Sound — sampling and file size · Son — échantillonnage et taille de fichier
| English | Français |
|---|---|
| analogue data/ˈænəlɒɡ ˈdeɪtə/ | données analogiques |
| digital data/ˈdɪdʒɪtl ˈdeɪtə/ | données numériques |
| sampling/ˈsæmplɪŋ/ | l'échantillonnage |
| amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ | amplitude |
| sampling rate/ˈsæmplɪŋ reɪt/ | fréquence d'échantillonnage |
| sampling resolution/ˈsæmplɪŋ ˌrezəˈluːʃn/ | résolution d'échantillonnage |
| quantisation noise/ˌkwɒntaɪˈzeɪʃn nɔɪz/ | bruit de quantification |
Why the phone makes you sound thin
- A telephone call samples your voice 8,000 times a second. A CD samples the same voice 44,100 times a second. Your voice has not changed; the phone simply throws away everything above about 3.4 kHz.
- That is why a phone call is perfectly intelligible and unmistakably thin: speech lives below 3.4 kHz, but the sparkle of a cymbal or a hard
ssound does not. - The choice was not laziness. It was a calculation: sample fast enough to carry speech, and no faster, because every extra sample costs bandwidth on every call in the country.
- This lesson is how a continuous sound becomes numbers, the two settings that control quality and size, and the calculation the exam asks for.
Pourquoi le téléphone vous fait paraître maigre
- Un appel téléphonique échantillonne votre voix 8,000 fois par seconde. Un CD échantillonne la même voix 44,100 fois par seconde. Votre voix n'a pas changé ; le téléphone se contente de rejeter tout ce qui se situe au-dessus d'environ 3.4 kHz.
- C'est pourquoi un appel téléphonique est parfaitement intelligible et incontestablement fin : la parole se situe en dessous de 3.4 kHz, mais la brillance d'une cymbale ou d'un son dur
sne s'y trouve pas. - Ce choix n'était pas de la paresse. C'était un calcul : échantillonner assez vite pour transmettre la parole, et pas plus vite, car chaque échantillon supplémentaire consomme de la bande passante sur chaque appel du pays.
- Cette leçon explique comment un son continu devient des nombres, les deux paramètres qui contrôlent la qualité et la taille, ainsi que le calcul demandé à l'examen.
Analogue and digital
- Sound in the real world is a continuous pressure wave: analogue data 模拟数据, which varies smoothly and takes infinitely many values.
- A computer stores digital data 数字数据: discrete numbers. Converting one to the other is sampling 采样.
- Sampling measures the wave's amplitude 振幅, its height, at regular time intervals, and stores each measurement as a binary number.
The smooth wave becomes a row of numbers
Analogique et numérique
- Le son dans le monde réel est une onde de pression continue : données analogiques 模拟数据, qui varient de manière fluide et prennent infiniment de valeurs.
- Un ordinateur stocke des données numériques 数字数据 : des nombres discrets. Convertir l'un en l'autre s'appelle l'échantillonnage 采样.
- L'échantillonnage mesure l'amplitude 振幅 de l'onde, c'est-à-dire sa hauteur, à intervalles de temps réguliers, et stocke chaque mesure sous forme de nombre binaire.
L'onde lisse devient une rangée de nombres
What does sampling do? · Que fait l'échantillonnage ?
Sampling turns a continuous analogue wave into discrete digital values. Removing inaudible frequencies is lossy compression, a different step. · L'échantillonnage transforme une onde analogique continue en valeurs numériques discrètes. La suppression des fréquences inaudibles est une compression avec perte, étape distincte.
The two settings
- Sampling rate 采样率 is the number of samples taken per second, measured in hertz. CD quality is 44.1 kHz; a telephone uses 8 kHz.
- Sampling resolution 采样分辨率 (sample bit depth) is the number of bits used to store each sample's amplitude. CD quality is 16 bits, giving 65,536 possible levels.
- The rate controls which pitches survive; the resolution controls how precisely each measurement is stored.
Les deux paramètres
- Sampling rate 采样率 est le nombre d'échantillons prélevés par seconde, mesuré en hertz. La qualité CD est 44.1 kHz ; un téléphone utilise 8 kHz.
- La résolution d'échantillonnage 采样分辨率 (sample bit depth) est le nombre de bits utilisés pour stocker l'amplitude de chaque échantillon. La qualité CD est 16 bits, offrant 65,536 niveaux possibles.
- La fréquence contrôle quelles fréquences survivent ; la résolution contrôle avec quelle précision chaque mesure est stockée.
Sound sampling · Échantillonnage du son
y = a sin(bt + c)
Sampling measures a sound wave · onde sonore at regular intervals — a higher rate copies it more truly. · L'échantillonnage mesure une onde sonore à des intervalles réguliers ; un taux plus élevé la reproduit plus fidèlement.
The sampling rate of a digital sound is: · Le taux d'échantillonnage d'un son numérique correspond à :
Sampling rate = samples per second (hertz). The bits per sample is the sample resolution. · Taux d'échantillonnage = échantillons par seconde (hertz). Le nombre de bits par échantillon est la résolution d'échantillonnage.
Put the steps of turning a sound into a digital file in order. · Placez les étapes de conversion d'un son en fichier numérique dans l'ordre correct.
Rate decides how often you measure; resolution decides how finely each measurement is rounded, and the rounding is where quantisation noise comes from. · Le taux détermine la fréquence des mesures ; la résolution détermine la finesse de l'arrondi, et c'est cet arrondi qui génère le bruit de quantification.
Sound file size
- Mono is one channel; stereo is two, which doubles the size.
- A 5-second mono clip at 8 kHz and 8 bits: $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits, which is 40,000 bytes.
Taille du fichier sonore
- Mono est un canal ; stéréo en a deux, ce qui double la taille.
- Un clip mono de 5 seconde à 8 kHz et 8 bits : $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits, ce qui correspond à 40,000 octets.
A 5-second mono clip is sampled at $8000\ \text{Hz}$ with 8-bit resolution. What is its size in bits? · Un extrait mono de 5 secondes est échantillonné à $8000\ \text{Hz}$ avec une résolution de 8 bits. Quelle est sa taille en bits ?
size · taille $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits. · taille $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits.
Sound file size in bits = sampling rate x sampling resolution x duration x ____. · Taille du fichier audio en bits = taux d'échantillonnage × résolution d'échantillonnage × durée × ____.
Mono is one channel, stereo two. Leaving the channel count out halves every stereo answer. · Mono correspond à un canal, stéréo à deux. Omettre le nombre de canaux divise par deux toutes les réponses pour la stéréo.
Worked example: a CD track
- A 10-second stereo clip is recorded at CD quality: 44.1 kHz, 16-bit. Find its size in MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ bits.
- Divide by 8 for bytes: $1\,764\,000$. Divide by $1024^2$: 1.68 MiB.
- Every mark is in the working: the four factors, one division by 8, and a stated prefix. Forgetting the two channels halves the answer.
Exemple résolu : une piste CD
- Un clip stéréo de 10 secondes est enregistré en qualité CD : 44.1 kHz, 16 bits. Trouvez sa taille en MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ bits.
- Diviser par 8 pour les octets : $1\,764\,000$. Diviser par $1024^2$ : 1.68 Mio.
- Chaque point est pris en compte dans le travail : les quatre facteurs, une division par 8, et un préfixe donné. Oublier les deux canaux divise la réponse par deux.
A 10-second stereo clip is sampled at 44100 Hz with 16-bit resolution. How many bits does it need? · Un clip stéréo de 10 secondes est échantillonné à 44100 Hz avec une résolution de 16 bits. Combien de bits cela nécessite-t-il ?
44100 x 16 x 10 x 2 = 14,112,000 bits, about 1.68 MiB. Leaving out the two channels halves the answer. · 44100 x 16 x 10 x 2 = 14,112,000 bits, soit environ 1.68 MiB. L'omission des deux canaux divise la réponse par deux.
A stereo recording is twice the size of the same mono recording at the same rate and resolution. · Un enregistrement stéréo a une taille double de celui en mono au même taux et avec la même résolution.
Channels multiply the size: two channels, twice the samples. The channel count belongs in the formula. · Les canaux multiplient la taille : deux canaux équivalent à deux fois plus d'échantillons. Le nombre de canaux figure dans la formule.
Changing the settings
- Higher sampling rate: higher pitches are captured, so the sound is more accurate, but the file is larger.
- Higher sampling resolution: each amplitude is stored in finer steps, so there is less quantisation noise 量化噪声, the roughness introduced when a smooth value is rounded to the nearest level; the file is larger.
- Lower of either: a smaller file and an audible loss of quality. As with images, answer in these terms, not "it sounds bad".
Modification des paramètres
- Fréquence d'échantillonnage plus élevée : les hautes fréquences sont capturées, donc le son est plus fidèle, mais le fichier est plus grand.
- Résolution d'échantillonnage plus élevée : chaque amplitude est stockée par paliers plus fins, donc il y a moins de bruit de quantification 量化噪声, le grain introduit lorsqu'une valeur continue est arrondie au niveau le plus proche ; le fichier est plus grand.
- Moins de l'un ou l'autre : un fichier plus petit et une perte de qualité audible. Comme pour les images, répondez selon ces termes, pas « ça sonne mal ».
Increasing the sampling rate will: · Augmenter le taux d'échantillonnage va :
A higher sampling rate captures higher frequencies (better quality) but increases the file size. · Un taux d'échantillonnage plus élevé capture des fréquences plus hautes (meilleure qualité) mais augmente la taille du fichier.
A higher sample resolution (more bits per sample) reduces quantisation noise. · Une résolution d'échantillonnage plus élevée (plus de bits par échantillon) réduit le bruit de quantification.
More bits give finer amplitude steps, so each sample is closer to the true value — less quantisation noise (but a larger file). · Plus de bits permettent des pas d'amplitude plus fins, rapprochant chaque échantillon de la valeur réelle — moins de bruit de quantification (mais un fichier plus gros).
Match each change to its main effect. · Reliez chaque modification à son effet principal.
Rate decides which pitches survive; resolution decides how precisely each sample is stored. · Le taux détermine quelles fréquences sont conservées ; la résolution détermine la précision de stockage de chaque échantillon.
Worked example: how fast must you sample?
- The sampling rate must be at least twice the highest frequency you want to keep.
- Human hearing reaches about 20 kHz. What is the minimum rate to capture it? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, which is why CD chose 44.1 kHz, a little above the minimum.
- A telephone samples at 8 kHz. What is the highest frequency it can carry? Half of 8 kHz, so 4 kHz, and in practice about 3.4 kHz. Speech fits; music does not.
Exemple résolu : à quelle vitesse devez-vous échantillonner ?
- La fréquence d'échantillonnage doit être au moins double de la fréquence la plus haute que vous souhaitez conserver.
- L'audition humaine s'étend jusqu'à environ 20 kHz. Quel est le taux d'échantillonnage minimum pour la capturer ? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, c'est pourquoi le CD a choisi 44.1 kHz, légèrement au-dessus du minimum.
- Un téléphone échantillonne à 8 kHz. Quelle est la fréquence maximale qu'il peut transmettre ? La moitié de 8 kHz, soit 4 kHz, et en pratique environ 3.4 kHz. La parole convient ; la musique non.
To capture frequencies up to $20\,000\ \text{Hz}$, what is the minimum sampling rate, in Hz? · Pour capturer des fréquences allant jusqu'à $20\,000\ \text{Hz}$, quel est le taux d'échantillonnage minimum, en Hz ?
The sampling rate must be at least twice the highest frequency: $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$. · Le taux d'échantillonnage doit être au moins double de la fréquence maximale : $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$.
A telephone samples at 8000 Hz. What is the highest frequency, in Hz, it can in principle carry? · Un téléphone échantillonne à 8000 Hz. Quelle est la fréquence la plus élevée, en Hz, qu'il peut théoriquement transporter ?
Half the sampling rate, since the rate must be at least twice the highest frequency kept. In practice a phone carries about 3.4 kHz. · La moitié de la fréquence d'échantillonnage, car celle-ci doit être au moins le double de la fréquence maximale conservée. En pratique, un téléphone transporte environ 3.4 kHz.
Trading quality against size
- Speech for a voice note: a low rate and resolution are enough, and the file is small.
- Music for distribution: CD settings or better, because listeners hear the difference.
- Live streaming: the rate and resolution are chosen to fit the available bandwidth, then lossy compression removes more.
- A "justify" answer names the setting, the effect on quality and the effect on size, tied to the use.
Équilibrer qualité et taille
- Parole pour un message vocal : une faible fréquence et une faible résolution suffisent, et le fichier est petit.
- Musique pour distribution : paramètres CD ou mieux, car les auditeurs entendent la différence.
- Streaming en direct : la fréquence et la résolution sont choisies pour tenir dans la bande passante disponible, puis une compression avec perte en retire davantage.
- Une réponse « justifier » nomme le paramètre, l'effet sur la qualité et l'effet sur la taille, liés à l'usage.
Marks that slip away
- Rate is samples per second; resolution is bits per sample. The question names one.
- Stereo is two channels. Leaving the channel count out of the formula halves every stereo answer.
- The minimum rate is twice the highest frequency wanted, not the same as it.
- Say quantisation noise, not "it sounds fuzzy". The syllabus term carries the mark.
Pièges qui font perdre des points
- La fréquence est des échantillons par seconde ; la résolution est des bits par échantillon. La question en nomme un.
- Le stéréo a deux canaux. Omettre le nombre de canaux dans la formule divise toutes les réponses stéréo par deux.
- La fréquence minimale est double de la fréquence la plus haute souhaitée, pas égale à celle-ci.
- Dites bruit de quantification, pas « ça sonne flou ». Le terme du programme porte le point.
You've got it
- sampling converts continuous analogue data into digital data by measuring the amplitude at regular intervals
- sampling rate = samples per second (CD 44.1 kHz), sampling resolution = bits per sample (CD 16)
- size in bits = rate $\times$ resolution $\times$ duration $\times$ channels; stereo doubles it
- higher rate or resolution means better accuracy, less quantisation noise and a larger file; the rate must be at least twice the highest frequency kept
Vous avez compris
- l'échantillonnage convertit des données analogiques continues en données numériques en mesurant l'amplitude à intervalles réguliers
- fréquence d'échantillonnage = échantillons par seconde (CD 44.1 kHz), résolution d'échantillonnage = bits par échantillon (CD 16)
- taille en bits = fréquence $\times$ résolution $\times$ durée $\times$ canaux ; le stéréo double la taille
- une fréquence ou une résolution plus élevées signifient une meilleure précision, moins de bruit de quantification et un fichier plus grand ; la fréquence doit être au moins double de la fréquence la plus haute conservée