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[TUTO] Fréquence d'échantillonnage et Bits - C'est quoi au juste ?

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Sujet de la discussion [TUTO] Fréquence d'échantillonnage et Bits - C'est quoi au juste ?
Un petit tutoriel à ce propos car bon nombre d'entre vous ne savent pas ce que c'est une fréquence d'échantillonnage ainsi que la profondeur de bits. Y'a beaucoup de confusion en général.

LA FREQUENCE D'ECHANTILLONNAGE

Définition

Elle s'exprime en Hertz (Hz) ou (kHz). On retrouve notamment les valeurs suivantes : 44 100 Hz, 48 000 Hz, 96 000 Hz, 192 000 Hz. Le standard CD et digital mondiale est 44 100 Hz. Ce qui veut dire que chaque seconde, il y a 44 100 échantillons (samples) joués. Plus cette fréquence d'échantillonnage est grande, plus le son sera affiné et donc naturel.

Attention ne pas confondre fréquence d'échantillonnage avec couvrement du spectre. Par exemple, 44 100 Hz ne veut pas dire que l'on peut entendre des fréquences jusqu'à 44 100 Hz !

L'oreille humaine peut en général entendre sur le spectre suivant : 20 Hz - 20 000 Hz.

Pour une qualité fidèle

La question ici c'est : quelle fréquence d'échantillonnage est suffisante pour restituer parfaitement une chanson ?
Il faut savoir qu'il a été montré scientifiquement que pour reproduire avec fidélité l'ensemble des fréquences audibles par l'Homme, il faut que la fréquence d'échantillonnage soit égale au double de la fréquence maximum audible par l'Homme soit 20 000 Hz.
Ainsi 20 000 Hz x 2 -> 40 000 Hz de fréquence d'échantillonnage.

C'est pourquoi on a choisit 44 100 Hz qui permet de couvrir le spectre jusqu'à 22 050 Hz. Vous allez me dire mais pourquoi ne pas avoir choisit 40 000 Hz ? Tout simplement parce qu'il faut garder une marge pour que les fréquences ne se coupent pas. Les 2 050 Hz de plus vont permettre une sortie en douceur si vous préférez.

Ainsi cela veut dire que si vous exportez votre musique avec une fréquence d'échantillonnage supérieure à 44 100 Hz, votre oreille sera incapable d'entendre la différence.

Mais alors pourquoi proposez des cartes sons avec des fréquences d'échantillonnages allant jusqu'à 192 000 Hz ?

En fait, il y a deux raisons. La première est que les pilotes de votre carte son (notamment si elle est professionnelle) seront optimisés pour une fréquence d'échantillonnage donnée. En général, les pilotes ASIO de vos cartes sont optimisés pour la fréquence d'échantillonnage maximum qu'elle propose : 96 000 Hz et 192 000 Hz dans la majorité des cas. Vous aurez moins de latence et plus de soulagement pour le micro-processeur avec une fréquence d'échantillonnage grande. Ce qui parait surprenant mais c'est comme çà.
Ainsi il sera très utile pour un ingénieur du son de bosser à une très grande fréquence d'échantillonnage. Son ordinateur sera ravi.
La deuxième raison ce sont les plug-in et les banque sons (samples) utilisés. En effet, certains plug-in sont aussi optimisés pour une fréquence d'échantillonnage bien précise. Mais çà n'a guère de répercussions sur la qualité de votre chanson au final.
Enfin sachez que il y a beaucoup de marketing autour des cartes sons. Ne vous laissez plus avoir.

En revanche la profondeur de bit (16, 24 ou 32 virgule flotante) aura une plus grande importance.

LA PROFONDEUR DE BIT

Définition

Elle s'exprime en Bits. On retrouve notamment les valeurs suivantes : 16 bits, 24 bits, 32 bits virgules flotante. Le standard CD et digital mondiale est 16 bits. Cette valeur va agîr sur le taux de dynamique disponible en dB. La règle est que pour 1 bit, on a 6 dB de dynamique. Autrement dit, le son oscillera sur 6 db en 1 bit.
Donc en 16 bits, le son oscillera sur (16 x 6) -> 96 dB.
Donc en 24 bits, le son oscillera sur (24 x 6) -> 144 dB.

On peut alors en déduire que les sons les plus faibles dans une musique seront beaucoup plus audibles et restitués naturellement à une profondeur de 24 bits. Donc si vous passez une chanson de 24 bits en 16 bits, cela s'entendra sur des sons suivants : fin d'une reverb, fin d'un crash par exemple. Mais attention c'est très subtile ! Et de toutes façons ce trait de subtilité sera gommé puisque l'on appliquera un Dithering (ajout de bruit) qui va résoudre ce problème.

En effet, on a adopté le 16 bits pour le format CD. On estime que 96 dB de dynamic est suffisant. 24 bits aurait été plus judicieux pour éviter justement l'application d'un dithering mais les fabricants de CD voulaient pouvoir mettre 74 minutes de chanson dessus. Le 24 bits n'aurait pas permis autant.
Ainsi on a gardé cette même norme pour le format digital.

16 bits ou 24 bits (voir 32 bits), répercution réelle sur l'écoute ?

Si vous avez compris ce que je viens d'expliquer, si vous écoutez une chanson en 16 bits ou en 24 bits, la différence est inaudible. La dynamique est assez importante en 16 bits surtout dans les musiques actuelles. Le seul genre de musique dans lequel le 24 bits aura son intérêt sera la musique classique. Et aussi les bandes sons du cinéma qui utilise beaucoup plus de dynamique. Mais là encore ne vous attendez pas à une différence de qualité énorme. 99% des gens n'y verront rien.

24 bits ou + important en studio !

En revanche, en studio il va être important de travailler avec une profondeur de bits de 24 bits notamment lors d'un enregistrement. Il faut laisser beaucoup de dynamique sur un micro pour pouvoir enregistrer assez bas en volume. Cela permet de ne pas clipper. C'est d'ailleurs l'unique seul réel intérêt du 24 bits en studio.
Il a tout de même un autre intêret. Tout comme la fréquence d'échantillonnage, les cartes sons sont optimisés pour le 24 bits ou le 32 bits virgule flottante.

CONCLUSION

Pour l'auditeur, la fréquence d'échantillonnage et la profondeur de bits qui proposeront le rendu le plus optimal est le 44 100 Hz - 24 bits. Mais dans la majorité des musiques le 16 bits suffira. Le 24 bits sera utile pour des musiques contenant beaucoup de dynamique : classique, jazz, acoustique... Utile aussi pour le cinéma. Mais çà reste tout de même très très subtile.

Evidemment, le format MP3 (ou n'importe quel format de compression) va dégradé le signal. Ainsi, les audiophiles confirmés devront préférer le format PCM (WAV, AIFF...). Les boutiques de musique en ligne ne proposent malheureusement pas toutes du WAV en option. Et quand cela est proposé le prix n'est malheureusement pas le même.

L'idéal serait de proposer du 44 100 Hz - 24 bits afin de n'avoir aucun problème de fidélité pour tous le styles de musique.

Donc n'oubliez pas le dithering lorsque vous exportez en 16 bits et que vous avez travaillez en 24 ou 32 bits.

En espérant que ce tutoriel vous aura éclairer à ce sujet.

JIM

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11
Citation de Jan :
Conservons les termes "profondeur de bits" pour YouPorn, et parlons de résolution.


:-D

branché un VSP 800 double triphasé en connexion analogique, vous ne trouvez pas ça complètement glucose ?

12
Une question simple pour vous mais qui me turlupine moi qui suis simple auditeur.

J’ai posé ma question à plusieurs boutiques AUDIO réputées mais leur réponse ne correspond pas à ce que je pense mais surtout à ce que j’entends avec mes oreilles.

J’ai un smartphone Xiaomi note 9 avec lequel j’écoute de la musique en Hi-res sur Qobuz.

Je le connecte à un AMPLI/DAC FIIO Q1Mark2 via un mini câble CL06 en USB (USBC vers micro USB).
Je sors du DAC sur un jack 3.5 vers mon casque FOCAL LISTEN WIRELESS en filaire afin de ne rien perdre de la qualité de mes sources, même si c’est moins commode qu’en Bluetooth.

La question que je me pose c’est celle du réglage du volume au niveau du smartphone et au niveau du DAC.

Au début je faisais comme en audio de l’ancien temps, je mettais les deux potentiomètre au milieu, max 80% pour limiter la distorsion.
Mais j’ai lu que le meilleur réglage c’était de mettre la source numérique à 100%, donc le smartphone au volume max pour ne pas détériorer le signal Hi-res.

J’ai testé et c’est vrai que c’est sans comparaison, le son est plus dynamique et mieux défini en utilisant uniquement le réglage de volume sur le DAC.

Comme tous les magasins contactés me disent le contraire , je commence à penser que je dois être fou ou alors ils sont incompétents dans ce domaine , lol !

Que pouvez-vous me dire sur le sujet.

Merci de m’avoir lu
13
Citation de lachutaie :
J’ai testé et c’est vrai que c’est sans comparaison, le son est plus dynamique et mieux défini en utilisant uniquement le réglage de volume sur le DAC.
En toute franchise ça ressemble beaucoup à de l'auto-suggestion.
Baisser le volume du smartphone et remonter le volume de l'ampli casque augmente le bruit de font de la quantification et de l'ampli. Il faut baisser le volume du smartphone très franchement pour espérer que ce soit audible et quand c'est audible ce qu'on entend c'est un bruit de font, pas un truc "moins dynamique" ou "moins défini".

On pourrait éventuellement justifier qu'il faille diminuer un peu le volume du smartphone (quelques dB en dessous du maximum) pour ne pas avoir la distorsion des crêtes inter-échantillon si elles passent au-dessus de 0 dB FS. Mais bon il faudrait justifier que ce soit audible en premier lieu :noidea:.

[ Dernière édition du message le 19/12/2020 à 10:32:31 ]

14
Merci Danbei pour ta franchise :clin:mais tu as dit que l'on pouvait te corriger si tu dis des bêtises. Donc je ne vais pas dire ça mais je vais lourdement insister:D:

Depuis que j'ai posé la question, j'ai fait plusieurs heures de test et c'est flagrant qu'une diminution de "volume" sur le smartphone, donc sur la source en numérique me fait perdre de la dynamique et du détail sur l'écoute. De plus tous les articles que j'ai lu avec force démonstrations, expliquent que le fait de diminuer le volume du son en numérique fait perdre des bits et donc des db (excusez si je n'emploie pas les bons termes, j'essaie d'expliquer à ma manière). Cela me parait logique car comment expliquer la manière de modifier le volume en numérique. En analogique, oui, on diminue la tension par action sur un potentiomètre mais en numérique, comment ça peut se passer sans jouer sur les bits.
15
Pour être certain de donner la bonne réponse, il faudrait connaître avec précision la conception de la partie audio de ton smartphone. Ou peut-être que c’est pareil sur tous les smartphones, mais je ne sait pas non plus comment c’est fait sur les autres.

Il y a 2 possibilités :

1- un convertisseur N/A qui convertit le signal numérique complet sans modification ; suivi d’un étage d’amplification analogique et piloté (via commande numérique, depuis l’interface logicielle du smartphone), ce qui permet de régler le volume.

2- un calcul numérique est effectué en numérique pour appliquer un gain au signal ( = réglage du volume) ; et ensuite il y a le convertisseur N/A puis une amplification analogique dont le gain est fixe.


La solution 1 devrait pouvoir donner les meilleurs résultats car on utilise au mieux le convertisseur, ainsi que les données numériques ; par contre ça dépend pas mal de l’amplification, et dont le circuit est un peu plus compliqué.

D’après ce que tu décris, on est plutôt dans la solution 2, et effectivement dans ce cas c’est comme si on perd des bits au niveau du convertisseur N/A. Logiquement, sur des passages silencieux le bruit de fond doit être plus élevé.


Il faut voir aussi qu’on doit être en train de parler de circuits électroniques qui doivent valoir 20 centimes.

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

16
Citation :
De plus tous les articles que j'ai lu avec force démonstrations, expliquent que le fait de diminuer le volume du son en numérique fait perdre des bits et donc des db (excusez si je n'emploie pas les bons termes, j'essaie d'expliquer à ma manière).


C’est correct. Là on parle de calculs effectués en 16 bits en virgule fixe. Si on divise un échantillon par 2, on perd un bit et 6dB de volume sonore. Donc au passage on perd potentiellement 6dB de dynamique ou 6dB de rapport signal / bruit.


Citation :
Cela me parait logique car comment expliquer la manière de modifier le volume en numérique.


Oui, dans le cas précis où c’est pour « régler le volume en entrant dans le convertisseur numérique », donc sur un nombre à virgule fixe, et un nombre de bits fixes (= celui du convertisseur N/A), ça se passe comme tu le dis.



En revanche, dans un logiciel de mixage, les fameuses STAN ou DAW (Logic, Cubase, Live, Reaper etc etc), les calculs se font en virgule flottante, et ces problèmes disparaissent totalement. Enfin il y a bien des limites, mais comme elles sont à +750dB et -750dB, on ne s’y heurte évidemment jamais.
Avec ces logiciels, on repasse en virgule fixe le plus tard possible : soit en envoyant les données à l’interface audio, soit en créant un fichier .wav ou .mp3.

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