La musique numérique

Comme tous les sons, la musique est faite d’ondes d’air comprimé qui provoquent des vibrations du tympan de l’oreille ou de la membrane d’un microphone. Dans ce dernier cas, la membrane mobile module un courant électrique qui crée un signal analogique du son. Autrement dit, la membrane engendre des courants dont les fluctuations de tension correspondent aux fluctuations de pression des ondes sonores. Les appareils d’enregistrement conventionnels stockent la configuration d’ondes sur bande magnétique ou sous la forme d’un sillon sur un disque. Mais durant l’enregistrement, les variations de l’alimentation électrique ou de la température peuvent affecter la configuration des ondes, altérant alors sensiblement la précision de la reproduction.
Avec l’avènement de l’enregistrement dit numérique, la simplicité du binaire est utilisée pour donner une fidélité quasi parfaite. Grâce à un procédé baptisé échantillonnage et quantification, un enregistreur numérique transforme la sortie d’un microphone en impulsions électriques codées. Des milliers de fois par seconde, un circuit de l’enregistreur gèle, ou échantillonne, la tension engendrée par le microphone ; un autre circuit mesure cet échantillon et lui attribue une valeur décimale qui est alors convertie en binaire. La reproduction d’une configuration d’ondes n’est plus alors qu’une simple question de conversion des nombres binaires en tensions précises qui commandent des haut-parleurs.

Sur un disque numérique, les données (le son) sont représentées par des cercles concentriques de trous et d'espaces. Le rayon laser de la platine numérique lit les trous comme les 0 et les espaces réfléchissants comme des 1. Les circuits électroniques reconvertissent alors ce flot de chiffres en musique.

Fin 1941, la société IBM mettait son activité au service du gouvernement américain s’impliquant dans le conflit mondial, mobilisation générale oblige. Déjà une compagnie multimillionnaire grâce à des milliers de « machines de traitement de l’information », son dirigeant, Thomas Watson apporta ainsi une simplification non négligeable du travail administratif. Il prit sous son aile un jeune mathématicien d’Harward, Howard Aiken, qui s’appliqua à concrétiser la machine analytique envisagée par Babbage mais basée sur le système décimal. En 1943, appelé le Mark 1, cette machine de 15 mètres de long et de 2,40 mètres de haut comptait pas moins de 800 kilomètres de câbles. Elle servit pendant un an aux traitements balistiques pour l’armée puis mit au point des tables mathématiques et différents autres projets pour l’université d’Harward. Mais d’autres machines allaient reléguer au second plan le Mark 1 avant même qu’il ne soit conçu.
Konrad Zuse, en 1941, planchait sur un appareil plus petit donc moins onéreux à construire, une machine programmable basée sur le système binaire et baptisée le Z3. Elle fut utilisée pour résoudre les problèmes techniques de l’aéronautique et des missiles. Mais le gouvernement allemand n’entendait pas de cette oreille les recherches scientifiques de calculateur révolutionnaire à tubes à vides envisagé par Zuse, persuadé de gagner la guerre avant même la fin de sa construction. Pourtant ce dernier proposait, entre autres, un calculateur ultra rapide pour déchiffrer le code secret britannique.
Cependant, de leur côté, les Britanniques élaboraient le projet Ultra, aidés des services secrets polonais, de décoder le télescripteur électromécanique, Enigma, utilisé par les Allemands. L’équipe, renforcée par un petit génie, Alan Turing, mit finalement au point des machines plus ambitieuses et notamment le Colossus en 1943 dont les relais électromécaniques étaient remplacés par des tubes à vides (même technique que Zuse sans le savoir). Les messages interceptés étaient introduits dans le Colossus et lus par un lecteur photoélectrique à la vitesse incroyable de 5000 caractères par seconde. Cette machine était pourtant limitée au seul déchiffrage des codes secrets.
Aux Etats-Unis, le laboratoire de recherche balistique travaillait à la préparation de tables de tir, indispensables au travail de réglage des canonniers. En retard sur ses programmes, il fit appel à l’analyseur différentiel de l’école Moore. John Mauchly, physicien et Presper Eckert, technicien, proposèrent une meilleure solution : un calculateur électronique à tubes à vides, inspiré par les travaux d’Atanasoff. Soutenus financièrement par l’armée, ils mirent au point l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) fin 1945. Avec ses 5,40 mètres de haut et ses 24 mètres de long, cette machine pouvait traiter un million de cartes perforées IBM. A peine reconnue, ses concepteurs en imaginèrent une autre plus perfectionnée, l’EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). Munie de programmes et de données internes à sa mémoire, cette machine accélérait les traitements. Beaucoup de controverses au sujet de la reconnaissance des brevets de l’ENIAC firent fureur après l’arrivée de John von Neumann* dans l’équipe. Mathématicien, il écrivit un mémoire de 101 pages sur les fonctionnalités de la machine, en fit la publicité et en retira les lauriers. Mauchly et Eckert, outrés des agissements de Neumann soutenu par la communauté scientifique, quittèrent l’école Moore et s’installèrent à leur compte en 1946.

*Dans une communication, publiée en 1945, John von Neumann décrit les cinq composantes clefs de ce qui allait devenir « l’architecture Neumann » de l’ordinateur moderne. Pour être efficace et polyvalent, écrit-il, un calculateur doit posséder une unité arithmétique et logique (UAL), une unité centrale de commande pour orchestrer les traitements, une mémoire, une unité d’entrée et une unité de sortie. Il fait également remarquer qu’un tel système doit avoir recours à la numération binaire, fonctionner électroniquement plutôt que mécaniquement, enfin, accomplir ses tâches une à une. Devenus des évidences aujourd’hui parce qu’ils ont été largement appliqués depuis Neumann, ces principes guideront la conception des premiers gros ordinateurs ainsi que celle des machines plus petites des années suivantes.

Vers le règne de la concurrence