07-29-2016, 10:14 AM
(Modification du message : 07-29-2016, 03:12 PM par ThierryNK.
Raison de la modification: Oubli de mots
)
Bonjour
Au cas où il ne s'agisse pas de Troll, voici quelques éléments techniques que je vais tenter d'énoncer avec le moins de jargon possible.
Il y aura plusieurs aspects, la théorie d'une part, les implémentations concrètes d'autre part.
Il y aura un tas d'aspects d'implémentation (électriques, filtres de sortie, antialiasing, dither,...) que je n'aborderai pas.
L'échantillonnage PCM
Ce que dit la théorie, théorème de Nyquist Shannon, c'est que pour représenter un signal dont le décomposition spectrale ne contient que des fréquences de 22 Khz ou moins, il faut et il suffit de disposer d'échantillons espacés à une fréquence de 44 Khz.
Cela signifie qu'à partir d'échantillons à 44 Khz, on peut RECONSTRUIRE INTEGRALEMENT ET DE MANIERE UNIVOQUE UN ET UN SEUL SIGNAL CONTINU.
Cela signifie aussi qu'un échantillonnage supérieur à 44 KHz (88, 96, 192,...) pour un signal qui ne contient pas de fréquences supérieures à 22 KHz, PRODUIRA EXACTEMENT LE MÊME SIGNAL QUE L'ECHANTILLONNAGE à 44 KHz.
Si l'on considère que l'oreille humaine n'entend rien au dessus de 22 KHz (ce qui peut se débattre ailleurs), cela signifie qu'un ECHANTILLONNAGE à 88, 96, 192 Khz NE CONTIENT PAS PLUS D'INFORMATIONS AUDIBLES QU'UN ECHANTILLONNAGE à 44 KHz.
Pour donner qq explications théoriques supplémentaires (que l'on peut sauter si c'est hors de portée), tout ceci est entre autre basé sur la théorie de Fourier (tout signal continu périodique se décompose de manière unique en séries (somme infinie) de sinus et cosinus de fréquences multiples d'une fréquence dite fondamentale, les multiples de ces fréquences étant les harmoniques.
On passe du non périodique au périodique par la transformée de Fourier.
On tronque les séries à des sommes finies à la fréquence maximale audible.
Tout ceci fait l'hypothèse que les échantillons sont quantifiés "exactement". Dans la pratique, les échantillons sont quantifiés sous forme d'entiers codés principalement sur 16 ou 24 bits.
On verra plus loin quelques éléments à ce sujet.
Contrairement à ce qu'affirme Tusoli5, il n'y a pas plus d'informations audibles dans un échantillonnage 88, 96, 192, que dans un 44 KHz, il n'existe aucun "effet d'escalier" dans un DAC, c'est un signal continu qui est généré en sortie de DAC, et une sinusoïde échantillonnée produit la "bonne" sinusoïde en sortie de DAC et non une suite de points, contrairement aux images que l'on a pu voire très récemment sur une "nouvelle" revue française à laquelle j'ai eu la faiblesse de m'abonner!!
Le DSD
Une fois que l'on a un ensemble de points d'échantillonnage quantifiés sur un certain nombre de bits, il existe une transformation mathématique simple et réversible, qui consiste à ne plus stocker les valeurs des échantillons sur 16 ou 24 bits, mais à stocker les ECARTS ENTRE 2 POINTS SUCCESSIFS. Si en même temps, on s'autorise à augmenter le nombre de points, un calcul simple permet de voir qu'on peut arriver à ne stocker ces écarts que sur 1 bit, à condition d'avoir suffisamment augmenté la fréquence. Représenter les données sous la forme d'échantillons 1 bit à une fréquence de 2.8224 MHz, c'est le DSD 64.
Vu le procédé DSD, et contrairement à ce qu'affirme Tusoli5, en termes de fréquences il n'y a pas plus d'informations audibles dans un DSD 64 ou 128 que dans un PCM 44.
La dynamique associée à la quantification des échantillons
Le choix du nombre de bits représentant les échantillons a un effet direct sur la capacité de représentation dynamique d'un fichier audio.
En représentant les échantillons avec des entiers sur 16 bits, on a 2 (puissance 16) valeurs possibles. La dynamique maximale est l'écart maximal entre toutes les valeurs possibles. Sans entrer dans le détail des calculs, la formule qui permet de passer du nombre de bits à une dynamique en dB est:
SQNR=20*log(2puissance N)
Les initiales SQNR signifient Signal to Quantization Noise Ratio, N est le nombre de bits.
Avec 16 bits, on retrouve: 96 dB
Avec 24 bits on retrouve 144 dB
Pour le DSD, le calcul est un peu moins direct, c'est 120 dB
Remarque
Il existe une norme qui demande que le niveau maximal d'un enregistrement soit à -6dB (Headroom, marge de sécurité) du niveau max.
Sur les enregistrements qui respectent cette norme en 16 bits, on a une dynamique au plus de 90 dB, et non plus de 96 dB.
Les bits au dessus de 16 dans la pratique.
Les bits au dessus de 16 sont-ils audibles?
On sort donc ici du monde théorique pour passer dans le monde de l'application concrète.
C'est là que cela fait très mal...
Avec un DAC dont la sortie max est classiquement de 2V RMS, soit 2.82V crête, voici le tableau des tensions de sortie en fonction des bits, tableau issu de http://www.magazine-audio.com/la-musique...-pratique/
![[Image: 28517849332_aa462d9c76_b.jpg]](https://c5.staticflickr.com/9/8745/28517849332_aa462d9c76_b.jpg)
Regardez les valeurs des tensions au dessus de 16 bits. Vos électroniques, vos enceintes, sont-elles capables de vous faire entendre des écarts aussi faibles?
DAC Delta-sigma et DSD
Quelques remarques à présent sur l'origine du DSD.
Une majorité des DAC PCM actuels fonctionnent en delta sigma.
En entrée de l'étage de conversion, on commence par augmenter la fréquence du signal en diminuant le nombre de bits en stockant les écarts (delta) entre valeurs au lieu des valeurs, jusqu'à arriver à des échantillons sur... 1 bit!! Ces écarts sont ensuite sommés (sigma) pour produire les tensions électriques de sortie du DAC.
Pourquoi 1bit? Parce que c'est infiniment plus simple pour les électroniques de travailler sur 1 bit.
Il y a donc dans la majorité de nos DAC PCM quasiment une conversion en ... DSD!!
C'est à la fois pour supprimer dans les électroniques des DAC la phase d'oversampling et de delta et pour le stockage des fichiers audio, que le DSD a été inventé. 2 phases de moins dans les étages de conversion, et 2 causes en moins de génération de bruit électrique!
Dans la pratique, cela peut conduire à "croire" que le DSD est intrinsèquement meilleur que le PCM, alors que ce sont les électroniques qui peuvent être simplement moins bruyantes sur le DSD.
Exemple la puce WM8741 qui équipe le lecteur réseau Lumin A1
![[Image: 28624890465_d5bf8d05d5_c.jpg]](https://c2.staticflickr.com/9/8764/28624890465_d5bf8d05d5_c.jpg)
Regardez tous les endroits où ne passe pas une entrée DSD par rapport à une entrée PCM!!
A l'écoute du Lumin A1, un son divin en DSD et "normal" en PCM.
Mais chose que peu de possesseurs de Lumin A1 savent et font. L'application Lumin permet de convertir le PCM en DSD en entrée du lecteur réseau. Et vous savez quoi, on retrouve toutes les qualités du DSD aussi en PCM!! Simplement parce qu'on ne passe plus dans des étages bruyants de la puce.
La dynamique des systèmes "classiques" analogiques
NB: ne sachant pas comment fonctionnent en détails les Devialet, je ne sais évidemment pas comment ce qui suit s'applique ou pas..
Analyses issues du White Paper de NAD sur l'Amplification Numérique Directe https://www.dropbox.com/s/f90xkaacz31tgt...r.pdf?dl=0
Prenons un système exceptionnel:
DAC de rapport signal bruit 115 dB
Pre ampli de rapport signal bruit 108 dB
Ampli de puissance de rapport signal bruit 115 dB
Sans prendre en compte la limitation des enceintes, l'association de ces 3 maillons conduit à un système de rapport signal bruit de 84 dB.
Aucun système analogique classique n'est en mesure de reproduire la dynamique... d'un CD.
Petite conclusion partielle
Si travailler sur 24 ou 32 bits et 352 KHz à la prise de son semble tout à fait indispensable vu tous les calculs nécessaires au mix/mastering, pour la reproduction à domicile, comme je l'ai écrit dans un post plus haut, je suis toujours preneur d'un fichier 24/X dont le dowsampling en 16/44 serait différentiable du fichier d'origine (seule manière de procéder, il y a un paquet de versions 16/44 qui ne sont pas issues du même mastering que les 24/X).
Est-ce que à titre personnel, je jette les albums 24 bits et DSD?
NON!! Au contraire.
Dès que l'on fait des calculs sur des fichiers audio numériques à la reproduction (volume, correction active), il vaut mieux être en 24 bits et à des fréquences + élevées.
C'est dans cette optique que les fichiers "Masters" sont indispensables, mais pas pour d'autres raisons de "on entend plus de choses". En tous cas, tant que je n'ai pas réussi à entendre des différences nettes entre un 24/X et son downsampling en 16/44.
Il y a 3 ans, j'avais l'intuition que le format de fichier était largement secondaire et la prise de son prioritaire:
http://www.audiophile-magazine.com/repor...-classics/
3 ans plus tard, quelques centaines de pistes converties en 16/44 et une dizaine de DAC testés, l'intuition est un peu plus argumentée.
Amitiés
Au cas où il ne s'agisse pas de Troll, voici quelques éléments techniques que je vais tenter d'énoncer avec le moins de jargon possible.
Il y aura plusieurs aspects, la théorie d'une part, les implémentations concrètes d'autre part.
Il y aura un tas d'aspects d'implémentation (électriques, filtres de sortie, antialiasing, dither,...) que je n'aborderai pas.
L'échantillonnage PCM
Ce que dit la théorie, théorème de Nyquist Shannon, c'est que pour représenter un signal dont le décomposition spectrale ne contient que des fréquences de 22 Khz ou moins, il faut et il suffit de disposer d'échantillons espacés à une fréquence de 44 Khz.
Cela signifie qu'à partir d'échantillons à 44 Khz, on peut RECONSTRUIRE INTEGRALEMENT ET DE MANIERE UNIVOQUE UN ET UN SEUL SIGNAL CONTINU.
Cela signifie aussi qu'un échantillonnage supérieur à 44 KHz (88, 96, 192,...) pour un signal qui ne contient pas de fréquences supérieures à 22 KHz, PRODUIRA EXACTEMENT LE MÊME SIGNAL QUE L'ECHANTILLONNAGE à 44 KHz.
Si l'on considère que l'oreille humaine n'entend rien au dessus de 22 KHz (ce qui peut se débattre ailleurs), cela signifie qu'un ECHANTILLONNAGE à 88, 96, 192 Khz NE CONTIENT PAS PLUS D'INFORMATIONS AUDIBLES QU'UN ECHANTILLONNAGE à 44 KHz.
Pour donner qq explications théoriques supplémentaires (que l'on peut sauter si c'est hors de portée), tout ceci est entre autre basé sur la théorie de Fourier (tout signal continu périodique se décompose de manière unique en séries (somme infinie) de sinus et cosinus de fréquences multiples d'une fréquence dite fondamentale, les multiples de ces fréquences étant les harmoniques.
On passe du non périodique au périodique par la transformée de Fourier.
On tronque les séries à des sommes finies à la fréquence maximale audible.
Tout ceci fait l'hypothèse que les échantillons sont quantifiés "exactement". Dans la pratique, les échantillons sont quantifiés sous forme d'entiers codés principalement sur 16 ou 24 bits.
On verra plus loin quelques éléments à ce sujet.
Contrairement à ce qu'affirme Tusoli5, il n'y a pas plus d'informations audibles dans un échantillonnage 88, 96, 192, que dans un 44 KHz, il n'existe aucun "effet d'escalier" dans un DAC, c'est un signal continu qui est généré en sortie de DAC, et une sinusoïde échantillonnée produit la "bonne" sinusoïde en sortie de DAC et non une suite de points, contrairement aux images que l'on a pu voire très récemment sur une "nouvelle" revue française à laquelle j'ai eu la faiblesse de m'abonner!!
Le DSD
Une fois que l'on a un ensemble de points d'échantillonnage quantifiés sur un certain nombre de bits, il existe une transformation mathématique simple et réversible, qui consiste à ne plus stocker les valeurs des échantillons sur 16 ou 24 bits, mais à stocker les ECARTS ENTRE 2 POINTS SUCCESSIFS. Si en même temps, on s'autorise à augmenter le nombre de points, un calcul simple permet de voir qu'on peut arriver à ne stocker ces écarts que sur 1 bit, à condition d'avoir suffisamment augmenté la fréquence. Représenter les données sous la forme d'échantillons 1 bit à une fréquence de 2.8224 MHz, c'est le DSD 64.
Vu le procédé DSD, et contrairement à ce qu'affirme Tusoli5, en termes de fréquences il n'y a pas plus d'informations audibles dans un DSD 64 ou 128 que dans un PCM 44.
La dynamique associée à la quantification des échantillons
Le choix du nombre de bits représentant les échantillons a un effet direct sur la capacité de représentation dynamique d'un fichier audio.
En représentant les échantillons avec des entiers sur 16 bits, on a 2 (puissance 16) valeurs possibles. La dynamique maximale est l'écart maximal entre toutes les valeurs possibles. Sans entrer dans le détail des calculs, la formule qui permet de passer du nombre de bits à une dynamique en dB est:
SQNR=20*log(2puissance N)
Les initiales SQNR signifient Signal to Quantization Noise Ratio, N est le nombre de bits.
Avec 16 bits, on retrouve: 96 dB
Avec 24 bits on retrouve 144 dB
Pour le DSD, le calcul est un peu moins direct, c'est 120 dB
Remarque
Il existe une norme qui demande que le niveau maximal d'un enregistrement soit à -6dB (Headroom, marge de sécurité) du niveau max.
Sur les enregistrements qui respectent cette norme en 16 bits, on a une dynamique au plus de 90 dB, et non plus de 96 dB.
Les bits au dessus de 16 dans la pratique.
Les bits au dessus de 16 sont-ils audibles?
On sort donc ici du monde théorique pour passer dans le monde de l'application concrète.
C'est là que cela fait très mal...
Avec un DAC dont la sortie max est classiquement de 2V RMS, soit 2.82V crête, voici le tableau des tensions de sortie en fonction des bits, tableau issu de http://www.magazine-audio.com/la-musique...-pratique/
Regardez les valeurs des tensions au dessus de 16 bits. Vos électroniques, vos enceintes, sont-elles capables de vous faire entendre des écarts aussi faibles?
DAC Delta-sigma et DSD
Quelques remarques à présent sur l'origine du DSD.
Une majorité des DAC PCM actuels fonctionnent en delta sigma.
En entrée de l'étage de conversion, on commence par augmenter la fréquence du signal en diminuant le nombre de bits en stockant les écarts (delta) entre valeurs au lieu des valeurs, jusqu'à arriver à des échantillons sur... 1 bit!! Ces écarts sont ensuite sommés (sigma) pour produire les tensions électriques de sortie du DAC.
Pourquoi 1bit? Parce que c'est infiniment plus simple pour les électroniques de travailler sur 1 bit.
Il y a donc dans la majorité de nos DAC PCM quasiment une conversion en ... DSD!!
C'est à la fois pour supprimer dans les électroniques des DAC la phase d'oversampling et de delta et pour le stockage des fichiers audio, que le DSD a été inventé. 2 phases de moins dans les étages de conversion, et 2 causes en moins de génération de bruit électrique!
Dans la pratique, cela peut conduire à "croire" que le DSD est intrinsèquement meilleur que le PCM, alors que ce sont les électroniques qui peuvent être simplement moins bruyantes sur le DSD.
Exemple la puce WM8741 qui équipe le lecteur réseau Lumin A1
Regardez tous les endroits où ne passe pas une entrée DSD par rapport à une entrée PCM!!
A l'écoute du Lumin A1, un son divin en DSD et "normal" en PCM.
Mais chose que peu de possesseurs de Lumin A1 savent et font. L'application Lumin permet de convertir le PCM en DSD en entrée du lecteur réseau. Et vous savez quoi, on retrouve toutes les qualités du DSD aussi en PCM!! Simplement parce qu'on ne passe plus dans des étages bruyants de la puce.
La dynamique des systèmes "classiques" analogiques
NB: ne sachant pas comment fonctionnent en détails les Devialet, je ne sais évidemment pas comment ce qui suit s'applique ou pas..
Analyses issues du White Paper de NAD sur l'Amplification Numérique Directe https://www.dropbox.com/s/f90xkaacz31tgt...r.pdf?dl=0
Prenons un système exceptionnel:
DAC de rapport signal bruit 115 dB
Pre ampli de rapport signal bruit 108 dB
Ampli de puissance de rapport signal bruit 115 dB
Sans prendre en compte la limitation des enceintes, l'association de ces 3 maillons conduit à un système de rapport signal bruit de 84 dB.
Aucun système analogique classique n'est en mesure de reproduire la dynamique... d'un CD.
Petite conclusion partielle
Si travailler sur 24 ou 32 bits et 352 KHz à la prise de son semble tout à fait indispensable vu tous les calculs nécessaires au mix/mastering, pour la reproduction à domicile, comme je l'ai écrit dans un post plus haut, je suis toujours preneur d'un fichier 24/X dont le dowsampling en 16/44 serait différentiable du fichier d'origine (seule manière de procéder, il y a un paquet de versions 16/44 qui ne sont pas issues du même mastering que les 24/X).
Est-ce que à titre personnel, je jette les albums 24 bits et DSD?
NON!! Au contraire.
Dès que l'on fait des calculs sur des fichiers audio numériques à la reproduction (volume, correction active), il vaut mieux être en 24 bits et à des fréquences + élevées.
C'est dans cette optique que les fichiers "Masters" sont indispensables, mais pas pour d'autres raisons de "on entend plus de choses". En tous cas, tant que je n'ai pas réussi à entendre des différences nettes entre un 24/X et son downsampling en 16/44.
Il y a 3 ans, j'avais l'intuition que le format de fichier était largement secondaire et la prise de son prioritaire:
http://www.audiophile-magazine.com/repor...-classics/
3 ans plus tard, quelques centaines de pistes converties en 16/44 et une dizaine de DAC testés, l'intuition est un peu plus argumentée.
Amitiés