<<  accueil  > applications > son > mp3 > cdex > MàJ : 08/06/07

CDex : TESTS comparatifs CBR/ABR/VBR

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Tests réalisés

Pour comparer les différents modes de compression MP3, le test quantitatif le plus simple à réaliser consiste à tracer le spectre en fréquence d'un échantillon musical, c'est-à-dire l'intensité en dB (décibel) en fonction de la fréquence en Hz (hertz). J'ai utilisé des échantillons de 23 secondes, aux format WAV et MP3, dans différents styles musicaux, et j'ai tracé les spectres à l'aide d'Audacity 1.2.6, un logiciel d'édition audio gratuit. J'ai ensuite superposé ces différents graphes pour mieux les comparer.

Les résultats donnent un aperçu des différences entre les différents fichiers MP3 et le fichier WAV d'origine. Cependant, seul un aspect quantitatif est ici pris en compte (la fréquence), et l'aspect qualitatif est absent. Ces illustrations sont donc intéressantes mais ne permettent en aucun cas de trancher définitivement en faveur d'une méthode de compression ou d'une autre. Autrement dit, il ne faut pas faire dire à ces tests plus qu'ils ne peuvent.
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Influence du débit numérique

Le spectre en fréquence

Pour illustrer la notion de débit, le fameux "bitrate" mesuré en kb/s, j'ai utilisé la méthode CBR (débit constant), de 32 kb/s à 320 kb/s :

CBR 32 à 320 kbps
- cliquez sur l'image pour voir une version animée -

L'influence du débit numérique sur la bande passante est ici clairement mise en évidence.

Première constatation : le fichier WAV contient des informations au-delà de 22 kHz (22000 Hz). Sachant qu'une oreille humaine standard n'entend pas les sons dont la fréquence dépasse 19 à 20 kHz, on comprend déjà que le format MP3 présente un intérêt indéniable.

En CBR 320 kb/s, l'intensité chute aux alentours de 19,5 kHz ; en 192 kb/s, aux alentours de 18 kHz ; en 160 kb/s, 17 kHz ; en 128 kb/s, 16 kHz ; enfin en 32 kb/s, l'intensité chute aux alentours de 6 kHz.

Si l'on tient compte uniquement de la qualité, et non du poids du fichier MP3, le mode CBR 320 kb/s est quasiment parfait.

Que dire de cette échelle de fréquence par rapport à la perception du son ? Cette chute d'intensité est-elle décelable ?
En terme de hauteur de son (grave-aigu), le doublement de la fréquence représente une montée d'une octave. Une échelle logarithmique en fréquence est donc plus adaptée pour tenter de se rapprocher de notre perception :

tracé logaritmique

On s'aperçoit alors qu'il faut relativiser les observations précédentes, et que mis à part le mode CBR 32 kb/s, tous les autres débits testés donnent des résultats plus proches que ne le laisserait supposer l'échelle linéaire en fréquence.

D'autre part, il faut savoir que le décibel est une unité relative (chaque fois que la puissance sonore est divisée par 2, l'intensité baisse de 3 dB). La valeur 0 dB correspond à un facteur de normalisation de 100 %, au-delà de laquelle le signal est en général écrêté. Ainsi, les zones inférieures du graphe, situées en-dessous de –70 dB, correspondent à des sons ne pouvant être entendus que dans des conditions d'écoute extrêmes, demandant un volume sonore très élevé, puisque leur puissance est plusieurs millions de fois plus faible (puissance 1 000 000 fois plus faible = intensité sonore 1 000 fois plus faible = –60 dB).

L'écoute

Utilisons nos oreilles (quelle bonne idée !). Je vous invite à télécharger et écouter les 3 fichiers suivants :
Conclusion : le débit numérique a une influence directe sur la qualité du son. Toutefois au-delà d'une certaine limite, la perception des différences nécessite un dispositif d'écoute très performant, et des oreilles tout aussi performantes...

Conséquence sur le poids de fichier

débit (CBR en kb/s) poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV
1411 (WAV) 3962 kio 1 100 %
320 902 kio 4,4 23 %
192 541 kio 7,3 14 %
160 455 kio 8,7 11 %
128 361 kio 11 9 %
96 275 kio 14 7 %
32 90 kio 44 2 %

On peut vérifier que le rapport WAV/MP3 est directement proportionnel au débit numérique, en accord avec la définition du débit.

À titre de comparaison, une compression non destructive donnerait :

Calcul du débit binaire moyen

On peut, à partir de la taille de fichier et de la durée de l'enregistrement, calculer le débit moyen du fichier en kb/s. Il s'agit d'ailleurs ici du débit réel puisque celui-ci est constant. Illustration à partir des données du tableau précédent :
Remarque : par un clic droit sur un fichier MP3 (clic droit > Propriétés > Résumé > Avancé), Windows XP donne une indication de débit.  Il s'agit (très probablement*) du débit maximum du fichier. Dans le cas d'un débit constant, comme ici, il s'agit donc du débit effectif.
*Je le suppose d'après les indications données pour les fichiers à débit variable, qui seraient fausses s'il s'agissait du débit moyen.
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Comparaison des différentes méthodes de compression

Pour cette comparaison, j'ai utilisé six types de musique différents, auxquels j'ai appliqué des méthodes qui permettent une restitution quasiment parfaite du son tout en conservant un poids de fichier intéressant :

Conclusions

Tout d'abord, je défie quiconque de distinguer ces trois méthodes de compression à l'oreille (je suis d'autant plus à l'aise pour l'affirmer que je ne vous fournit pas ces fichiers - un peu trop lourds, 18 × 500 kio environ).

On notera que la méthode "VBR 3" est toujours un peu en retrait par rapport à "ABR 192", pour un gain non significatif en terme de poids de fichier.
On peut également constater que la méthode "ABR 192" est en très léger retrait par rapport à "VBR 2", mais que le gain de place est ici plus marqué.

J'ai personnellement opté pour "VBR 2" (c'est d'ailleurs à peu de chose près la méthode pré-paramétrée "--alt-preset extreme"). J'ai également utilisé "ABR 192" pendant longtemps.

Détails

Yves Jamait, Le Coquelicot - 2006, chanson française
Aperçu en ABR 96 kb/s
Yves Jamait

méthode poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV débit moyen calculé
VBR 3 526 kio 7,5 13 % 187 kb/s
ABR 192 533 kio 7,4 13 % 190 kb/s
VBR 2 597 kio 6,6 15 % 213 kb/s

M, Mon ego - 2003, chanson/rock français
Aperçu en ABR 96 kb/s
M

méthode poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV débit moyen calculé
VBR 3 531 kio 7,5 13 % 189 kb/s
ABR 192 535 kio 7,4 13 % 191 kb/s
VBR 2 714 kio 5,6 18 % 254 kb/s

Badmarsh & Shri, Signs - 2001, électro
Aperçu en ABR 96 kb/s
Badmarsh & Shri

méthode poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV débit moyen calculé
VBR 3 505 kio 7,8 13 % 180 kb/s
ABR 192 527 kio 7,5 13 % 188 kb/s
VBR 2 579 kio 6,8 15 % 206 kb/s

Steve Coleman, Oyá Natureza - 1996, Jazz
Aperçu en ABR 96 kb/s
Steve Coleman

méthode poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV débit moyen calculé
VBR 3 536 kio 7,4 14 % 191 kb/s
ABR 192 539 kio 7,4 14 % 192 kb/s
VBR 2 584 kio 6,8 15 % 208 kb/s

Maurice Ravel, Sonate pour violon et violoncelle, enregistrement de 1986
Aperçu en ABR 96 kb/s
Maurice Ravel

méthode poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV débit moyen calculé
VBR 3 486 kio 8,2 12 % 173 kb/s
ABR 192 510 kio 7,8 13 % 182 kb/s
VBR 2 518 kio 7,7 13 % 184 kb/s

Édith Piaf, La vie en rose - années 1940
Aperçu en ABR 96 kb/s
Edith Piaf
Ici, du fait de la "pauvreté" de l'enregistrement, les 3 méthodes donnent le même spectre.
méthode poids facteur de compression (WAV/MP3) rapport MP3/WAV débit moyen calculé
VBR 3 568 kio 7,0 14 % 202 kb/s
ABR 192 517 kio 7,7 13 % 184 kb/s
VBR 2 578 kio 6,9 15 % 206 kb/s



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