La numérisation de la voix
En téléphonie analogique la bande passante est limitée entre 300 Hz et 3400 Hz ce qui couvre la majorité du signal de la voix. Il est d’ailleurs admis communément que l’étendue de la voix va de 60 Hz à 1500 Hz.
Pour numériser la voix la technique utilisée est basée sur une technique d’échantillonnage à l’aide d’un algorithme PCM (Pulse Code Modulation).
En théorie du traitement du signal le théorème de Nyquist-Shannon indique que pour ne pas perdre d’informations, il faut échantillonner, a minima, au double de la fréquence la plus haute du signal à échantillonner.
En téléphonie, la voix va donc être échantillonnée 8 000 fois par seconde (8kHz). Par ailleurs, pour chaque échantillon, il va falloir retenir une mesure du niveau sonore de la voix. Plus la mesure de ce niveau va être précise, plus la restitution finale va être proche de la réalité. Le compromis qui a été retenu, est une mesure sur 8 bits soit 256 niveaux d’intensité sonore.
Sans autres traitements, on peut aisément calculer qu’il faut disposer d’un débit de 8 000 x 8 soit 64 kbits/s pour retransmettre la voix dans un sens.
D’autres traitements sont effectués pour améliorer l’optimisation du débit nécessaire :
On peut par exemple détecter l’absence de paroles ce qui permet d’une part de supprimer les bruits parasites et d’autre part d’éviter de transmettre des informations inutiles.
Par ailleurs des gains importants sont effectués par des techniques de compression de plus en plus élaborées qui permettent de réduire la quantité de bits à transporter sans toutefois diminuer la qualité de la restitution finale.
Tous ces traitements nécessitent l’emploi de processeurs puissants spécialisés dans le traitement du signal.
Cette numérisation est un point de passage obligatoire pour la téléphonie numérique actuelle qu’elle se fasse par poste fixe ou par mobile.
Téléphonie analogique
La transmission de la voix est dite analogique lorsque le signal transmis est « analogue » au signal vocal d’origine. La membrane du microphone vibre sous la pression acoustique des onde sonores, vibrations qui sont converties dans un signal électrique acheminé via le circuit en cuivre vers le haut parleur du destinataire qui fait vibrer une membrane qui restitue la pression acoustique du signal d’origine. C’est le téléphone classique, ou, en transmission sans fil, la radio.
Téléphonie numérique
La transmission de la voix est dite numérique lorsque le signal analogique fourni par le microphone est transformé et codé par une suite de bits de valeur 0 ou 1. Ces bits sont transportés sur des réseaux téléphoniques dédiés (hiérarchies RNIS, MIC, Sonet/SDH) ou sur des réseaux de transmission de données comme IP sur Internet et décodés en format analogique pour restitution sonore sur le haut parleur du destinataire.
Cette technique a permis de mettre à profit la bande passante d’une paire de cuivre qui permet la transmission simultanée de milliers de conversations analogiques de 300-3000Hz avec un codage adapté et augmenter ainsi la capacité du réseau téléphonique public interurbain sans faire des couteux investissements d’infrastructure. La numérisation a favorisé la construction de circuits utilisant d’autres techniques de transmission que le cuivre comme la transmission optique, l’évolution vers le numérique des centraux téléphoniques électro-mécaniques et des compromis entre la qualité de la voix et la bande passante consommée selon usage.