent des écarts de luminosité, donc des variations de tension électrique qui engendrent les 1 du signal numérique, après quoi les processus de correction d’erreurs et de décodage restituent le signal analogique de départ.

6. Innovations et perspectives

Nous avons assisté, à la fin des années quatre-vingt, à une prolifération de formats dictée souvent par des intérêts plus commerciaux que techniques. Le disque optique numérique se prête à tous les usages. Outre le son (C.D.-Audio), il peut véhiculer des images, fixes (C.D.-Photo) ou animées (C.D.-Vidéo), des programmes informatiques ou des données quelconques (C.D.-R.O.M.), accessibles sélectivement et de façon interactive (C.D.-I.), etc.

L’innovation la plus importante est sans nul doute le disque magnéto-optique, effaçable et réenregistrable à volonté, contrairement au C.D. mécano-optique classique, où l’information reste de type mécanique (reliefs ou creux), même si la lecture se fait par un processus optique. Le disque magnéto-optique porte une information de type magnétique sous forme d’une aimantation de la couche magnétique. Cette aimantation n’est plus parallèle à la piste comme sur les bandes, mais perpendiculaire au plan du disque, ce qui permet d’enregistrer et lire sans contact, par des procédés optiques. Le champ magnétique d’enregistrement n’a plus besoin d’être localisé avec présicion sur la piste. Il est inférieur au champ coercitif de la couche et n’influence cette dernière qu’au point précis où le faisceau laser d’enregistrement élève momentanément la température au dessus du point de Curie ^{[cf. MAGNÉTISME]}. Pour la lecture, on utilise (enfin! pourrait-on dire, car il a été découvert dans les années 1840) l’effet Faraday, qui met en jeu un faisceau laser de lumière polarisée dont le plan de polarisation, à la réflexion, est dévié dans un sens qui dépend du sens d’aimantation de la couche.

Toutes les mémoires utilisées à ce jour sont de type cinématique: un mécanisme explore une piste avec toutes les contraintes que cela entraîne. À plus long terme, tout est conditionné par les progrès (capacité, encombrement et coût) des mémoires statiques (mémoires électroniques, à bulles, holographiques...). Dans l’état actuel de la technologie, on ne peut les utiliser que pour quelques applications très limitées, avec quelques images fixes ou quelques minutes de son seulement.

Les techniques de demain utiliseront vraisemblablement des principes de base qui sont connus de longue date. Si l’on peut formuler un souhait, c’est que les normes actuelles et les normes prévisibles à court terme (radiodiffusion numérique, par exemple) soient autant que possible complémentaires et compatibles, et puissent conduire à un support et un format numérique unifié et universel (multimédia, comme on dit à tort), commun à l’ensemble des domaines de l’audiovisuel et de l’informatique.

• 1310; de enregistrer

1 ♦ Dr. Transcription ou mention sur registre public, moyennant le paiement d'un droit fiscal, d'actes, de contrats, de déclarations, en vue d'en constater l'existence et de leur conférer date certaine. Droits d'enregistrement. Administration de l'Enregistrement, et absolt l'Enregistrement : l'administration publique chargée de ce service. Receveur de l'enregistrement. — Anc. dr. Copie d'une ordonnance royale, faite par un parlement.

♢ Cour. Enregistrement des bagages : opération par laquelle le voyageur confie ses bagages au transporteur qui se chargera de leur acheminement.

2 ♦ Action de consigner par écrit, de noter comme réel ou authentique. L'enregistrement d'une observation, d'un fait. « Ce dictionnaire est un enregistrement très étendu des usages de la langue » (Littré).

3 ♦ (1870) Action ou manière d'enregistrer sur un support (des informations, signaux et phénomènes divers). Enregistrement d'une image (⇒ vidéo) , d'une pression. Spécialt Enregistrement du son, permettant de le conserver et de le reproduire. Enregistrement mécanique (gravure sur disque), optique (film cinématographique), magnétique (magnétophone, magnétoscope). Enregistrement sur cassette. Enregistrement numérique. ⇒ D.A.T. Cabine, studio d'enregistrement. Enregistrement d'une émission à transmettre en différé (⇒ vidéogramme) . Enregistrement public. Nouvel enregistrement d'une cassette. ⇒ repiquage.

♢ Le support sur lequel on a effectué un enregistrement. Un enregistrement en mauvais état.

♢ Inform. Élément unitaire constitutif d'un fichier.

Synonymes :

n. m.

d1./d Action d'enregistrer; son résultat. L'enregistrement d'une transaction.

— Spécial. L'enregistrement des bagages.

|| DR Inscription sur un registre public de certains actes, moyennant le paiement de droits.

d2./d Opération consistant à recueillir sur un support matériel des informations (sons, images) qui peuvent être restituées; informations ainsi recueillies. écouter un enregistrement sur disque.

d3./d INFORM Ensemble d'informations pouvant faire l'objet d'un transfert en bloc entre une mémoire centrale et un dispositif d'entrée/sortie.

⇒ENREGISTREMENT, subst. masc.

1. Inscription sur un registre officiel. Enregistrement d'une naissance, d'un décès, d'une vente, du courrier.

— Absol. Inscription des actes juridiques sur les registres officiels. Bureau, receveur d'enregistrement. Les greffiers des tribunaux étaient chargés du régime hypothécaire; mais le ministère public était chargé de l'enregistrement et des domaines (BALZAC, Employés, 1837, p. 23) :

• 1. — Qu'est-ce qu'ils font dans la vie? — Le père d'Annie est receveur de l'enregistrement.

VAILLAND, Drôle de jeu, 1945, p. 11.

— P. méton. Bureau, service où l'on procède à l'enregistrement. La bru (...) choisit des meubles, vendit les autres, puis ils regagnèrent l'enregistrement (FLAUB., Trois contes, Cœur simple, 1877, p. 65).

— Spéc. Droits d'enregistrement. Somme que l'on doit acquitter pour faire enregistrer certains actes. Frais d'enregistrement pour la succession de ma tante. Environ (...) 140 (VERLAINE, Corresp. [avec L. Vanier], 1887, p. 64). Les certificats, actes de notoriété (...) sont délivrés gratuitement et dispensés des droits de timbre et d'enregistrement (J.O., Loi sur retraites ouvr. et paysannes, 1910, p. 3001).

2. TRANSP. Enregistrement des bagages. Opération par laquelle un transporteur enregistre les bagages que les voyageurs ne conservent pas avec eux. Lorsque les haltes sont ouvertes au service des bagages, c'est le chef de halte qui fait l'enregistrement et la livraison (BRICKA, Cours ch. de fer, t. 2, 1894, p. 212).

3. BIBLIOTHÉCON. Inscription sur un registre des nouveaux ouvrages parvenant à une bibliothèque. L'édition professionnelle des livres reconnaît l'intérêt de l'enregistrement bibliographique destiné à mettre en lumière sa production (Civilis. écr., 1939, p. 3208).

4. P. ext. Fait de consigner, d'enregistrer (quelque chose) par écrit. Vaugelas ne s'en tient pas au pur relevé des mots et à l'enregistrement des locutions qui lui ont été fournies par le bon usage (SAINTE-BEUVE, Nouv. lundis, t. 6, 1863-69, p. 356).

— P. méton. Ce qui est consigné. Rapprochés des comptabilités et enregistrements relatifs aux ventes passées, ces renseignements « contribuent » à former une anticipation du volume des ventes attendues (PERROUX, Écon. XX^e s., 1964, p. 554).

B.— P. anal., PHYS. Fait de recueillir et de conserver (une donnée) au moyen d'appareils appropriés. M. Schondorff a (...) réalisé un anémographe destiné à l'enregistrement continu de la vitesse moyenne du courant d'air (HATON DE LA GOUPILLIÈRE, Exploitation mines, 1905, p. 789).

— Spéc. (techniques du son). Fait de recueillir des sons sur un support matériel. Enregistrement sonore, sur disque; studio d'enregistrement :

• 2. Une prise de vue des instruments, synchronisée avec l'enregistrement sonore, permettra d'établir une notation musicale...

GRIAULE, Méthode de l'ethnographie, 1957, p. 90.

— P. méton. Ce qui est enregistré. Enregistrement sur disque, sur bande. Mon enregistrement était mauvais? — Très bon, parfait (MALRAUX, Cond. hum., 1933, p. 190) :

• 3. ... Louis Girault put réaliser dans l'Altiplano bolivien des centaines d'enregistrements de chants et danses très primitifs...

Le Disque en France, 1963, p. 17.

Prononc. et Orth. :[()]. MART. Comment prononce 1913, p. 170 met en garde contre une prononc. []. Ds Ac. dep. 1694. Var. enregîstrement ds Ac. 1740-1835 (voir aussi FÉR. Crit. t. 2 1787 et GATTEL 1841). Étymol. et Hist. 1310 « action d'enregistrer » (A.N. 5542 f° 118 r° GDF. Compl.). Dér. du rad. de enregistrer; suff. -(e)ment¹. Fréq. abs. littér. :165.

enregistrement [ɑ̃ʀ(ə)ʒistʀəmɑ̃] n. m.

ÉTYM. 1310; de enregistrer.

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1 Action d'inscrire (qqch.) sur un registre. ⇒ Inscription, transcription. || Enregistrement d'une commande par un commerçant.