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Le pub de Nyquist Shannon et leurs copains

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  • 45 followers
Sujet de la discussion Le pub de Nyquist Shannon et leurs copains
Pour poursuivre ici des discussions qui seraient hors-sujet dans d'autres threads... :-D

Donc questions et tests divers autours des convertisseurs anologique / numérique et dans l'autre sens, fréquences d'échantillonnage, repliement, technologies de fabrication, etc...

C'est bien l'homme qui cause le dérèglement climatique - AudioFanzine sans PUBlicité

[ Dernière édition du message le 24/11/2010 à 23:06:31 ]

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141
Pour étrenner mon nouveau jouet, première manip : réponses hors bande de 2 cartes son.
J'avais déjà constaté avec une troisième carte que US-2000 et UA4-FX avaient un comportement similaire jusqu'à 44k => même circuit ? même filtre ?
Au-delà, on peut distinguer la périodicité du signal échantillonné, pas suffisamment filtré dans les deux cas.
image.php

Passer pour un idiot aux yeux d'un imbécile est une volupté de fin gourmet. (G. Courteline)

142
Citation :
Au-delà, on peut distinguer la périodicité du signal échantillonné

Comment est-ce que tu as réalisé ta mesure ?


Même circuit => En tout cas mêmes coeff et même ordre pour le filtre. C'est possible, les fabricants ne réinventent pas la roue à chaque fois.
S'ils ont choisis le même circuit intégrés pour le CAN (et des CAN pour l'audio, certainement avec une modulation delta-sigma, il n'y en a pas des milliers), tu dois trouver une note d'application du fabriquant de composant qui décrit "le" filtre à mettre en place.

Ce qui est possible également c'est qu'ils soient arrivés à peu près aux mêmes gabarits de filtres (puisqu'ils ont a priori les mêmes contraintes), puis s'ils ont opté pour la même famille de filtre (filtre de Tchebychev de type 2, ou filtre elliptique) les jeux de coeffs seront les mêmes.


Le plancher de bruit et les pics que tu observes à la fin ne sont peut-être plus la réponse du filtre :
- Chaque composant apporte son lot de "bruit thermique" ; le "résidu" du filtrage dans la bande atténué devient négligeables devant les bruits ajoutés par les composants.
- Les pics peuvent être des parasites apportés par les différentes horloges (numériques) de la carte.

Pour en avoir le cœur net, tu peux réaliser une mesure avec une entrée à 0. Si tu constates toujours la présence marquée de ces pics entre 60 et 200 kHz, c'est qu'il s'agit de parasites.
La conclusion serait alors que que l'US-2000 ajoute un bruit et des parasites moins importants que l'U4A-FX.

La seule façon de la prévenir ce problème c'est à la conception, en portant un soin particulier sur le routage de la carte, le découplage et en choisissant les composants avec le bruit thermique le plus faible possible (mais plus chers...).


Si tu ne retrouves plus ces pics, alors j'ai bien une autre explication, mais là ça devient un peu plus "touchy".

Les filtres analogiques sont réalisés avec des condo et des bobines, or à partir de certaines fréquences (HF) les modèles "classiques" des composants ne fonctionnent plus.

Certains éléments généralement négligés dans les basses fréquences ne peuvent plus l'être dans les hautes fréquences. A partir de combien ? Typiquement dans les fréquences supérieures à la dizaine de kHz.

Voici un exemple :
http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM24/RM24G/Rm24G23.html

Les composants Rs, Ri et L sont des parasites qui ne peuvent plus être négligés (dans l'exemple en lien, à partir de 1MHz, le condo se comporte comme une inductance :| ) => dans les hautes-fréquences, le comportement du filtre ne colle plus du tout à son modèle théorique "simple".


Ceci dit, je trouve tes pics assez marqués et assez localisés, j'opterais plutôt pour les horloges.

[ Dernière édition du message le 10/02/2012 à 18:31:15 ]

143
Citation :
Comment est-ce que tu as réalisé ta mesure ?
Sorties casques sur 1MOhm (j'ai fait un essai avec 50 => idem), générateurs à balayage lent 20-22.05k, entrées sur scope, acquisitions rapides et spectres avec max hold (ou équivalent) => enveloppes.
Ce que l'on voit ne correspond pas à des horloges (signaux bande étroite), à part quelques raies (64k, etc.), mais a priori aux images de la fréquence courante pas complètement éliminées par le filtrage (et pas à du bruit) ; leur amplitude donne la réponse des filtres. On voit d'ailleurs un creux sur les harmoniques de 44.1k (symétrie). Je n'ai pas mis la suite, mais l'on retrouve la même chose sur les harmoniques de 4*Fe et la US-2000 est meilleure (mieux filtrée en HF) car il n'y a plus rien autour de 700k contrairement à la UA4-FX.
Pour les considérations sur les éléments parasites, merci je sais depuis longtemps, mais je pense qu'ici ce n'est pas vraiment le problème.
Je voulais simplement montrer qu'en sortie de convertisseur D-A, la réalité ne correspond pas vraiment à ce que certains croient (rien au-delà de Fe/2).

Passer pour un idiot aux yeux d'un imbécile est une volupté de fin gourmet. (G. Courteline)

144
Intéressant, mais je pense que l'échelle peut induire en erreur. Ça donnerait quoi en dbFS ?

La prononciation, c'est important !

145
Citation :
je pense que l'échelle peut induire en erreur. Ça donnerait quoi en dbFS ?
Peut-être pour les fréquences en log, mais pour l'amplitude c'est l'atténuation en dB (ou, ce qui revient à peu près au même, le niveau des fréquences images parasites), a priori indépendante du niveau (hors effets de bord, càd saturation et bruit).

Passer pour un idiot aux yeux d'un imbécile est une volupté de fin gourmet. (G. Courteline)

146
Oui oui, mais ça reste des dB "tout court", donc c'est relatif. Par exemple, sur la courbe bleue, je vois un pic à 22,050 kHz qui a l'air d'être à environ -1 ou -2 dB. C'est intéressant, mais on ne sait pas si ça correspond par exemple à -100 dBFS (en prenant un sinus à 1 kHz comme référence), auquel cas c'est négligeable par rapport au signal utile, ou à -40 dBFS, ce qui voudrait dire que la reconstruction est loin d'être parfaite.

La prononciation, c'est important !

147
Citation :
Oui oui, mais ça reste des dB "tout court", donc c'est relatif. Par exemple, sur la courbe bleue, je vois un pic à 22,050 kHz qui a l'air d'être à environ -1 ou -2 dB.
Je vais essayer d'être plus clair.
Le relevé a été fait avec un signal wobbulé entre 20 et 22050Hz, de niveau 0dBFS, sur une sortie analogique (ici casque) à un niveau "normal".
Ce que l'on voit sur le graphe est l'enveloppe de tous les signaux, càd que pour un sinus de F1=1kHz, par exemple, la première image se trouve à 43.1kHz (Fe-F1) et son atténuation par rapport à F1 est celle relevée sur le graphe à 43.1kHz (pas facile à lire sur ce graphe, mais faible). D'autres images du 1kHz se trouvent dans les différentes bosses et l'on voit que certaines fréquences ont une image d'ordre plus élevé qui peut monter à -40dB (sous le 1k) pour la UA4-FX.
En ce qui concerne le pic à 22.05k, c'est simplement parce qu'à cette fréquence la première image est aussi à 22.05K et les signaux s'ajoutant, le niveau augmente.

La région qui intéressera habituellement est celle comprise grosso modo entre 20 et 22.05k car le filtrage anti-crénelage n'étant pas suffisant, ces fréquences sont fortement distordues par leur fréquence image de niveau relatif élevé.
Par exemple sur le graphe suivant (https://img.audiofanzine.com/image.php?lang=fr&identifier=image&size=normal&module=user&userPhoto_id=223976) seule la fréquence de 21.5kHz existe dans le fichier, mais en sortie on retrouve aussi son image, à un niveau non négligeable.

Passer pour un idiot aux yeux d'un imbécile est une volupté de fin gourmet. (G. Courteline)

[ Dernière édition du message le 11/02/2012 à 08:30:56 ]

148
Citation :
Le relevé a été fait avec un signal wobbulé entre 20 et 22050Hz, de niveau 0dBFS, sur une sortie analogique (ici casque) à un niveau "normal".
Ce que l'on voit sur le graphe est l'enveloppe de tous les signaux
OK.

Mais soit je me plante, soit tu as oublié un truc. Ton signal a un niveau de 0 dBFS, mais il est wobulé et tu mesures une moyenne, ce qui veut dire que le niveau dans chaque bande de fréquence est plus faible. C'est comme si tu mesurais avec un signal large bande de niveau inférieur.

Je viens de tester en simulation avec un éditeur audio. Si je génère un sinus à 1 kHz avec une amplitude de 100%, l'analyseur de spectre intégré au soft me donne un pic unique à 1 kHz avec une amplitude de 0 dBFS (logique). Avec un sweep linéaire de 20 à 22050 Hz, sur une durée de 10 secondes, j'obtiens un spectre plat... mais avec une amplitude bien plus faible.

Est-ce que tu pourrais refaire le même test avec un simple sinus à 1 kHz, en mesurant le spectre à partir de 20 Hz ?

La prononciation, c'est important !

149
Citation :
Mais soit je me plante, soit tu as oublié un truc. Ton signal a un niveau de 0 dBFS, mais il est wobulé et tu mesures une moyenne,
Tu te trompes, il faut bien lire ce qui est écrit ! Je mesure des fréquences instantanées, en crête. D'où vient cette histoire de moyenne ? Et le niveau ne fait rien à l'affaire.
Le dernier exemple avec les 2 raies a été fait avec Goldwave et une carte son comme numériseur et l'on voit bien que la fréquence de 21.5k, prise à la volée (copie d'écran), a le même niveau que le reste (courbe enveloppe rouge).
Et si je fais la même chose avec de simples sinus, je trouve évidemment le même résultat : d'ailleurs, avant de faire des balayages pour avoir une vision globale, j'avais commencé par des sinus de fréquences différentes, donc inutile de recommencer.

Passer pour un idiot aux yeux d'un imbécile est une volupté de fin gourmet. (G. Courteline)

150
Citation :
Ce que l'on voit ne correspond pas à des horloges (signaux bande étroite), à part quelques raies (64k, etc.), mais a priori aux images de la fréquence courante pas complètement éliminées par le filtrage (et pas à du bruit) ; leur amplitude donne la réponse des filtres. On voit d'ailleurs un creux sur les harmoniques de 44.1k (symétrie).

Je ne comprends pas.

Il y a un pic +20dB vers 44kHz qui correspond à la fréquence d'échantillonnage.
Il y a une bosse avec une forme bien particulière (une discontinuité de +10 à +15dB) vers 88kHz, ça ressemble à la 1ère harmonique d'un signal à 44kHz qui passe dans une topologie complexe (les largeurs des bandes sur les harmoniques d'un parasite dépendent de la topologie de la carte qui les ramène).