Comment fonctionnent les lecteurs MP3?

Comment fonctionnent les lecteurs MP3?

5 juillet 2020 0 Par Makrem

La technologie peut être absolument stupéfiante! Les lecteurs MP3, tels que les iPod, en sont un excellent exemple. Plus petits qu’un paquet de cartes et un peu plus lourds, ils peuvent stocker des milliers de morceaux de musique, de photos ou de vidéos afin que vous puissiez les emporter partout avec vous. Un iPod typique de 20 Go (gigaoctets) a assez de mémoire pour stocker environ 500 CD – plutôt plus que ce que vous pouvez mettre dans votre poche! Alors, qu’est-ce que « MP3 » et comment ça marche?

Qu’est-ce que la technologie MP3?

Fichiers MP3

Un lecteur MP3 obtient son nom à partir des fichiers MP3 que vous y stockez. Tout comme DOC est un type de fichier informatique utilisé par le programme de traitement de texte Microsoft Word, et PDF est un autre type de fichier pour stocker des documents imprimables, MP3 est un type de fichier particulier utilisé pour stocker de la musique. Considérez les MP3 comme des fichiers informatiques et un lecteur MP3 comme un type spécial d’ordinateur, dédié à la lecture des sons stockés dans un format codé à l’intérieur de ces fichiers, et vous êtes à mi-chemin pour comprendre comment tout cela fonctionne.

Échantillonnage

Le MP3 est un exemple de technologie numérique , ce qui signifie que les sons que vous entendez sont stockés sous forme numérique. Les CD sont également numériques, mais les anciens formats de musique (y compris les disques LP et les cassettes) utilisaient la technologie analogique. Cela signifie que la musique a été stockée sous forme de représentation physique ou magnétique du son original, sans utiliser de nombres du tout. Un son deux fois plus fort que la normale aurait pu être stocké par une rainure sur un disque plastique qui était deux fois plus profond que la normale, de sorte que les informations stockées étaient un «analogique» fidèle du son original.

La clé pour stocker de la musique (ou tout autre type de son) au format numérique est un processus appelé échantillonnage– et c’est une sorte de «musique par nombres». Quand vous étiez plus jeune, vous avez peut-être appris à jouer d’un piano simplifié, d’un xylophone ou d’un autre instrument de musique avec des chiffres collés aux touches ou aux cloches. Au lieu de lire une partition musicale, vous auriez simplement lu une liste de nombres et appuyé sur la touche ou la cloche correspondante pour générer chaque note à son tour. (Jingle Bells, par exemple, ressemble un peu à ceci écrit sous forme numérique: 3 3 3—3 3 3—3 5 1 2 3.) Les MP3 et les CD fonctionnent de la même manière. Au moment de l’enregistrement, un ordinateur «écoute» la piste musicale en cours d’enregistrement et «échantillonne» les volumes et fréquences des sons: environ 44 000 fois par seconde, il analyse tous les sons qu’il peut entendre et les convertit en un nombre ., qui transforme les sons (analogiques) en flux de nombres (numériques), qui sont ensuite stockés en séquence dans un fichier MP3 ou sur un CD. Lorsque le fichier ou le CD est lu plus tard, le processus inverse se produit: un convertisseur numérique-analogique transforme les nombres en signaux électriques analogiques qui deviennent des sons lorsqu’ils sont introduits dans un haut-parleur. Plus l’ordinateur échantillonne rapidement (plus le taux d’échantillonnage est élevé ), plus il capture d’informations à chaque fois (plus la profondeur de bits est élevée ), et plus il capture de détails chaque seconde (plus le débit binaire est élevé ), plus le fichier numérique ressemble les sons analogiques d’origine et meilleure est la qualité de l’enregistrement.

Un taux d’échantillonnage, une profondeur de bits et un débit binaire plus élevés donnent un fichier MP3 de meilleure qualité. En règle générale, un son de qualité CD implique un échantillonnage à une fréquence de 44,1 kHz (44 100 fois par seconde) et une profondeur de 16 bits (16 zéros et uns binaires, donc quelque chose comme 0110110101001011). Un MP3 de très haute qualité «extrait» (généré à partir) d’un CD peut être produit en utilisant un débit binaire de 320 kbps (320 000 bits par seconde), tandis qu’un MP3 de qualité inférieure peut utiliser 64 kbps (64 000 bits par seconde) ou même moins. L’inconvénient d’un échantillonnage / débit binaire et d’une profondeur de bits plus élevés est qu’ils produisent plus d’informations numériques qui doivent être stockées – une plus grande taille de fichier, en d’autres termes – et prennent plus de temps à télécharger. (Vous pouvez en savoir un peu plus sur l’échantillonnage dans notre article sur l’ analogique et le numérique .)

Qu’est-ce que la compression?

L’un des grands avantages de la technologie numérique est que vous pouvez stocker plus d’informations dans moins d’espace. Si vous avez des encyclopédies sur CD-ROM ou DVD , vous saurez que les ordinateurs sont particulièrement doués pour entasser de grandes quantités d’informations dans des espaces assez petits. L’ Encyclopedia Britannica , dont une vingtaine de volumes remplissent une étagère entière dans votre bibliothèque publique locale, tient confortablement sur quelques CD ou un seul DVD. Des trucs comme celui-ci sont possibles parce que les ordinateurs utilisent une technique appelée compression – un moyen de presser les informations pour qu’elles prennent beaucoup moins de place.

La compression est le secret de toutes sortes de technologies numériques, y compris les photos numériques , le téléchargement de musique et bien plus encore, il vaut donc la peine d’entrer un peu plus en détail avant de revenir aux lecteurs MP3.

La compression avec perte

Les télégrammes à l’ancienne sont un bon exemple de compression en action. Avant que les téléphones ne soient inventés, les gens se transmettaient de courts messages par fil télégraphique. Les télégraphes étaient occupés et coûteux, les messages devaient donc être courts et les gens compressaient leurs messages en aussi peu de mots que possible. Un message comme: « Je pense que je pourrais vous rendre visite plus tard cette semaine. J’espère que tout va bien. Peut-être pourriez-vous répondre et me faire savoir si cela vous convient? » a été compressé dans un télégramme comme: « Visite plus tard dans la semaine. J’espère que OK. Faites le moi savoir. » Ainsi, les 27 mots du message original deviennent 9 mots dans le télégramme.

Le message est encore tout à fait compréhensible, même s’il est un peu plus laconique. Nous pouvons compresser le message d’origine car une grande partie des informations est «redondante»: certains mots sont inutiles et n’ajoutent pas vraiment beaucoup, donc nous ne perdons pas le sens du message lorsque nous les supprimons. Nous pourrions compresser encore plus le message, mais si nous supprimons plus de mots, cela cessera bientôt d’avoir un sens. En d’autres termes, plus on compresse une information, plus on diminue sa qualité. Même avec une faible compression, certaines informations ont été perdues: le télégramme est moins poli que le message d’origine. Et il n’y a aucun moyen pour le destinataire de prendre le message de 9 mots et de déterminer quels étaient les 18 autres mots que nous avons supprimés, les télégrammes sont donc un exemple de ce que nous appelons la compression avec perte.: les informations que nous supprimons pendant la compression ont disparu pour de bon.

Compression d’image

Photo de l'iPod illustrant l'effet de différents taux de compression JPG

Si vous avez un appareil photo numérique, vous connaissez probablement déjà la compression. Votre appareil photo stocke très probablement les photos dans un format appelé JPG (prononcé et parfois écrit J-PEG). Sur la plupart des appareils photo, vous pouvez définir des options pour que les photos soient prises avec une résolution supérieure ou inférieure (ce qui signifie simplement plus ou moins de détails). Plus la résolution est élevée, plus les détails sont importants et plus les photos sont belles, mais plus elles prennent de place. Étant donné que votre appareil photo a une mémoire limitée, vous pouvez choisir de stocker de nombreuses images de faible qualité, basse résolution (basse résolution) ou moins d’images de haute qualité et haute résolution (haute résolution). Les images basse résolution sont plus compressées que les images haute résolution et les fichiers JPG sont proportionnellement plus petits. Cependant, si vous compressez trop les photos, vous commencez à perdre les détails très rapidement. Dans l’exemple montré ici, je ‘

Photo: compression avec perte en action. Avec une compression de 10%, le fichier d’origine occupe 10 000 octets. L’augmentation de la compression réduit considérablement la taille des octets (50% = 4000 octets, 90% = 2500 octets et 95% = 1900 octets), mais avec une perte de qualité croissante.

Il n’y a aucun moyen de prendre l’une des photos basse résolution et de revenir à l’original haute résolution: une fois que les informations sont perdues, elles disparaissent pour de bon. Cela signifie que JPG est également une compression avec perte. Mais notez à quel point nous pouvons compresser la photo originale et reconnaître encore ce que c’est. Même avec une compression de 95%, on peut toujours comprendre qu’il s’agit d’une photo d’un iPod. Avec une compression de 50%, nous ne perdons pratiquement aucun détail.

Comment la musique est-elle stockée dans un fichier MP3?

Les fichiers audio normaux stockés sur un ordinateur prennent énormément d’espace. Considérez: vous pouvez placer l’ Encyclopedia Britannica sur quelques CD, mais un CD ne contiendra normalement qu’une heure environ (peut-être une douzaine de pistes) de musique. Cela signifie que chaque piste d’un CD normal doit occuper une énorme quantité d’espace, équivalente à un ou deux volumes d’une encyclopédie! MP3 est une astuce mathématique pour prendre la même information musicale et la presser dans environ un douzième d’espace. Vous pouvez créer des fichiers MP3 plus petits ou plus volumineux en les compressant de différentes quantités, mais plus vous les compressez, plus ils sonneront mal. Tout comme les télégrammes et les JPG, MP3 est une compression avec perte.

Dans un fichier MP3, la musique est stockée sous forme de longues chaînes de bits (nombres binaires, zéros et uns) dans une série de blocs appelés cadres . Chaque cadre commence par un court en- tête (une sorte de table des matières), suivi des données musicales elles-mêmes. Au début d’un fichier MP3, il y a une sorte de «fiche» qui stocke les détails du nom de la piste, de l’artiste, du genre, etc. Ces informations sont appelées métadonnées et chaque partie de celles-ci (artiste, piste, etc.) est stockée dans ce que l’on appelle une balise ID3 . De nombreux programmes MP3 ont une option qui vous permet de «modifier les balises ID3». Cela semble technique et complexe, mais c’est simplement un moyen de changer la « fiche » au début du fichier MP3.

Un graphique à barres comparant la taille des fichiers MP3 et CD.

Illustration: une piste de CD occupe environ 10 à 12 fois plus d’espace que la même piste convertie au format MP3 (selon le débit binaire).

L’avantage d’un fichier MP3 est qu’il prend si peu de place. Une piste de musique typique ne prend qu’environ cinq mégaoctets environ lorsque vous la transformez en format MP3, par rapport aux 60 mégaoctets environ qu’elle prendrait sur un CD. Cela signifie que vous pouvez envoyer un fichier MP3 sur Internet douze fois plus rapidement et à moindre coût que les mêmes informations stockées au format CD. Vous pouvez également stocker beaucoup plus de fichiers sur votre meilleur lecteur mp3. La taille relativement petite des fichiers MP3 et la vitesse à laquelle ils peuvent être téléchargés ont révolutionné le secteur de la musique depuis le milieu des années 1990.

Pourquoi les CD sonnent toujours mieux que les MP3

Pourquoi aller dans un magasin pour acheter un CD alors que vous pouvez télécharger le morceau que vous voulez sur Internet en quelques minutes? J’ai fait de la compression un son brillant – et c’est le cas – mais il y a un autre aspect à l’argument. Il y a une très bonne raison pour laquelle vous voudrez peut-être faire une pause avant de «ripper» vos CD (les convertir numériquement) en MP3 et de les jeter dans la poubelle la plus proche.

Main tenant l'album Takk par Sigur Ros

Jetons un coup d’œil à un CD typique et à son équivalent MP3. Le superbe album Takk , du groupe islandais Sigur Ros, comporte 11 titres et sur le CD, les fichiers audio varient en taille de 19,7 Mo à 105,1 Mo, soit environ 660 Mo au total. Mais regardez ces fichiers dans iTunes, Amarok ou une autre bibliothèque MP3 et vous constaterez qu’ils sont compressés à environ 90%: ils passent de 1,8 Mo à 9,9 Mo seulement. N’oubliez pas que MP3 est une compression avec perte: la plupart des informations audio ont été jetées pour créer les MP3 et vous ne pourrez jamais les récupérer!

Maintenant, la plupart du temps, cela n’a pas d’importance. Les MP3 sonnent très bien. Si vous écoutez de la musique dans le train ou à la maison, un iPod sonne bien. Mais écoutez le même album avec même un lecteur CD moyennement bon et une bonne paire d’ écouteurs audio et le son sera incroyablement meilleur . Vos oreilles remarqueront vraiment les 90% supplémentaires!

Voici un test que j’ai fait récemment. J’ai essayé d’écouter Takk avec un lecteur CD bon marché (coût approximatif de 50 $) et une superbe paire d’écouteurs (environ 100 $) et de le comparer avec mon iPod (environ 250 $). Il n’y a absolument aucune comparaison dans la qualité du son: le lecteur CD sonne infiniment mieux parce que vous entendez tellement plus de détails – en partie, je l’avoue, parce que ces écouteurs sont tellement meilleurs. Essayez-le vous-même! Je préfère toujours avoir l’iPod la plupart du temps, mais il y a des moments où je veux vraiment entendre une qualité de son, pas seulement une quantité. Bien sûr, l’écoute d’un iPod avec de superbes écouteurs améliore également considérablement la qualité du son, mais quelle que soit la qualité de vos écouteurs, un lecteur MP3 ne sonnera jamais aussi bien qu’un lecteur de CD en raison de la compression avec perte.

Après avoir dit tout cela, il est important de se souvenir de deux autres choses. Premièrement, ce qui semble bon ou mauvais est une chose subjective; vous préférerez peut-être le son bassy d’un lecteur MP3 avec de simples écouteurs pour EDM (musique de danse électronique) et un lecteur de CD avec de beaux écouteurs pour les symphonies classiques – ou peut-être même vice-versa. Si vous avez plus d’un lecteur et plus d’un casque, faites des expériences; vous serez surpris par les détails supplémentaires que vous entendrez simplement en écoutant avec un équipement auquel vous n’êtes pas habitué. Deuxièmement, les lecteurs MP3 et les lecteurs de CD portables sont parfois livrés avec leurs propres écouteurs qui peuvent ou non être bien adaptés. En règle générale, les équipements portables bon marché sont orientés vers une réponse très « bassy » qui ne rendra pas justice à toutes sortes de musique. Encore,

Comment fonctionne un lecteur MP3?

Un lecteur MP3 Sony Net Walkman bleu tenu dans une main.

Un lecteur MP3 Sony Network Walkman utilise la mémoire flash pour stocker les chansons au lieu d’un disque dur, il est donc beaucoup plus petit et plus léger qu’un iPod traditionnel. Il s’agit d’un modèle assez ancien avec une mémoire de 512 Mo, il ne peut donc stocker que 8 à 10 CD de musique. Cela peut ne pas sembler beaucoup par rapport à un iPod, mais c’est juste pour garder dans votre poche ou votre sac pour ces longs et fastidieux voyages. L’absence de disque dur et d’écran minuscule donne également une autonomie incroyable; une pile alcaline standard alimentera ce petit lecteur pendant environ un mois d’utilisation intensive!

Si les MP3 sont des fichiers informatiques, il s’ensuit que les lecteurs MP3 doivent être des ordinateurs. C’est absolument vrai! L’iPod dans votre poche est un ordinateur beaucoup plus puissant que ceux que les gens avaient sur leur bureau il y a 20 ans .

Tous les ordinateurs , qui sont des machines qui traitent des informations (données), ont quatre composants de base. Ils ont un périphérique d’entrée (pour obtenir les données), une mémoire (pour stocker les données), un processeur (pour travailler sur les données) et un périphérique de sortie (pour récupérer les données). Pensez à un iPod ou un lecteur MP3 et vous verrez qu’il a toutes ces choses. Il a une entrée (probablement un câble d’accueil USB qui le relie à votre ordinateur), une mémoire (soit un petit disque dur soit une mémoire flash pouvant stocker des fichiers MP3), un processeur (quelque chose qui peut lire les fichiers MP3 et tourner les remettre en musique), et une sortie (une prise où vous branchez votre casque). La plupart des lecteurs MP3 ont également une autre sortie: un petit écran LCD affichage qui vous indique ce qui joue.

Allumez votre iPod pour lire votre morceau préféré et il fonctionne comme un ordinateur. La puce du processeur charge un fichier MP3, lit les fiches ID3 et affiche l’artiste et le nom de la piste sur l’écran. Ensuite, il parcourt le fichier MP3 en lisant tour à tour chaque image. Il lit l’en-tête, suivi des données, et transforme les informations numériques (les binaires et les zéros) en fréquences sonores que vos oreilles et votre cerveau décodent en musique. C’est à peu près tout ce qu’il y a à faire. Mais rappelez-vous ceci: le vrai secret d’un lecteur de musique numérique n’est pas le gadget en plastique dans votre main, mais la technologie intelligente derrière les fichiers MP3 qu’il lit!

Qu’y a-t-il à l’intérieur d’un iPod?

Composants à l'intérieur d'un iPod Apple

Je ne vous recommande pas de démonter votre iPod – vous pourriez facilement l’endommager ou annuler la garantie. Mais si, comme moi, vous devez remplacer une batterie mourante (un travail assez simple si vous y allez lentement et prudemment), vous avez la chance de voir ce qu’il y a à l’intérieur!

Environ la moitié de l’espace est occupé par un disque dur très fin (2), qui est à peu près de la même taille que votre iPod mais seulement deux fois moins épais. Sous le disque dur, il y a une batterie rechargeable au lithium-ion (11) et une carte mère (carte de circuit imprimé principale) remplie de puces qui contrôlent tous les composants (9). Sous le circuit imprimé, il y a la molette de défilement (l’équivalent d’une souris pour l’iPod ) et l’ écran LCD . Le circuit imprimé est connecté au disque dur par un connecteur «ruban» en plastique marron flexible. Il y a un connecteur ruban plus petit reliant la carte de circuit imprimé au connecteur d’accueil (où vous connectez votre iPod à votre ordinateur).

Voici une liste complète de tous les bits:

  1. Amortisseurs de disque dur (bleu). Ces petits morceaux de caoutchouc se clipsent sur les côtés du disque dur et amortissent les coups si vous le laissez tomber.
  2. Disque dur. Il s’agit d’un lecteur PCMCIA standard disponible dans le commerce. Celui-ci est un modèle de 20 Go fabriqué par Toshiba.
  3. Connecteur de câble ruban de la prise casque et le bouton «hold» à la carte mère.
  4. Prise casque.
  5. Protecteur d’écran transparent en perspex.
  6. Bas de la molette tactile.
  7. Connecteur de câble ruban de la molette tactile à la carte mère.
  8. Écran d’affichage LCD (en regardant du haut). Comme tous les autres composants, cela se connecte également à la carte mère avec un câble ruban.
  9. Carte mère: le circuit imprimé principal de l’iPod contient son processeur de son et des puces de mémoire.
  10. Connecteur de câble ruban de la carte mère au disque dur. J’ai débranché le disque dur pour prendre la photo, mais c’est là qu’il se branche normalement.
  11. Batterie aux ions lithium. Celui-ci se branche au bas de la carte mère avec un simple connecteur standard à trois broches.
  12. Connecteur Dock. C’est ici que vous branchez votre iPod pour le charger et le synchroniser avec votre ordinateur.

Si votre iPod est cassé et que vous êtes prêt à le mettre à la poubelle, sachez que tous les composants principaux sont modulaires et qu’ils peuvent tous être remplacés si vous êtes raisonnablement confiant avec l’électronique et que vous y allez lentement, prudemment, et doucement. Si vous savez ce que vous faites, il faut environ une minute pour remplacer une batterie ou un disque dur, cinq minutes pour remplacer un écran cassé et peut-être dix minutes pour remplacer complètement la carte mère. 

À l’intérieur d’un Sony

Le petit lecteur Sony bleu sur mon autre photo a moins d’intérêt à l’intérieur. Il n’y a pas de disque dur, d’une part …

Composants à l'intérieur d'un lecteur MP3 Sony Network Walkman

  1. Affichage LCD.
  2. Connecteur USB pour transférer de la musique depuis un ordinateur.
  3. Puce de mémoire flash de 512 Mo.
  4. Microrupteurs pour changer de piste, d’album, etc.
  5. La pile bouton mémorise la date, l’heure et d’autres paramètres lorsque la pile principale est déconnectée.
  6. Circuits intégrés. Le plus gros d’entre eux est la puce du processeur principal.
  7. Connecteur casque.
  8. Microrupteurs pour changer le mode de lecture.
  9. Connecteur de batterie.

Alternatives au MP3

Tout comme «iPod», «MP3» est devenu un nom générique pour les lecteurs de musique numériques, mais ce n’est pas parce que vous avez un lecteur MP3 (ou un iPod, d’ailleurs) que vous devez lire des fichiers MP3. Il existe de nombreuses autres formes de codage de la musique numérique (représentant la musique sous forme codée numériquement) et la plupart des lecteurs MP3 en liront plusieurs. Les iPod, par exemple, joueront volontiers des MP3, mais iTunes vous vendra généralement des fichiers avec le suffixe M4A. Quelle est la différence? Les fichiers M4A sont compressés avec un algorithme plus récent et plus efficace(méthode mathématique) que les MP3, ce qui donne des fichiers de taille similaire mais de meilleure qualité. D’autres lecteurs peuvent gérer WAV et AIFF (gros fichiers non compressés pour Windows et Mac, respectivement), OGG Vorbis (un type de compression open-source avec perte spécifiquement développé comme une alternative gratuite au MP3) et FLAC (une forme de compression sans perte utilisée par, entre autres, le service Pono de Neil Young). Certains sites de musique numérique offrent un choix de formats de téléchargement, dont le prix est différent pour refléter la différence de qualité sonore. Ainsi, par exemple, vous pouvez trouver le même album disponible à un prix pour un MP3 compressé de qualité passable, et un prix légèrement plus élevé pour le WAV non compressé ou le FLAC compressé sans perte.

Alternatives aux iPod

Bien que j’aie beaucoup parlé des iPod dans cet article, ne supposez pas que les deux sont synonymes: vous pouvez lire un fichier MP3 sur presque tout, d’un ordinateur de bureau à certains lecteurs de livres électroniques. En d’autres termes, ce n’est pas parce que vous voulez écouter de la musique numérique que vous devez vous procurer un iPod. Pratiquement tous les smartphones modernes ont un lecteur de musique intégré qui peut gérer les formats MP3 et similaires, bien que vous devrez probablement ajouter une carte SD de 32 Go ou 64 Go pour vous donner suffisamment de mémoire pour contenir toute une bibliothèque musicale. Lorsque mon iPod Touch est mort après une vie étonnamment courte, j’ai décidé que j’en avais assez de la technologie Apple et, au lieu de le remplacer par un modèle plus récent, je me suis simplement acheté un téléphone Android. Je peux acheter des MP3 dans toutes sortes de magasins en ligne, dont certains stockent des MP3 directement sur mon téléphone. Alternativement, Je peux acheter des albums MP3 sur mon ordinateur et les copier avec un câble USB, comme je le faisais avec mes iPod. Pour être honnête, je trouve la qualité sonore de mes deux anciens iPodbien meilleur que celui de mon smartphone Android, même en utilisant les mêmes écouteurs fins; je pense que la carte son d’un iPod est bien meilleure – elle donne un son beaucoup plus riche et détaillé – que celle d’un téléphone Android standard. C’est donc une autre chose à garder à l’esprit si vous envisagez de quitter Apple: votre grande bibliothèque musicale sonnera-t-elle toujours aussi bien?