Audio lossless, qualité Hi-Fi ou CD, Flac, Hi-Res : comment en profiter au mieux ?

Pour bien comprendre ce qu’est le son lossless de qualité CD ou Hi-Res, un petit rappel historique s’impose. On ne va pas remonter à l’invention du phonographe, mais il est intéressant d’expliquer pourquoi le son est devenu numérique. Car, avant ça, l’audio était analogique, stocké sur des supports à durée de vie limitée. Le disque vinyle et les cassettes à bande magnétique étaient fragiles et s’usaient inexorablement.

Dans les années 1970, Philips et Sony décident donc de travailler sur une nouvelle technologie de stockage pérenne, qui n’impliquerait plus de graver un sillon ou de magnétiser une bande en fonction des impulsions électriques d’un signal audio, mais de décrire ce signal numériquement, soit sous forme de 1 et de 0.

Le Compact Disc, père de tous les formats audio numériques

En 1982, sous la houlette de Philips et Sony, naît donc le Compact Disc, sur lequel la musique est stockée sous forme numérique, après un échantillonnage et une quantification selon la technique PCM (Pulse Code Modulation).

Le principe même de cette numérisation est posé dès 1960 avec le théorème de Shannon, qui énonce que la description d’un signal électrique nécessite un nombre d’échantillons équivalent au double de la plus haute fréquence de ce signal. Comme notre oreille perçoit jusqu’à 20 000 hauteurs de sons différentes — soit 20 000 Hertz — il est décidé de prélever, chaque seconde, 44 100 échantillons pour les CD audio.

En temps réel, chaque échantillon audio sur ce support est décrit avec seize zéros et uns (16 bits), ce qui correspond à un débit binaire de 1,411 Mbps (44100x16x2 canaux). Autrement dit, chaque Hertz que notre oreille entend est décrit grosso modo avec… 4 octets. Ce n’est pas beaucoup, mais à l’époque, on ne sait pas mieux faire, et puis l’écart qualitatif avec les cassettes magnétiques est saisissant.

Une dématérialisation inévitable et compliquée

L’avènement des micro-ordinateurs avec lecteur de CD-Rom, dans les années 1990, va entraîner la dématérialisation du CD-Audio. Mais il y a un hic. Les disques durs d’alors ont une capacité de quelques dizaines de méga-octets seulement, ce qui empêche de transférer le contenu d’un CD-Audio qui « pèse » environ 700 Mo. Impossible également d’envisager le streaming via Internet, les modems analogiques proposant des débits 30 fois inférieurs à celui d’un signal PCM 16/44. C’est même totalement utopique à l’époque. Enfin pas pour tout le monde, car à l’institut Fraunhöffer, on travaille précisément à la compression des signaux PCM, avec un codec qui va révolutionner le son numérique.

certains sons jugés peu utiles sont tout bonnement supprimés

Le format MP3 est un véritable game changer : avec lui le, débit d’un flux PCM 16 bits/44,1 kHz est réduit de 1,411 Mbps à 128 kbps, moyennant une perte de qualité « acceptable ». Cette division par dix du débit implique une compression destructive (lossy en anglais) : certains sons jugés peu utiles sont tout bonnement supprimés, selon des modèles psychoacoustiques complexes. Par ailleurs, la réponse en fréquence et la marge dynamique sont réduites. À l’écoute, une musique au format MP3 offre une scène sonore moins vaste, un registre grave moins ample et tonique, ainsi qu’une reproduction des hautes fréquences moins fluide.

Ces remarques sont d’ailleurs valables pour tous les codecs audio destructifs : l’AAC porté par Apple, le Vorbis utilisé par Spotify, l’AC3 de Dolby, ou même le SBC et l’aptX, réservés ces derniers à la transmission Bluetooth. Quoiqu’il en soit, ces nouveaux codecs permettent d’écouter de la musique autrement qu’avec le seul lecteur de Compact Disc : avec eux naissent les radios web, l’iPod puis les casques audio sans fil.

L’essor de la compression audio lossless et des fichiers Flac et Alac

Pour autant, d’autres méthodes de compression non destructives sont ensuite développées, afin de préserver totalement l’intégrité du flux PCM 16/44. Au début des années 2000 apparaissent les codecs FLAC (Free Lossless Audio Codec) puis ALAC (Apple Lossless Audio Codec), qui emploient une compression lossless dérivée de l’algorithme LZW utilisé pour l’archivage des données (ZIP, RAR, etc.). Avec eux, le débit d’un flux CD 16 bits à 44,1 kHz est réduit de 1,411 Mbps à des valeurs moyennes comprises entre 600 kbps et 900 kbps — selon la complexité du signal audio. Le gain en bande passante, essentiel pour le stockage ou le streaming, n’est pas énorme, mais la qualité originale est totalement préservée.

La nécessité d’un son HD

Le son de qualité CD a depuis toujours ses détracteurs chez les audiophiles, qui lui reprochent un manque de transparence et de naturel, en comparaison du disque vinyle. En cause : l’échantillonnage jugé bien trop faible et qui accorde par ailleurs une importance égale à toutes fréquences, alors que notre oreille est surtout sensible aux médiums. Qui plus est, le théorème mathématique utilisé ne traitait pas spécifiquement des signaux audio, mais globalement des signaux électriques.

Ainsi, dès 1999, Sony lance le Super Audio CD (SACD), qui propulse l’échantillonnage du signal audio à 2,8 millions de prélèvements par seconde — soit 64 fois la résolution du CD-Audio. Plus musical, le SACD ne touche toutefois pas un large public, car il nécessite une platine de lecture spécifique très onéreuse. En outre, le catalogue d’albums n’est pas étoffé. Pour autant, l’idée d’un échantillonnage et d’une quantification plus importants fait son chemin dans les studios d’enregistrement. Les ingénieurs du son travaillent avec des flux PCM jusqu’à 32 bits et 384 kHz. À l’écoute — avec un matériel de qualité — les bénéfices sont évidents : transparence, marge dynamique accrue et timbres plus réalistes.

Dès 2008, HDTracks propose au téléchargement des albums au format FLAC 24 bits / 96 kHz, rejoint rapidement par Qobuz, et plus récemment par Tidal et Apple Music. Le débit moyen de ces fichiers FLAC ou ALAC varie de 2 à 8 Mbps, selon le niveau d’échantillonnage.

Entend-on vraiment la différence entre qualité CD et Hi-Res ?

Oui, mais à la condition d’utiliser un matériel d’écoute de bonne qualité. Les écouteurs fournis avec les baladeurs ou les enceintes Bluetooth miniatures sont par exemple à proscrire, car avec eux, un fichier FLAC 24 bits 192 kHz sonnera comme un MP3. En outre, la façon dont un album est masterisé en studio est très importante. Certains ingénieurs du son écrasent la dynamique afin de favoriser une meilleure intelligibilité sur du matériel d’écoute d’entrée de gamme. D’autres privilégient les écarts dynamiques et ainsi toute la saveur de la prise de son et du timbre des instruments.

Pour trier le bon grain de l’ivraie, on peut jeter un œil au site dr.loudness-war.info, qui mesure et indexe la marge dynamique de très nombreux albums. En somme, si vous écoutez des albums bien mixés sur un matériel d’écoute de bonne qualité, le son Hi-Res Audio fait une réelle différence.

Le label Hi-Res Audio

Pour aider les consommateurs à identifier les baladeurs, amplis ou casques capables de prendre en charge les signaux audio HD 24 bits, un consortium industriel japonais (Jeita) lance le label Hi-Res Audio en 2014. On voit alors apparaître chez Sony, Pioneer ou encore Onkyo, des amplis, casques, baladeurs, smartphones ou enceintes certifiés Hi-Res Audio. Le point commun de ces appareils est la prise en charge native des flux audio HD 24 bits jusqu’à 192 kHz, grâce à un DAC intégré (Digital to Analog Converter). En outre, certains périphériques audio non numériques (casques, enceintes…) sont également certifiés Hi-Res Audio, car leur réponse en fréquence s’étend jusqu’à 40 kHz.

Cependant, le label Hi-Res Audio est une licence payante que certains fabricants renoncent à acquérir, alors que leurs produits sont pourtant capables de prendre en charge les flux audio 24 bits et 192 kHz. Par exemple, tous les smartphones sous Android 10 prennent en charge l’audio HD.

Pour résumer, on parle de :

• Qualité CD pour les flux PCM 16 bits / 44,1 kHz compressés en FLAC ou ALAC
• Qualité HD ou Hi-Res pour les flux PCM 24 bits / 192 kHz et +, compressés en FLAC ou ALAC.

Notons par ailleurs que, pour les appareils Bluetooth, la norme Hi-Res Audio Wireless est différente. Pour profiter de ce logo, les appareils compatibles doivent prendre en charge des codecs audio Bluetooth spécifiques comme le LDAC, le LHDC, le LC3plus ou le SCL6. Ces quatre codecs ont en commun de permettre une transmission sans fil jusqu’à 24 bits à 96 kHz. On n’est donc pas au niveau du décodeur Hi-Res classique à 192 kHz.

Comment profiter de la musique en qualité CD ou Hi-Res ?

Tout d’abord, il est nécessaire de souscrire un abonnement auprès d’un service de musique en ligne, proposant le streaming ou le téléchargement en qualité CD ou Hi-Res. Apple Music, Qobuz, Tidal, Amazon Music ou Deezer figurent parmi les choix possibles. Spotify devrait prochainement suivre. Ensuite, plusieurs configurations sont envisageables.

Avec un smartphone en Bluetooth

Depuis l’iPhone 7, la tendance est clairement à la suppression de la sortie casque mini-jack, au profit d’une transmission du son en Bluetooth. Malheureusement, l’évolution de la norme Bluetooth ne va pas dans le sens d’un accroissement de la bande passante dévolue à l’audio, mais au contraire vers une réduction de la consommation d’énergie — pour préserver les batteries des smartphones, casques et écouteurs Bluetooth.

Depuis 15 ans, la bande passante exploitable pour l’audio (profil A2DP) n’a que peu évolué et aucun fabricant ne s’est risqué à exploiter de débit supérieur à 1 Mbps, faute de stabilité. Sur le papier, c’est suffisant pour transférer un flux de qualité CD compressé sans perte. D’ailleurs, les codecs LDAC ou LHDC — utilisés pour le Hi-Res Audio Wireless — exploitent jusqu’à 900 kbps de bande passante environ et offrent une transmission sans perte en Bluetooth. Mais en pratique, ce débit est dynamiquement réduit, lorsque la liaison radio est mauvaise. Dans ce cas, la compression devient détériorante. Quant à l’audio Hi-Res classique, aucun codec Bluetooth ne permet de le transmettre sans perte.

Voici un petit rappel des principaux codecs audio Bluetooth et de leurs capacités :

• SBC : 16 bits / 44,1 kHz max, débit jusqu’à 345 kbps (lossy)
• AAC : 16 bits / 44,1 kHz max, débit jusqu’à 256 kbps (lossy)
• aptX : 16 bits / 44,1 kHz max, débit jusqu’à 384 kbps (lossy)
• aptX HD : 24 bits / 48 kHz max, débit jusqu’à 576 kbps (lossy)
• aptX adaptative : 24 bits / 96 kHz max, débit jusqu’à 420 kbps (lossy)
• aptX Lossless : 16 bits / 44,1 kHz max, débit jusqu’à 1 Mbps (potentiellement lossless en qualité CD, lossy en HD)
• LDAC : 24 bits / 96 kHz max, débit jusqu’à 990 kbps (potentiellement lossless en qualité CD, lossy en HD)
• LHDC : 24 bits / 96 kHz max, débit jusqu’à 900 kbps (potentiellement lossless en qualité CD, lossy en HD)

Bilan, l’audio lossless en Bluetooth, c’est possible, mais uniquement en qualité CD, avec les codec LDAC et LHDC, et à condition que la liaison radio ne soit pas perturbée. Dans les transports en commun, c’est clairement mission impossible.

Avec un smartphone à sortie casque

Tous les smartphones fonctionnant sous Android 10 et suivants prennent en charge les flux audio de qualité CD et HD, jusqu’à 24 bits et 192 kHz. Les modèles avec sortie mini-jack peuvent ainsi être utilisés avec un casque ou des écouteurs filaires. Le DAC, intégré au SoC est très bon, mais l’ampli casque, également intégré au SoC, est conçu pour consommer le moins de courant possible. Par conséquent, les performances audio sont bonnes, sans être exceptionnelles.

Avec un smartphone et un DAC externe

Une solution plus qualitative consiste à externaliser la conversion numérique-analogique, ainsi que l’alimentation du casque ou des écouteurs. Pour cela, il convient d’utiliser un DAC externe. Cela peut être l’adaptateur USB-C fourni avec certains smartphones, qui intègrent un DAC et un ampli casque miniaturisés, compatibles audio HD jusqu’à 24 bits et 192 kHz. La qualité de ce genre d’adaptateur est moyenne et, pour profiter d’un son plus charpenté et défini, mieux vaut se tourner vers des DAC nomades, par exemple ceux de fabricants tels qu’Astell&Kern, Audioquest, FiiO ou iBasso.

Avec un baladeur audiophile

Conçus pour lire les fichiers audio de qualité CD et HD depuis une carte mémoire, les baladeurs embarquent le plus souvent une paire de DACs  — un par canal — afin de réduire la distorsion et améliorer la séparation des canaux. Leur ampli casque est calibré pour alimenter autant les écouteurs que les casques réputés difficiles à piloter. Enfin, ces lecteurs nomades peuvent se transformer en DAC USB externe et fonctionner de pair avec un smartphone, ou n’importe quel ordinateur. Astell&Kern, FiiO, iBasso, mais aussi Cowon ou Sony sont spécialisés dans la conception de baladeurs audiophiles.

Avec une enceinte connectée

La plupart des enceintes Wi-Fi sont compatibles avec l’audio lossless, le plus souvent via des protocoles de transmission propriétaires : Apple AirPlay 2, Yamaha MusicCast, Google Chromecast ou encore Sonos. Pour écouter de la musique en qualité CD ou HD lossless, il faut être abonné à un service de streaming adéquat et piloter l’enceinte avec son smartphone. Mais il ne faut pas attendre monts et merveilles de ce type d’enceintes, qui servent davantage à produire une ambiance sonore qu’à créer une scène précise et réaliste. Avec elles, la différence entre son compressé et lossless n’est que rarement évidente. Mais il y a des exceptions : Naim mu-so 2, Cabasse The Pearl ou Devialet Phantom, par exemple.

Avec un ampli connecté et des enceintes hi-fi

Si votre souhait est d’utiliser un smartphone pour écouter en streaming de la musique sur des enceintes acoustiques, le choix de raison est celui d’un ampli hi-fi connecté. Les composants embarqués, notamment le DAC, sont servis par une alimentation généreuse en courant, ce qui en optimise le fonctionnement. Ce type d’ampli est proposé par les grandes marques de la hi-fi que sont Yamaha, Denon, Marantz, Rotel ou NAD. La plupart intègrent les principaux protocoles de streaming. Et si vous jetez votre dévolu sur un ampli hi-fi à l’ancienne, sans DAC ni Wi-Fi, il est toujours possible de lui adjoindre un lecteur réseau compatible Apple AirPlay 2, Yamaha MusicCast ou encore Google Chromecast.

Quels services de streaming proposent une qualité CD ou Hi-Res ?

En streaming aussi il est possible d’écouter des titres en qualité CD ou en qualité Hi-Res. La plupart des services proposent désormais de profiter d’une meilleure qualité que le simple MP3. Surtout, ces offres sont de plus en plus souvent proposés dès les forfaits premium de base, sans avoir à payer de supplément.

• Amazon Music : FLAC 24 bits / 192 kHz (qualité Hi-Res)
• Apple Music : ALAC 24 bits / 192 kHz (qualité Hi-Res)
• Deezer : FLAC 16 bits / 44,1 kHz (qualité CD)
• Qobuz : FLAC 24 bits / 192 kHz (qualité Hi-Res)
• Tidal : FLAC 16 bits / 44,1 kHz (qualité CD)

Notons par ailleurs que Tidal permet également de passer à une offre HiFi Plus, pour 19,99 euros par mois contre 9,99 euros pour l’offre de base, intégrant des titres en qualité Hi-Res en 24 bits à 192 kHz.

De leur côté, Spotify et YouTube Music restent cependant limités à des titres compressés, en ogg vorbis à 320 kbps au mieux pour Spotify et en AAC à 256 kbps pour YouTube Music. Spotify a bien annoncé vouloir proposer une qualité CD au début de l’année 2021, mais le lancement de cette fonctionnalité se fait toujours attendre.