Les casques & les écouteurs sont-ils analogiques, ou numériques ?

👉 L’ère numérique a apporté l’audio numérique, et une variété d’appareils audio.

🎧 Les casques/écouteurs sont devenus très appréciés avec l’invention du lecteur de musique portable, et sont utilisés quotidiennement pour lire l’audio de nombreux appareils numériques.

 

Mais les casques & les écouteurs sont des appareils audio analogiques, ou numériques ? 🤔

 

➡️ Même si les casques/écouteurs sont bien souvent connectés à des sources audio numériques, ce sont des appareils analogiques.

Les transducteurs de casque convertissent les signaux audio à variation continue (analogiques – énergie électrique) en ondes sonores (énergie des ondes mécaniques), et ont souvent besoin d’un DAC pour pouvoir fonctionner.

 

Analogique VS numérique

Qu’est-ce que le son ? 🤔

 

➡️ Le son est constitué d’énergie ondulatoire mécanique.

👂 Les ondes sonores dans la gamme audible par l’être humain, oscillent entre 20 Hz et 20 000 Hz.

👉 Les ondes mécaniques du son affectent la variation de pression localisée, par rapport à la pression ambiante dans un milieu. Il s’agit d’une grandeur physique continuellement variable.

Analogique fait référence aux mesures, et aux représentations de grandeurs physiques continuellement variables.

⚡ Alors que le son est une mesure continuellement variable de la pression dans un milieu, l’audio analogique est une représentation de cette pression variable, sous la forme d’énergie électrique (tension).

Comme le son est défini entre 20 Hz et 20 000 Hz, l’audio analogique est défini dans la même plage.

 

Amplitude d’une onde

 

👉 L’amplitude d’une onde est mesurée en écart de pression, par rapport à la pression ambiante du milieu.

Elle peut être exprimé en unités de pression (souvent dans l’unité SI Pascal), ou en décibels de niveau de pression acoustique (dB SPL).

L’onde atteint un pic de pression maximale et un creux de pression minimale.

 

La partie de l’onde au-dessus de la ligne médiane, représente une augmentation de la pression, par rapport à la pression ambiante.

Et toute partie de l’onde en dessous de la ligne médiane, représente une diminution de la pression.

👉 Si on regarde un signal audio analogique à onde sinusoïdale de 1 kHz, on verra une similitude avec l’onde sonore de 1 kHz.

La différence entre le signal audio analogique et l’onde sonore qu’il représente, est le type d’énergie dont ils sont constitués.

 

Différence entre son & audio

➡️ Le son est constitué d’énergie ondulatoire mécanique, et se mesure en pression.

➡️ L’audio est constitué d’énergie électrique, et son amplitude est mesurée en tension.

Comme l’onde sonore qu’il représente, le signal audio analogique a un pic et un creux à chaque cycle.

Le pic représente la tension positive maximale et le courant direct.

⚡ Le creux représente la tension négative maximale et le courant circulant vers l’arrière.

La partie de l’onde au-dessus de la ligne médiane représente une tension positive, et un courant électrique circulant vers l’avant. La partie de l’onde sous la ligne médiane représente une tension négative, et un courant électrique circulant en sens inverse.

 

Audio numérique

👉 L’audio numérique est une représentation de l’audio analogique, dans un format numérique.

Plutôt que d’être variable en continu, l’audio numérique prend des échantillons ou des instantanés de l’audio dans le temps, et attribue une amplitude à chaque échantillon.

Le nombre d’échantillons par seconde dans l’audio numérique est appelé fréquence d’échantillonnage.

Il existe 2 taux d’échantillonnage courants :

• 44,1 kHz (44 100 échantillons par seconde)
• 48 kHz (48 000 échantillons par seconde)

 

➡️ Le nombre d’amplitudes que chaque échantillon peut avoir, est défini par la profondeur de bits du signal audio numérique.

 

Profondeur de bits

👉 La profondeur de bits n’est pas linéaire comme la fréquence d’échantillonnage.

Elle est exponentielle.

Pour chaque bit supplémentaire dans la profondeur de bits d’un signal, il existe un 1 ou un 0 supplémentaire dans une chaîne de 1, et de 0.

1 bit a 2 valeurs potentielles : 1 ou 0

2 bits a 4 valeurs potentielles : 00 ; 01 ; 10 ou 11

3 bits a 8 valeurs potentielles : 000 ; 001 ; 010 ; 011 ; 100 ; 101 ; 110 ; 111

Etc.

Les 2 profondeurs de bits audio numériques les plus courantes sont :

• 16 bits (2 ¹⁶  ou 65 536 valeurs d’amplitude distinctes)
• 24 bits (2 ²⁴ ou 16 777 216 valeurs d’amplitude distinctes)

 

❌ L’audio numérique ne peut pas être utilisé pour piloter des pilotes/transducteurs de casque.

 

Le pilote de casque/transducteur

🎧 Les pilotes de casque sont les éléments les plus importants, dans la conception d’un casque.

👉 Les transducteurs sont les éléments qui permettent la conversion des signaux audio (énergie électrique), en ondes sonores (énergie des ondes mécaniques).

Pour que les pilotes du casque fonctionnent correctement, ils doivent faire partie d’un circuit qui transmet un signal audio analogique.

Les signaux font passer un courant alternatif à travers un conducteur, qui fait osciller le diaphragme du casque d’avant en arrière.

L’audio numérique n’est pas un courant alternatif continu, et ne pilotera pas un pilote de casque.

Convertisseurs numérique-analogique (DAC)

Si l’audio numérique ne peut pas piloter les écouteurs/casques, comment peuvent-ils se connecter aux appareils audio numériques, et produire du son ? 🤔

 

👉 Pour qu’un casque fonctionne avec une source audio numérique, le signal numérique doit passer par un convertisseur numérique-analogique (DAC).

Des convertisseurs numérique-analogique sont mis en ligne, entre la source audio numérique et le casque.

Cet appareil a pour objectif de convertir les signaux audio numériques, en signaux audio analogiques.

 

🎧 Les DAC sont présents dans plusieurs appareils :

• Prises casque des appareils audio numériques (lecteurs CD, mp3, ordinateurs portables, smartphones, tablettes, etc.)
• Adaptateurs autonomes
• Amplificateurs de casque, interfaces audio et unités DAC autonomes
• Consoles de mixage numériques
• Écouteurs/casques Bluetooth

 

DAC prises casque

👉 Une prise casque dans un smartphone, un ordinateur portable, un lecteur mp3 ou un autre appareil audio numérique, est conçue avec un DAC intégré.

💻 Les DAC font partie de la carte son de l’ordinateur.

La qualité des DAC peut considérablement varier, et beaucoup de ces appareils auront besoin d’un DAC externe plus puissant…

Les DAC externes peuvent se présenter sous la forme d’adaptateurs, être trouvés dans des appareils autonomes, et peuvent même être intégrés dans le corps de certains modèles de casques.

 

Adaptateurs CNA

👉 Il existe de nombreux adaptateurs qui convertissent l’audio numérique en audio analogique, avec une meilleure qualité que le DAC intégré des prises casque.

 

DAC amplificateurs de casque, interfaces audio & appareils autonomes

🎧 Les amplificateurs de casque se connectent souvent à des appareils numériques, via des connexions numériques.

➡️ Comme ces amplis sont conçus pour recevoir de l’audio numérique à leurs entrées, ils ont également des DAC avec leurs circuits d’amplification, afin de pouvoir piloter les casques/écouteurs connectés à leurs sorties.

Les DAC des amplis casque sont quasiment toujours supérieurs, aux DAC intégrés des prises casque standards.

 

DAC intégrés pour casque

➡️ Les casques sans fil qui acceptent les signaux audio numériques, doivent avoir des DAC intégrés pour pouvoir convertir l’audio numérique en audio analogique, et pour piloter les pilotes du casque.

C’est le cas des casques/écouteurs Bluetooth avec DAC et amplificateurs intégrés.