Il y a souvent des petites barres qui oscillent très vite quand on écoute de la musique. Sauriez-vous dire ce qu'elles représentent ? Le volume ? La fréquence ?

La documentation ne foisonne pas vraiment sur ce sujet pourtant passionnant. Et oui, on écoute tous de la musique sur son ordinateur, mais on ne sait jamais trop comment est-elle codée. Et quand bien même on se pose la question, trouver la réponse n'est pas simple.
A priori, un son est une fréquence et un volume, et cela nécessite donc a priori 2 dimensions pour le codage : enregistrer pour chaque milliseconde d'une musique quelle est sa fréquence et son volume.

Je vais vous expliquer comment fonctionne le principe de base du codage de musique avec le format wav (+ échantillons à télécharger pour comprendre), avant de passer aux formats plus compliqués.

Le format wav

Ce format est le plus intuitif : il ne cherche pas à compresser des données (3 minutes = 20 Mo), par contre on peut comprendre très facilement son fonctionnement.

L'intuition

La réponse aux questions citées plus haut est qu'il suffit en fait de coder le volume à chaque "instant", et que cela crée naturellement une fréquence. Pour faire simple, un fichier wav, c'est une suite d'octets. Le lecteur lit les octets un par un, et chaque octet donne le volume pendant 0.1 millisecondes. Un octet peut représenter un nombre entier entre 0 et 255.

Pour créer une fréquence, il faut mettre du volume, puis ne rien mettre, puis remettre du volume, puis rien... et l'oreille va naturellement entendre juste une fréquence à un certain volume. L'ordre de grandeur est par exemple de 0.1 ms pour du volume, puis 0.1 ms pour rien, et ainsi de suite. Pour faire varier la fréquence on peut faire 0.2 ms du volume, 0.2 ms rien, ...

Exemples

Le meilleur moyen pour comprendre comment ça marche, c'est de coder soi-même un fichier, et de voir ce que ça donne (cf Format précis du fichier wav) :

• exemple1.wav : le volume est à 200 pendant toute une seconde. (le fichier octet par octet est donc 200.200.200.200.200.200.... soit C8.C8.C8.... en hexadécimal)
• exemple2.wav : le volume alterne successivement des niveaux 200 pendant 1 ms et d'autres à 100 pendant 1 ms aussi. (donc 200.200.200.200.200.200.200.200.200.200.100.100.100.100.100.100.100.100.100.100.200.200.200... : 10 "200", 10 "100", 10 "200", ... puisqu'une durée de base est de 0.1 ms)
• exemple3.wav : le volume alterne successivement des niveaux 200 pendant 1 ms et d'autres à 100 pendant 1 ms aussi, (le tout pendant 0.5 secondes) puis des niveaux à 200 pendant 0.5 ms et à 100 pendant 0.5 ms. (le tout pendant 0.5 secondes aussi). Le fichier est donc 10 "200", 10 "100", 10 "200", 10 "100", ... (on fait ça 250 fois pour que ça dure 0.5 secondes) puis 5 "200", 5 "100", 5 "200", 5 "100", ... (à faire 500 fois pour que ça dure 0.5 secondes)

N.B : j'ai dit 0.1 ms pour simplifier et donner des chiffres ronds. En réalité l'unité de durée de base vaut 1/44100 secondes (soit 0.02 ms environ). Mais dans les fichiers, j'ai effectivement mis 200 en volume sur n fois cette durée d, (donc sur n octets à la suite) puis 100 sur n fois d, et j'ai répété ces séries un grand nombre de fois (une centaine).

Explications

• Dans le premier fichier, on n'entend rien, sauf un son très court au début, et un autre à la fin. Pourtant le volume est à 200 (max : 255) sur tout le fichier... C'est justement ce qui m'a permis de comprendre que ce n'est pas vraiment le volume qui détermine le son, mais les changements dans le volume (i.e la fréquence).
  Ici le haut parleur n'a nullement besoin de vibrer puisqu'il doit jouer à la même amplitude. Et pas de vibration, pas de son. Sauf à la première milliseconde et à la dernière où le haut parleur passe du volume 0 au volume 200 et du 200 au 0.
• Dans ce second fichier, on entend le même son tout le temps, au même volume. C'est normal : alternance de 100 et de 200 <=> son de volume moyen 150 de fréquence quelque chose.
• Le troisième fichier montre un son grave d'une demi-seconde puis un son plus aigu d'une demi-seconde aussi. Normal encore, la fréquence de la deuxième partie est deux fois plus grande.

Ce sont donc les variations de volume et non pas le volume qui obligent le haut parleur à vibrer et donc à produire du son.

Format précis du fichier wav

Pour faire simple on aura donc RIFF, n*44100 + 32, WAVmft , 16, 1, 1, 44100, 1, 1, 1, data, puis n*44100 octets décrivant le volume sur chaque 1/44100 ème de seconde.

Lorsque le volume est sur 2 octets (pour plus de précision) il faut donner un nombre entre -32767 et 32767, et entre 0 et 255 quand c'est sur un octet.

Source C++ du programme générant les fichiers son précédents

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