Enregistrement audio, disque compact
Le disque compact (CD) a mis la technologie d’enregistrement et de lecture numérique à la portée du ménage moyen. Il offrait une qualité de reproduction sonore suffisamment bonne pour satisfaire l’audiophile, une durée d’enregistrement sans précédent dans un format compact et un système qui n’endommageait pas la qualité sonore à l’usage.
Ces qualités l’ont rendu bien supérieur au disque vinyle micro-rainuré pour la reproduction du son, et ont rendu cette technologie à longue durée de vie obsolète dans la décennie qui a suivi son introduction. La technologie utilisée dans ce produit a été appliquée à une variété d’utilisations, des systèmes de stockage et de récupération de données à un disque audio et vidéo intégré (lecture uniquement) pour l’utilisateur à domicile.
Méthodes de sauvegarde
Les méthodes de sauvegarde et de reproduction des données ont été un domaine de recherche majeur pour les ingénieurs et les scientifiques à partir du XIXe siècle. De nombreuses technologies développées ont trouvé des applications dans l’audio domestique, des cylindres de cire rotatifs d’Edison dans les années 1880 aux bandes magnétiques dans les années 1940.
À chaque étape, la précision de la reproduction, la gamme de fréquences sonores capturées et la durabilité du support d’enregistrement ont été progressivement améliorées pour atteindre son apogée avec le disque compact.
Dans les années 1960 et 1970, des technologies issues de plusieurs domaines différents de cette recherche ont été combinées dans un système d’encodage et de récupération numériques utilisant des lecteurs optiques pour récupérer les données et un échantillonnage informatique pour transformer le son analogique en code numérique. Une grande partie de la recherche visait l’enregistrement vidéo, mais elle a rapidement été appliquée à l’audio.
De nombreux scientifiques et dirigeants d’entreprise impliqués dans cette recherche d’entreprise étaient des audiophiles qui voulaient une méthode supérieure de sauvegarde et de reproduction du son. Le disque vinyle rotatif et le système d’estampillage des copies maîtresses ont fourni des paradigmes importants dans l’effort de recherche. Le disque compact a été introduit pour la première fois en tant que produit commercial en 1982 par Sony Corporation du Japon et Philips electronics des Pays-Bas.
Les recherches qui ont conduit au CD ont été menées aux États-Unis, au Japon et en Europe. James T. Russell, physicien a inventé un système d’utilisation de la lumière pour lire du code binaire dans les années 1960. En 1970, il disposait d’un système d’enregistrement numérique-optique utilisant de minuscules morceaux de lumière et d’obscurité – chacun d’environ 1 micron de diamètre – intégrés sur un plateau photosensible.
Un laser a lu les minuscules motifs et un ordinateur a converti le code binaire en un signal électrique qui pouvait être converti en flux audio ou vidéo. I.S. Reed et G. Solomon ont publié en 1960 un code de correction d’erreurs multiples qui serait utilisé dans l’encodage des données sur les CD pour détecter et corriger les erreurs.
Au Japon, l’Institut de recherche technique NHK a présenté en 1967 un enregistreur audio numérique à modulation de code d’impulsion (PCM) qui échantillonnait le son et enregistrait les données binaires sur bande vidéo. Deux ans plus tard, Sony a introduit un enregistreur PCM, et en 1978, il a proposé un processeur audio numérique et un éditeur, le PCM-1600, aux maisons de disques et aux stations de radio, qui les utilisaient pour faire des enregistrements maîtres.
Klaas Compaan
L’idée du disque compact est généralement attribuée à Klaas Compaan, un physicien travaillant pour la société Philips. En 1969, il s’est rendu compte qu’un système RCA d’estampillage de copies d’hologrammes pouvait être utilisé pour reproduire des disques contenant des images vidéo.
Avec son collègue Piet Kramer, il a conçu un disque de verre sur lequel ils ont enregistré des signaux vidéo, ainsi qu’une piste de fossettes pour enregistrer le signal sonore analogique, qui ont été lus avec un faisceau laser. Ils sont ensuite passés à l’enregistrement d’un code numérique sur le disque et ont utilisé un convertisseur numérique-analogique pour reproduire le son du flux binaire codé.
Dans les années 1970, Philips, Sony et plusieurs autres sociétés ont introduit des systèmes numériques pour économiser de la vidéo et de l’audio. En 1978, 35 fabricants d’enregistreurs numériques se réunissent à Tokyo. Philips a pris l’initiative d’établir des normes pour le format du système audio : le diamètre du disque a finalement été fixé à 120 millimètres ; la fréquence d’échantillonnage devait être de 44,1 kHz ; et une norme de 16 bits a été adoptée pour l’encodage du signal audio. Cela a permis d’enregistrer 74 minutes de son sur le disque. Les fabricants ont convenu d’exécuter la piste de données de l’intérieur vers l’extérieur du disque et d’utiliser un matériau en polycarbonate (développé par Polygram, une filiale de Philips) pour le substrat du disque.
Philips et Sony ont collaboré au développement de prototypes et, en 1980, ils ont proposé un ensemble de normes dont l’adoption mondiale a été un facteur important dans le succès du disque compact. En 1983, les CD ont été introduits pour la première fois aux États-Unis et 800 000 disques ont été vendus. En 1986, 53 000 000 d’exemplaires ont été vendus. En 1990, on estimait à 1 milliard le nombre de CD vendus dans le monde. Quelques années après l’introduction du lecteur de disque compact, des unités plus petites étaient disponibles comme autoradios et systèmes audio personnels.
Plusieurs autres produits ont rapidement été développés à partir des technologies utilisées dans les disques compacts. Dans les années 1980, des disques vidéo compacts d’un diamètre de 120 à 300 mm ont été introduits. Les CD-ROM (Read Only Memory) ont été développés comme systèmes de stockage de données de grande capacité pour les ordinateurs.
Dans les années 1990, la technologie CD-I (interactive) a été introduite pour fusionner des combinaisons interactives de sons, d’images, de textes informatiques et de graphiques en un seul format. Un système combiné de disques audio et vidéo de 120 mm (Digital Versatile Disk) a été lancé en 1996, qui a ensuite défié avec succès le magnétophone à cassettes vidéo VHS.
Le disque compact s’est rapidement avéré bien supérieur à son cousin éloigné en vinyle. Non seulement il sonnait mieux et contenait beaucoup plus de musique, mais il était également exempt de rayures et de bruits de fond qui étaient devenus une partie acceptée de l’enregistrement et de la reproduction du son.
Pourtant, il n’a pas réussi à déloger la cassette compacte à bande magnétique de sa position prééminente dans l’audio domestique parce qu’il s’agissait d’un format uniquement en lecture. L’union de Sony et Philips a été rompue en 1981 et les deux sociétés se sont séparées pour développer la technologie des disques compacts et concevoir un enregistreur approprié.
Plusieurs systèmes différents ont été introduits dans les années 1990, allant de l’enregistreur Mini Disk de Sony au CD-R enregistrable utilisé dans les ordinateurs personnels. La popularité du téléchargement de fichiers MP3 à partir d’Internet et de la gravure du son sur des CD-R enregistrables a fait de ce format le successeur le plus probable de la cassette.
Méthodes mécaniques
La méthode mécanique d’enregistrement du son a été inventée par Thomas A. Edison en 1877. Avec l’aide de la production de masse de copies enregistrées pour le divertissement, les phonographes à cylindre, puis les phonographes à disque sont devenus une industrie majeure au cours du premier quart du XXe siècle.
Cependant, l’amplification électronique n’était pas disponible. La recherche moderne a montré quelques exemples d’amplification pneumatique, et il y a aussi eu des expériences utilisant des approches électroniques. Le premier disque publié connu pour avoir été réalisé à l’aide d’un amplificateur électronique est les enregistrements de Guest et Merriman lors du service funéraire du guerrier inconnu à l’abbaye de Westminster le 11 novembre 1920 (spécifiquement pour le Fonds de restauration de l’abbaye et non une question commerciale).
Plusieurs composants étaient nécessaires aux expérimentateurs : un microphone, un amplificateur électronique, un système de haut-parleurs pour entendre ce qui était enregistré et éviter les surcharges, et un dispositif électromécanique qui transmuterait fidèlement le signal amplifié en vibrations mécaniques pour découper un sillon dans la cire avec un bruit de fond supplémentaire négligeable. À l’époque, la gravure de disques et les moyens de presser des disques solides étaient des secrets commerciaux.
American Telephone and Telegraph Company
Les percées vitales ont eu lieu à l’American Telephone and Telegraph Company (AT&T) après la Première Guerre mondiale, lorsque leur section de recherche, Bell Laboratories, a commencé des études pour améliorer la communication téléphonique transcontinentale. E.C. Wente a développé un microphone en 1916, et en 1924, Henry C. Harrison a développé une théorie élaborée de « l’impédance appariée » pour envoyer la parole sur de longues distances sans pertes.
Il s’est rendu compte que les mêmes principes pouvaient être utilisés pour la reproduction et l’enregistrement fidèles du son enregistré mécaniquement. Son équipe a traduit ces études électriques en utilisant des « analogies ». Par exemple, une capacité électrique pourrait être considérée comme analogue à un ressort mécanique ou à l’élasticité de l’air dans un espace confiné. Sur la base de ces analogies, l’équipe a conçu un système complet, comprenant un microphone, un amplificateur, un haut-parleur et un cutter ; et un reproducteur mécanique amélioré pour juger des résultats.
Les idées ont été commercialisées par la société de fabrication et de licence d’AT&T, Western Electric. Pour autant que l’on puisse l’établir, le système d’enregistrement Western Electric a été utilisé pour la première fois commercialement à New York le 25 février 1925. Quelques exemples antérieurs sont maintenant connus, et certains ont été publiés.
L’amplificateur Western Electric a été développé à l’origine à des fins de sonorisation et utilisait des vannes électroniques ou des tubes à vide. Plusieurs autres systèmes d’enregistrement à amplification électronique sont immédiatement apparus, démontrant que des recherches parallèles avaient eu lieu ; Mais une quantité relativement faible d’amplification électronique peut souvent compenser les inefficacités thermodynamiques classiques. Parmi les nouveaux systèmes figuraient les inventions de P.G.A.H. Voigt pour la British Edison Bell Company et du capitaine H. Round pour la British Marconi Company, qui ont tous deux développé des microphones alternatifs.
Un microphone transforme le son en électricité alternative et doit introduire une faible distorsion dans les fréquences captées. Il doit avoir la même réponse en fréquence dans toutes les directions, et sa linéarité aux formes d’onde acoustiques doit être uniforme.
Cependant, à la fin du XXe siècle, l’amplification électronique n’avait pas permis d’enregistrer des sons extrêmement faibles (détectables par une oreille humaine saine). Il y avait toujours du bruit aléatoire provenant de causes acoustiques, de causes électroniques et d’inefficacités dans les transducteurs acoustiques-mécaniques. Les utilisateurs de microphones devaient sélectionner un instrument adapté à l’application proposée.
Premières expériences
Bien que les premières expériences sonores sur film optique n’aient probablement pas utilisé d’amplification électronique, Western Electric et la société fusionnée RCAVictor ont développé des méthodes indépendantes d’enregistrement du son sur film optique à l’aide de l’électronique. Ici, les deux méthodes devaient être « compatibles » pour que n’importe quel film puisse être projeté dans n’importe quelle salle, et cette situation est restée vraie à quelques exceptions près jusque dans les années 1980.
Les studios de cinéma ont fourni deux nouvelles techniques électroniques largement comprises aujourd’hui, mais beaucoup moins avant les années 1960. La « limitation automatique du volume » protégeait les fragiles « soupapes lumineuses », avec pour effet secondaire d’améliorer l’intelligibilité de la parole pour la reproduction cinématographique.
Les difficultés d’enregistrement des langues étrangères ont conduit à ce que l’on appelle aujourd’hui « l’enregistrement multipiste », dans lequel deux sons ou plus enregistrés à des moments différents pouvaient être maintenus en synchronisme et modifiés au besoin. Hollywood a développé le principe des trois bandes sonores synchrones pour la musique, les effets sonores et les dialogues, afin de faciliter l’adaptation des films pour les marchés étrangers.
La deuxième technique était la « rétroaction négative ». Ce principe a permis d’échanger un haut degré d’amplification à d’autres fins en réinjectant une partie de la sortie (inversée en phase) vers un étage précédent. Dans ce processus, la non-linéarité et les écarts de réponse en fréquence peuvent être réduits. Des transducteurs mécaniques pourraient être construits avec »retour de mouvement » avec les mêmes résultats.
Dans l’enregistrement sonore, le retour de mouvement a été utilisé pour la première fois dans les équipements de disque de la National Association of Broadcasters in America. Il s’agissait d’un système différent de celui utilisé dans l’enregistrement commercial, et en raison du déclenchement de la Seconde Guerre mondiale, la mise en œuvre commerciale de ce principe a été retardée jusqu’en 1949. Cependant, il aurait été impossible de couper des disques stéréophoniques sans retour de mouvement.
Théorie classique de l’information analogique
La théorie classique de l’information analogique stipulait que la gamme de fréquences pouvait être échangée contre le besoin d’amplification. Au début des années 1930, les films et les disques mécaniques étaient limités à une gamme de fréquences supérieures d’environ 5 kHz. Cette gamme a été progressivement élargie en remplaçant l’amplification par l’efficacité électromécanique.
Il est généralement admis que la gamme complète de fréquences audio a été réalisée pour la première fois par la société anglaise Decca en 1944 (en tant que dérivée de la recherche sur la guerre). Une limite supérieure de 14 kHz a été obtenue pour les microphones, les amplificateurs et les capts de disque.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, des ingénieurs allemands ont redécouvert une invention américaine brevetée pour réduire la distorsion harmonique sur les supports magnétiques due à l’hystérésis. Le principe de polarisation du courant alternatif par ultrasons a considérablement amélioré la linéarité et réduit le bruit de fond de la bande magnétique, provoquant de nombreux débats sur le fonctionnement précis du principe, qui n’a toujours pas reçu d’explication complète.
Dans l’enregistrement sonore analogique, un élément utile de retour d’information se produit avec ce processus. Si une petite particule de saleté s’infiltre entre la bande et la tête d’enregistrement, les basses descendent et les aigus montent. Lorsque l’électronique est correctement configurée, ces effets s’annulent mutuellement ; Et c’est ainsi que la bande magnétique analogique est devenue le format de mastering préféré des professionnels.
Ce format nécessitait encore plus d’amplification ; Mais au milieu des années 1950, la bande magnétique était beaucoup plus simple et moins chère que l’enregistrement mécanique ou optique, de sorte qu’elle est restée la technologie préférée pour l’enregistrement analogique jusqu’à la fin du siècle. L’enregistrement audio numérique à l’aide de bandes magnétiques et de méthodes optiques a commencé à le dépasser après 1980 environ, mais aucun microphone entièrement numérique n’a été développé.
