La suite du dialogue me parait aussi instructive
Question: Dans le même contexte de reproduction musicale haute-fidélité, les DAC modernes sont capables de reproduire des niveaux d'échantillonnage très élevés, tels que DSD256, DSD512 ou DSD1024. Quel est le niveau d'échantillonnage le plus élevé que l'oreille humaine est capable de discerner ?
Réponse:
Dans le domaine de l'audio haute fidélité, l'objectif des taux d'échantillonnage plus élevés tels que DSD256, DSD512 ou DSD1024 est de repousser les limites de la précision de la conversion numérique-analogique (DAC), principalement en réduisant le bruit de quantification et en se rapprochant davantage d'un signal analogique. Cependant, la question de savoir ce que l'oreille humaine peut réellement discerner en termes de fréquence d'échantillonnage fait l'objet de nombreux débats au sein des communautés d'ingénieurs du son et d'audiophiles.
L'audition humaine et les taux d'échantillonnage :
1. Plage d'audition humaine : L'oreille humaine typique peut entendre des fréquences allant d'environ 20 Hz à 20 kHz, la sensibilité diminuant avec l'âge (la plupart des adultes peuvent entendre jusqu'à environ 15-17 kHz). Le théorème de Nyquist-Shannon suggère que pour reproduire n'importe quelle fréquence sans repliement, la fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieure à la fréquence la plus élevée du signal. C'est pourquoi le format CD audio standard utilise une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz (qui capte les fréquences jusqu'à 22,05 kHz).
2. Taux d'échantillonnage plus élevés (par exemple, DSD256 et au-delà) : Au-delà de la qualité CD 44,1 kHz ou même des formats audio haute résolution comme 96 kHz et 192 kHz, ces taux d'échantillonnage ultra-élevés visent moins à reproduire les fréquences que les humains peuvent entendre qu'à minimiser les artefacts, la gigue et le bruit de quantification dans la gamme ultrasonique supérieure (au-dessus de 20 kHz). Ces formats visent à capturer plus de détails et à réduire la distorsion de phase, ce qui peut théoriquement améliorer la qualité audio. Toutefois, au-delà d'un certain point, la perception diminue avec l'augmentation des taux d'échantillonnage.
Études sur la perceptibilité de taux d'échantillonnage plus élevés :
Plusieurs études ont examiné si les humains peuvent percevoir les différences entre les divers formats haute résolution :
- Les tests en double aveugle montrent souvent que la plupart des auditeurs ne peuvent pas distinguer de manière fiable, par exemple, un son 24 bits/96 kHz d'un son 16 bits/44,1 kHz dans des conditions d'écoute normales avec un équipement haut de gamme typique.
- Certains audiophiles et experts affirment que si la plupart des avantages des taux d'échantillonnage plus élevés se situent au-delà de la gamme audible, ces avantages peuvent encore se manifester indirectement sous la forme d'une meilleure imagerie, d'une plus grande transparence et d'une plus grande profondeur. Toutefois, il s'agit là d'un aspect subjectif qui peut être davantage lié à la qualité de la chaîne de lecture (DAC, amplificateur, enceintes) qu'à la fréquence d'échantillonnage proprement dite.
Considérations pratiques sur les taux d'échantillonnage :
- DSD64 (2,8 MHz) : Souvent considéré comme le seuil à partir duquel de nombreuses personnes peuvent commencer à remarquer une amélioration subtile par rapport aux formats PCM traditionnels (44,1 kHz/96 kHz), en particulier en termes de naturel et de fluidité du son.
- DSD128/256 (5,6 MHz et 11,2 MHz) : Ces formats offrent encore moins de bruit et une approximation numérique plus douce d'un signal analogique. Pour de nombreux audiophiles, le DSD256 est un bon compromis entre performance et praticité.
- DSD512 et DSD1024 (22,4 MHz et 45 MHz) : Ces formats à très haut débit dépassent de loin ce que l'oreille humaine peut résoudre en termes de fréquence. Bien qu'ils offrent une fidélité quasi parfaite en termes de capture de la forme d'onde analogique, la différence perceptible par rapport au DSD256 est souvent minime ou inexistante lors des tests d'écoute pour la plupart des gens.
Conclusion :
La fréquence d'échantillonnage la plus élevée que l'oreille humaine peut discerner dépend fortement de la capacité auditive de l'individu, de l'environnement d'écoute et du système de lecture. Pour la plupart des auditeurs, le DSD256 représente probablement la limite supérieure pratique de ce qui peut être discerné de manière significative. Au-delà (par exemple, DSD512 ou DSD1024), les améliorations sont essentiellement théoriques et offrent des rendements perceptifs décroissants, car elles sont axées sur la réduction du bruit inaudible et l'amélioration de la fidélité technique à des fréquences ultra-élevées au-delà de la gamme de l'audition humaine.
En résumé, bien que des formats comme le DSD512 ou le DSD1024 offrent des avantages techniques, il est peu probable que l'oreille humaine perçoive une amélioration perceptible au-delà du DSD256 dans la plupart des cas.
Et pour finir sur le sujet des horloges:
Question: Comment la fréquence d'échantillonnage affecte-t-elle le jitter d'une source numérique de musique ? Une horloge de haute précision de 10MHz est-elle plus importante pour reproduire une musique de 44.1kHz qu'une musique DSD256 ?
Réponse
La fréquence d'échantillonnage et la gigue sont étroitement liées dans la reproduction audio numérique, car elles influencent toutes deux la précision et la qualité du signal qui est finalement converti en analogique. La gigue, qui désigne les incohérences temporelles dans le signal numérique, peut entraîner une dégradation significative de la qualité audio, et son effet peut varier en fonction de la fréquence d'échantillonnage. Pour comprendre comment la fréquence d'échantillonnage affecte la gigue et l'importance d'une horloge de haute précision dans différents contextes (44,1 kHz contre DSD256), décomposons les choses.
1. Effet de la fréquence d'échantillonnage sur la gigue :
- Gigue et PCM (44,1 kHz) : En audio PCM (Pulse Code Modulation), tel que 44,1 kHz, la gigue peut affecter directement la précision de la synchronisation de chaque échantillon. Comme les échantillons sont plus espacés dans le temps que les taux d'échantillonnage plus élevés, toute variation dans la synchronisation (gigue) peut entraîner des distorsions audibles dans le signal analogique reconstruit. À des taux d'échantillonnage plus faibles, la gigue devient plus critique car les écarts de synchronisation (même en nanosecondes) peuvent entraîner des erreurs de phase significatives et des distorsions dans le contenu à haute fréquence, qui sont plus faciles à percevoir dans la sortie audio.
- Gigue et DSD (DSD256) : L'audio DSD (Direct Stream Digital) fonctionne à des taux d'échantillonnage beaucoup plus élevés (par exemple, DSD256 = 11,2 MHz). En DSD, chaque bit représente un changement d'amplitude, et le taux d'échantillonnage élevé permet des mises à jour plus fréquentes du signal. Étant donné que les échantillons sont très rapprochés dans le temps, de petites quantités de gigue ont moins d'impact sur le signal reconstruit que le PCM à 44,1 kHz. La plus grande densité d'échantillons permet d'atténuer les effets de la gigue, la rendant moins perceptible. Cependant, la gigue peut encore affecter la formation du bruit et provoquer des erreurs dans les ultrasons, ce qui peut avoir un impact indirect sur la gamme des basses fréquences audibles. Plus le taux DSD est élevé (par exemple, DSD512 ou DSD1024), moins l'impact de la gigue est audible.
2. Importance d'une horloge 10MHz de haute précision :
La précision de l'horloge est essentielle pour minimiser le jitter car l'horloge définit le moment où le DAC convertit les données numériques en un signal analogique. Que vous utilisiez du PCM (44,1 kHz) ou du DSD, la réduction du jitter est toujours souhaitable, mais la fréquence d'échantillonnage influence la sensibilité de l'audio à la précision de l'horloge.
- Pour l'audio PCM 44,1 kHz : Une horloge de haute précision de 10 MHz est plus critique pour les taux d'échantillonnage inférieurs comme 44,1 kHz. En effet, les échantillons étant plus espacés dans le temps, toute erreur de synchronisation induite par l'horloge (gigue) peut entraîner des distorsions plus perceptibles dans l'audio. Une faible gigue à ce taux est cruciale pour maintenir la fidélité du contenu à haute fréquence, en particulier dans les systèmes audio haut de gamme. Toute gigue dans l'horloge se traduirait directement par des imprécisions temporelles, qui peuvent dégrader la clarté et la précision perçues du son.
- Pour l'audio DSD256 : Bien qu'une horloge de haute précision soit toujours importante pour le DSD256, la fréquence d'échantillonnage plus élevée signifie que le signal audio est moins sensible à l'impact de la gigue sur les fréquences audibles. Comme le signal est échantillonné beaucoup plus fréquemment, même de petites variations temporelles ont moins d'effet sur l'intégrité du signal dans la plage audible. Cela dit, la gigue peut toujours introduire des erreurs dans la mise en forme du bruit à haute fréquence, bien que cela se produise généralement dans la gamme des ultrasons et soit moins susceptible d'être audible.
3. Lequel est le plus sensible à la gigue d'horloge ? PCM 44,1 kHz ou DSD256 ?
- Le PCM 44,1 kHz est plus sensible à la gigue que le DSD256 car la synchronisation de chaque échantillon est essentielle à la reproduction précise de la forme d'onde analogique. Les taux d'échantillonnage inférieurs laissent plus de place aux erreurs de synchronisation pour s'accumuler et affecter le signal de manière audible, en particulier dans la gamme supérieure de l'audition humaine (par exemple, les aigus).
- Le DSD256 est moins sensible à la gigue en raison de son taux d'échantillonnage beaucoup plus élevé. L'impact de la gigue est réparti sur un plus grand nombre d'échantillons, ce qui réduit la probabilité de dégradation du son audible, bien que la gigue puisse encore introduire des erreurs dans la mise en forme du bruit à haute fréquence, ce qui peut affecter le signal global à des niveaux de précision extrêmement élevés.
Conclusion :
- Une horloge de haute précision de 10 MHz est plus importante pour la reproduction de la musique PCM 44,1 kHz que pour la musique DSD256. En effet, le PCM 44,1 kHz est plus sensible à la gigue et la précision de l'horloge joue un rôle plus important dans le maintien de l'intégrité du signal.
- Pour le DSD256, bien que la précision de l'horloge soit toujours importante, le taux d'échantillonnage plus élevé rend l'audio moins sensible à la gigue dans la plage audible, de sorte que l'impact d'une horloge de haute précision est moins perceptible par rapport au PCM à des taux d'échantillonnage inférieurs.
Si votre objectif est de garantir la meilleure qualité sonore possible pour le PCM 44,1 kHz, il est essentiel de se concentrer sur la minimisation de la gigue à l'aide d'une horloge très précise. Pour le DSD256, la gigue reste importante, mais la nécessité d'une horloge de très haute précision devient un peu moins pressante en raison des avantages inhérents à la fréquence d'échantillonnage plus élevée.
Cela parait frappé au coin du bon sens, mais comme ChatGPT en version 4.x est plus intelligente que la plupart des PhD américains, cela donne un peu de crédibilité l'analyse me semble-t-il...
Cela correspond aussi aux observations faites lorsque je suis passé au format DSD avec HQPlayer. DSD256 me parait être un sweet-spot et cela m'avait à l'époque conduit à revendre mes horloges HdG (Mutec Ref-10 et Ref-10 S120)...
