La dynamique du CD et ses mystères révélés !
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nonconforme
c'est ICI qu'un point décisif de l'histoire humaine des sciences et techniques doit se jouer :
La dynamique des CD est-elle de 90 ou de 96dB ?
Mon avis : 2 approches sont possibles
-Soit on considère la dynamique est le rapport entre la valeur la plus basse (1) et la valeur la plus haute d'amplitude (32767 puisque on code sur 16 bits des valeurs entre -32768 et +32767) ce qui nous donne 90dB de dynamique. 20*log(32767/1)=90.3dB
- Soit on considère que la dynamique l'expression en dB du nombre total de valeurs codables sur 16 bits soit 2^16 ce qui nous donne 20*log(65534/1)=96.3dB
Pour ma part, je pense que la prise en compte du 16 bits signés impose la première réponse comme la bonne.
Toutefois la seconde est la démonstration classique qu'on trouve partout.
Alors ?
Affiliation : Dirigeant Fondateur d'Orosys - Two notes Audio Engineering
G-Spot
G(dB)=10 log10(A),
où A est un nombre sans unité exprimant le rapport de puissances Ps(t)/Pe(t).
Ps(t) et Pe(t) sont respectivement les puissances instantanées sortante et entrante. J'entends par instantanée une valeur au temps t.
Dans le cas d'un signal électrique, la puissance instantannée s'écrit :
P(t)=u(t).i(t), (1)
où u(t) est la tension instantannée, et i(t) est le courant instantané. D'après la loi d'Ohm
u(t)=Z.i(t) ou encore i(t)=u(t)/Z (2),
où Z est l'impédance traversée par le courant i(t) avec la tension u(t) à ces bornes.
Je prends (2) que j'injecte dans (1), il vient alors :
P(t)=u(t)^2/Z,
où le symbole ^2 signifie élevé au carré.
On voit ici que la puissance instannée est égale au carré ou encore l'amplitude au carré d'un signal temporel, ici la tension u(t). Dans le cas de signaux alternatifs, il n'y a plus de signe moins apparent puisque nous avons élevé notre tension u(t) au carré.
Ainsi, le gain G(dB) (2ème ligne) devient :
G(dB) = 10.log10[u_s(t)^2/u_e(t)^2] = 20.log10[|u_s(t)|/|u_e(t)|]
où [|u_s(t)| et |u_e(t)| sont les amplitudes (valeurs absolues) des tensions et en supposant que les deux impédances Z_e et Z_s soit les mêmes.
Maintenant, passons à l'acoustique. Dans le cas d'un signal acoustique, la puissance acoustique instantannée s'écrit :
P(t)=p(t).v(t),
où p(t) est la pression instantanée, et v(t) est la vitesse particulaire instannée. De même qu'en électricité, il est possible d'écrire :
p(t)=Zc.v(t) ou encore v(t)=p(t)/Zc (2),
où Zc est l'impédance de l'air (allez voir par ici).
En résumé, on arrive pour mesurer un gain acoustique à une formule semblable :
G(dB) = 10.log10[p_s(t)^2/p_e(t)^2] = 20.log10[|p_s(t)|/|p_e(t)|],
encore une fois, notez |p_s(t)| la valeur absolue de la pression acoustique.
Maintenant, supposons un signal acoustique capté par un micro et envoyé à une carte son, et à son converteur analogique numérique encodé sur 16 bits signés.
Supposons que la pression la plus forte encodable est 1 Pa (imaginez un sinus d'un pascal d'amplitude). Logiquement, cette valeur va être encodée comme un valeur oscillant entre +32767 et -32768 sur le convertisseur. D'un autre côté, la plus petite valeur encodable oscillera entre +1/32767 et -1/32768 Pa.
Si on reprend la "démonstration" (ce n'en est pas une c'est un bref résumé), je dois calculer mon rapport à partir des valeurs absolues (j'ai assez insisté). Mon rapport de gain sera :
G(dB) = 20log10[|1|/|1/32768|] = 20log10(2^15) = 15.20.log10(2) =300x0.301 = 90,3 dB.
Et la je sens Strobo qui va me faire une scène avec ces compléments à 2 ... non Strobo, calme toi car je n'ai pas fini !
Maintenant, prenons un simple convertisseur 16 bits, quels sa plus forte valeur ? Oui, je l'ai entendu à ma droite (c'est Strobo) : elle est égale à 2 exposant le nombre de bits : 65536. Adaptons notre formule de gain à un convertisseur :
G(dB)= 20.log10(2^16/1) =96 dB.
En fait, cette valeur est une simple analogie de la physique (électricité, acoustique,...) à l'informatique. Comment calculez vous la puissance d'un bit ?
Si vous me trouvez la réponse, je vous envoie un carambar.
Donc comme je l'ai déjà dit sur l'autre forum (je me cite excusez-moi) :
Citation : Ce qu'il y a d'encodé sur un cd, c'est la transposition numérique d'un signal sonore. Si vous acceptez cette définition, la dynamique est celle d'un signal sonore de 90dB.
Si vous voyez les données d'un cd comme une série de 0 et de 1 posés sur 16 bits, la dynamique est de 96dB.
En fin compte, personne à raison, personne n'a tord. C'est seulement deux visions différentes du même monde.
Je me sens naturellement musicien, et plutôt physicien, je choisis mon camp : ce sera 90 dB de dynamique.
Maintenant, faîtes votre choix.
bara
remi_2
En fait le dB ça sert à mesurer la différence de puissance entre deux signaux acoustiques dans note cas, il se trouve qu'on est sensible à la puissance du signal qui est proportionnelle au carré de l'amplitude pour une sinusoide, donc en fait la formule c'est 10*log(|Xmax|^2/|Xmin|^2) et donc c'est 20*log(|Xmax|/|Xmin|) avec Xmax = 32 000 et des brouettes et Xmin = 1 ça fait
20*log(32768) = 90,3 ça c'est dans le cas ou on mesure la dynamique du support CD
Si on cherche une mesure de la puissance max du CD relativement à une valeur de référence convenue, c'est peut être autre chose...
https://www.cs.sfu.ca/~tamaras/fundAcousticsAndSnd/Fundamentals_Acoustics_Soun.html
En, tout cas moi je suis pour dire que la référence c'est "pas de signal" c'est donc un signal qui vaut zéro et pas une "absence de signal" qui vaut le vide intersidéral....
donc du coup ça fait 90,3
G-Spot
Hors sujet : Je suis devenu membre actif avec le post précédent, la classe
Salut remi_2, croisage de post !
strobo
Quelle démonstration... Je me suis bien marré avec tes commentaires en tout cas.
1) Tu fais du remplissage sur la première partie. Je crois que tu mélanges la notion de puissance sonore/intensité acoustique et la notion de dynamique du signal. Le decibel exprime une valeur logarithmique avant tout. Il est plus simple de représenter X valeurs numériques (65536 par exemple) en échelle logarithmique (et donc en décibel).
Et puis, ça je veux bien:
Citation : G(dB) = 20log10[|1|/|1/32768|] = 20log10(2^15) = 15.20.log10(2) =300x0.301 = 90,3 dB.
Mais tu oublies 32768 autres valeurs... Tu as 32768 valeurs pour la partie positive, et autant en bas. Il n'y a pas de valeur absolue qui tienne. Il va falloir les stocker ces valeurs...
2) Et donc, tu oublies une notion fondamentale dans l'échantillonage : le stockage de l'information. 16 bits, c'est 16 bits et pas 15. Donc, on ne peut avoir qu'une vision de bits posés sur un CD, qui dépendent aussi de la freq d'échantillonage, cela va de soit.
Et sur chaque mot de 16bit, tu as 65536 valeurs qui représentent toutes les valeurs échantillonnées à intervale régulier entre la valeur minimum de l'onde et sa valeur maximum (définition de la dynamique en électronique). Le logarithme est donc 20log(2^16) = 96 dB = la dynamique d'un signal de 16bit.
Pour le reste, je crois que la confusion vient du mélange intensité acoustique et dynamique...
edit: remi2 vient de démontrer cette confusion...
Ma musique : http://greentelly.bandcamp.com
nonconforme
L'ensemble des participants considère que la valeur maximale est 32767. Pour leur oreille, -32768 ou +32767 c'est la même chose (pour la tienne aussi).
Ce qui fait que le calcul ne se fait donc qu'entre 1 la plus petite valeur notable et 2^15. Le rapport des deux nous donne le 90.3dB. On a jeté la moitié des valeurs codables à la poubelle. quoi qu'il en soit il est impropre de parler d'un codage sur 15 bits. Le codage est bien sur 16, par la complémentation à deux qui code IMPLICITEMENT le signe.
Si maintenant on fait un ratio (logique) entre les valeurs maximales et minimales en valeur absolues, BIEN ENTENDU, ton calcul et celui de tout le monde est juste. On a bien codé 65.... niveaux de quantification. C'est l'approche "instrument de mesure".
En fait, mon problème c'est que j'ai du mal à faire le pont entre les deux.
Quelqu'un sait où est albert Einstein, il est fort pour ça...
Affiliation : Dirigeant Fondateur d'Orosys - Two notes Audio Engineering
G-Spot
Citation : Mais tu oublies 32768 autres valeurs... Tu as 32768 valeurs pour la partie positive, et autant en bas.
Euh, sorry Strobo ... mais tu te méprends là. Je ne parle pas de valeur en bits je parle de pression en Pa.
Citation : Il n'y a pas de valeur absolue qui tienne.
Si tu le fais exprès, je ne me suis pas casser le derche sur la première partie (en insistant comme un boulet) pour que tu me dises :
Citation : Tu fais du remplissage sur la première partie.
Ce n'est pas que du remplissage, c'est aussi pour te faire bien sentir le poids de la valeur absolue.
Après si tu veux t'enfoncer :
Citation : Pour le reste, je crois que la confusion vient du mélange intensité acoustique et dynamique...
il s'agit de puissance, pas d'intensité.
Arrêtes d'embrouiller les gens avec des notions dont tu ne saisis pas la signification.
Citation : Je crois que tu mélanges la notion de puissance sonore (le gain) et la notion de dynamique du signal
Je crois que tu ne pourrais pas m'expliquer la différence parce qu'il y en a aucune. D'ailleurs, dis-moi pourquoi elle s'exprime toute les deux en dB ?
Tout ce que j'ai écrit, vous l'avez cité avant en allant piocher sur internet.
strobo
Citation : Ce qui fait que le calcul ne se fait donc qu'entre 1 la plus petite valeur notable et 2^15. Le rapport des deux nous donne le 90.3dB. On a jeté la moitié des valeurs codables à la poubelle. quoi qu'il en soit il est impropre de parler d'un codage sur 15 bits. Le codage est bien sur 16, par la complémentation à deux qui code IMPLICITEMENT le signe.
C'est tout ça. Le lien, c'est le mélange des genres. On confond intensité sonore et dynamique d'un signal (analogique et échantillonés)
En fait, je comprends bien ce que veut dire Bara ou G-Spot, mais on ne peut pas aller contre les définitions.
On associe à tord la dynamique comme "la patate" d'un signal du genre :"ouais, ça pête plus en 24 bit..." ce qui n'a pas de sens. On encode mieux les petits signaux en 24bit, et on a une meilleure clarté, et un meilleur rapport entre les plus petits signaux et les plus grands.
Tout le reste n'est qu'affaire de qualité des convertisseurs A/N,N/A, du resampling, du temps de montée, des filtres anti-repliements, de la réponse impulsionnelle, etc...
Mais ne rentrons pas dans ce débat, le topic doit rester théorique.
Ma musique : http://greentelly.bandcamp.com
Rouxxx
[mode spawnX on]
RELISEZ VOTRE DEFINITION DU DECIBEL
[mode spawnX off]
Si tu pars d'une définition fausse , forcement, tu te plantes.
Citation : Le decibel exprime une valeur logarithmique avant tout. Il est plus simple de représenter X valeurs numériques (65536 par exemple) en échelle logarithmique (et donc en décibel).
et je recite
Citation : 19- définir la dynamique d’un support!
RÉPONSE :
Elle correspond à l'écart entre le niveau de la crête maximum que ce support peut enregistrer et le niveau correspondant à l'absence de signal.
soit 0 et............. tatatammmmmm : 32768 !
pas besoin de faire des tonnes de formules.
bara
G-Spot
Citation : edit: remi2 vient de démontrer cette confusion...
on appelle sa de la désinformation ou de la propagande : il montre exactement la même chose que moi. (et ce n'est pas la première fois que tu fais ça)
Ecoute, j'ai été assez humble, je crois, en disant qu'il n'y avait aucun de nous qui avait raison/tord : c'était simplement deux visions d'un même phénomène.
Si tu ne veux pas comprendre, je crois qu'il faut que tu restes dans tes compléments à deux mais tout seul.
strobo
Citation : il s'agit de puissance, pas d'intensité.
Arrêtes d'embrouiller les gens avec des notions dont tu ne saisis pas la signification.
Franchement, si tu le prends comme ça...
Citation :
L'intensité d'un son (on dit aussi, la force, ou encore, la dynamique) est la caractéristique nous permettant de distinguer un son fort d'un son faible (les musiciens parlent de nuances). Il s'agit, en termes scientifiques de l'amplitude de la vibration, qui se mesure en décibels.
Mon but n'est pas de montrer que j'ai la plus grosse (dynamique), mais simplement d'informer, de démontrer le pourquoi, et d'apprendre aussi. Cela fait 8 ans que j'ai quitté les bancs de la fac, et je n'étudie pas le sujet tous les jours hein...C'est sympa de faire appel à ses souvenirs et de les corriger.
Dommage que, faute d'argumentation, tu m'attaques personnellement. Il faut être rigoureux dans ce qu'on avance, et tu ne l'es pas. Tu m'as sorti un argumentaire moyen moyen, et tout à coup, tu sors des tonnes de formules récupérées je ne sais où, et tu en fais ton cheval de bataille. (tu sais ce que cela représente 32768 pascal??)
Je ne me suis servi que de wikipedia pour certaines définitions, tout le reste c'est : ma tête, un vieux cours de traitement du signal de la fac, cours donné par un éminent professeur-chercheur qui a posé certains concepts en imagerie et traîtement des données médicales.
Et qui avait écrit que la dynamique d'un signal échantilloné est : 20log(2^nbbit).
Hors sujet : J'aimerais que le débat reste courtois et ouvert... Cool, pas la peine de se friter. Sinon, on arrête...
Ma musique : http://greentelly.bandcamp.com
bara
Hors sujet : Le débat VA rester ouvert et courtois, faites-moi confiance...
nonconforme
En tout état de cause, et sauf ton respect, je pense que strobo a raison : la dynamique définie d'un point de vue informatique est en fait le nombre de "petites marches" séparant le signal le plus fort du plus faible, et l'intervalle en complément à deux de -32... à +32... contient EXACTEMENT le même nombre de valeurs que de 0 à 65...
Je crois que vous compraez des choses pas comparables.
Vous comparez des ratios de pression acoustique avec un nombre de paliers de quantification. Là, le bas blesse.
Affiliation : Dirigeant Fondateur d'Orosys - Two notes Audio Engineering
Warpboy
Voilou si je me trompe allez y mais soft
strobo
Citation : on appelle sa de la désinformation ou de la propagande : il montre exactement la même chose que moi. (et ce n'est pas la première fois que tu fais ça)
Ecoute, j'ai été assez humble, je crois, en disant qu'il n'y avait aucun de nous qui avait raison/tord : c'était simplement deux visions d'un même phénomène.
Si tu ne veux pas comprendre, je crois qu'il faut que tu restes dans tes compléments à deux mais tout seul.
Avec tous les autres vrais scientifiques...
Citation : (et ce n'est pas la première fois que tu fais ça)
Quand ?
Ce n'est pas de la propagande, il a montré, comme tu l'avais fait, que vous parliez d'intensité sonore (ou de puissance sonore pour être précis, mais je tenais à rester dans le domaine musical pour que ça parle à ceux qui n'ont pas forcément de notions techniques...)
Je ne vois pas en quoi c'est de la propagande, j'ai lu son post après coup et je l'ai ajouté en edit.
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nonconforme
Amplitude = intensité = dynamique, ça fait peur...
Affiliation : Dirigeant Fondateur d'Orosys - Two notes Audio Engineering
G-Spot
Citation :
a) Puissance acoustique
La puissance acoustique P est égale au produit de la pression acoustique par le flux de la vitesse. Elle vaut :
avec S la surface considérée. Cette puissance s'exprime en watts.
b) Intensité physique.
La propagation du son s'accompagne d'une propagation d'énergie mécanique, mais pas de la matière. L'énergie transmise par unité de surface et par unité de temps s'appelle l'intensité de l'onde sonore.
Cette énergie se répartit uniformément sur des fronts d'ondes qui sont les surfaces dont les points sont tous dans le même état vibratoire.
Ces surfaces d'ondes peuvent être sphériques (près d'une source sonore émettant dans un milieu isotrope) ou planes (loin de la source).L'intensité physique d'un son caractérise le son en lui-même, indépendamment de la sensibilité auditive.
P est la puissance en W, S la surface d'ondes en m2. I s'exprime donc en W.m-2.
Si la surface d'ondes est une sphère, on a S = 4pr2. Si on a une surface d'ondes hémisphérique, S = 2 pr2.
Cette citation est provient du lien que j'ai cité dans mon post super long.
Citation : où Zc est l'impédance de l'air (allez voir par ici)
Je te remets le lien :
http://perso.wanadoo.fr/mathieu2/cours/son.htm
Si tu avais lu ce site, tu ne dirais pas :
Citation : tu sors des tonnes de formules récupérées je ne sais où, et tu en fais ton cheval de bataille.
Enfin, si tu avais lu, tu aurais vu :
Citation : +1/32767 et -1/32768 Pa.
(ce qui est une valeur tout ce qu'il y a d'acceptable) et non pas :
Citation : (tu sais ce que cela représente 32768 pascal??)
Citation : Et qui avait écrit que la dynamique d'un signal échantilloné est : 20log(2^nbbit)
Le pire, c'est que tu as raison mais pour un signal echantillonné sur un convertisseur 16 bits.
Je n'ai jamais mis ta parole en doute.
C'est seulement toi qui n'acceptes pas que si le signal sonore echantillonné est considéré comme une quantité physique réelle existante (alternative), alors, dans ce cas on a 90 dB de dynamique.
Bon sang, c'est aussi simple :
informatique ==> bits ==> 96 dB
physique ==> pression ==> 90 dB.
G-Spot
Il faut faire attention à ce que tu dis Strobo.
J'ai mis environ deux heures à écrire, relire, le long post avec ma vision des choses.
J'ai essayé de faire au plus simple, pour ne pas trop embrouiller les gens et ce n'est pas facile.
Strobo s'il te plaît, pense qu'il y a des gens qui vont te relire, et écrire des choses fausses peut conduire à des tragédies.
C'est pour çà que j'ai parlé de propagande ou de désinformation.
C'est pas grave, ici, la plupart des zicos sont non violents.
elcascador
Quand le ton monte, il faut que quelqu'un de méthodique prenne les choses en main.
Petite démonstration en douze points par récurrence, méthode admirable entre toutes (arrêtez moi si je fais une erreur logique) :
1. Soit un signal codé en 1 bit. Nous avons donc le choix entre 0 et 1.
2. Le signal qui fait 0 1 0 1 0 1 0 1 etc. est un signal carré. C'est celui qui présente la plus grande intensité possible vu les moyens (limités) du codage en 1 bit. Appelons son intensité S1.
3. Le signal qui fait 0 1 0 1 0 1 0 1 etc. est un signal carré. C'est celui qui présente la moins grande intensité possible vu les moyens (limités) du codage en 1 bit. ^^
4. En effet, le signal 0 0 0 0 0 0 0 0 0 etc. n'est pas un signal à proprement parler puisque son intensité S2 est nulle. Démonstration (par l'absurde, méthode magnifique entre toutes):
si 0 0 0 0 0 0 0 0 était un signal (le plus faible possible), on pourrait calculer le rapport S1/S2 pour trouver la dynamique du codage en 1 bit. Or il se trouve que ce rapport n'est pas calculable puisque l'inverse de 0 n'existe pas!
5. Puisque nous avons vérifié que signal doté de la plus grande intensité était le même que celui doté de la plus faible intensité, nous pouvons déterminer la dynamique du signal 1 bit par le rapport suivant: S1/S1=1. Or log1 vaut 0.
6. Conclusion: la dynamique du codage 1 bit est 0dB. Oui, j'insiste. 0dB
7. Maintenant, passons au signal 2 bit. Je vois que les plus malins commence à comprendre ou je veux en venir.
8. En refaisant les étapes 1. à 5., nous arrivons rapidement à un rapport entre l'intensité du signal le plus faible et celle du plus fort de 2.
9. Conclusion: la dynamique du codage en 2 bit (linéaire, s'entend, mais pour les grincheux il est parfois nécessaire de préciser) est donc de 6dB.
10. Et ainsi de suite jusqu'à 16 bit.
3 bit -> 12 dB de dynamique
4 bit -> 18 dB de dynamique
5 bit -> 24 dB de dynamique
6 bit -> 30 dB de dynamique
7 bit -> 36 dB de dynamique
8 bit -> 42 dB de dynamique
9 bit -> 48 dB de dynamique
10 bit -> 54 dB de dynamique
11 bit -> 60 dB de dynamique
12 bit -> 66 dB de dynamique
13 bit -> 72 dB de dynamique
14 bit -> 78 dB de dynamique
15 bit -> 84 dB de dynamique
16 bit -> 90 dB de dynamique
11. Afin que les choses soient bien claires dans l'esprit de chacun, je répète:
16 bit -> 90 dB de dynamique
12. J'attend les remarques, commentaires, et tentatives de contradiction. J'avoue que pour ces dernières ma gourmandise intellectuelle est obscène
bara
Citation : Petite démonstration en douze points par récurrence, méthode admirable entre toutes
J'adore, j'adhère.Anonyme
strobo
Il ne fallait pas le prendre mal, et tout ce que tu as écrit est juste mais a plus rapport avec l'intensité sonore, à mon avis.
En fait, je prends les choses avec fun.
J'aime bien cette marmitte intellectuelle! Cela n'a rien d'essentiel, mais c'est ludique.
Par contre, j'ai franchement le sentiment qu'on est sur deux routes différentes. Nous argumentons et contre-argumentons sur des choses qui ne sont pas liées, et c'est, depuis le début, la raison du débat et de mon entêtement.
Je ne peux pas admettre des choses qui sont contraire à la théorie que j'ai dans ma tête, sous les yeux (un vieux cours et un bouquin de fac sur le traîtement du signal numérique...), et sur internet.
Depuis presque 15 ans que je m'intéresse au "son", la seule raison qui fait dire qu'un signal numérisé sur CD a une dynamique de 90 dB, c'est quand on évoque le bruit de quantification, et donc le SNR. Mais là, on parle des convertisseurs, plus du "red book" du CD-Audio.
Ma musique : http://greentelly.bandcamp.com
Deweak
G-Spot
Citation : G-spot, tu écris plus haut que tu as vu des sites sur le net qui causent d'un calcul qui donne 90dB, je cherche mais je ne trouve rien.
Je n'ai jamais dit çà !
Aucun site ne parle de 90 dB, parce que tous considèrent le cd comme un support numérique, donc la définition s'applique : nbitx20xlog10(2)
Je vous parle de signification physique en tant que traduction (conversion) de ce contenu numérique : la pression acoustique.
L'autre relation est à appliquer
numérique ==> 96 dB
physique ==> 90 dB.
Je vais en rêver toute la nuit.
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