Retour sur le moteur audio : 32 vs 64 bits, flottant vs fixe...

Citation :

Les explications de Pov Gabou (scientifique et développeur en audio ; docteur es sciences je crois), les explications de Robert Henke (développeur chez Ableton)... et eux disaient le contraire de ce que tu sembles affirmer (sans l'écrire clairement d'ailleurs) :

leur point de vue était qu'il n'y a pas de différences suffisamment audibles pour préférer un moteur audio à un autre.

pour Pov Gabou, c'est même pas que c'est pas suffisamment audible, c'est que c'est pas près de l'être

Citation de Pov Gabou :

 

Me suis amuse a faire un petit programme en python qui calcule la difference max et en moyenne entre le summing en 32 bits et 64 bits:

Citation :

#! /usr/bin/env python                                                                   
# Last Change: Mon Oct 30 01:00 PM 2006 J                                                

import numpy as N

n   = int(1e5)
dbd = -80

# A is double, between -1 and 1 (0dB)                                                    
A   = 2*N.random.rand((n))-1                                                             
# B is double, between -1e-4 and 1e4
B   = (2*N.random.rand((n))-1) * 10 ** (dbd/20)                                          

S   = A + B

powerA  = N.sqrt(N.sum(A**2)) * 1./n                                                     
powerB  = N.sqrt(N.sum(B**2)) * 1./n                                                     
print "Real db Diff (power) is %f" % (20*N.log10(powerA/powerB))                         

A32 = N.float32(A)
B32 = N.float32(B)                                                                       

S32     = A32 + B32

# numpy broadcast to 64 bits automatically, so the difference is done
# in 64 bits
diff    = S32 - S

powerdiff   = N.sqrt(N.sum(diff ** 2)) * 1./n
maxdiff     = N.max(N.abs(diff))

print "average diff of dynamic compared to bigger signal (0 dB) is %f" % (20*N.log10(powerdiff))
print "worse dynamic compared to bigger signal (0 dB) is %f" % (20*N.log10(maxdiff))

 

 

Et ca me donne autour de 220 dB de dynamique pour la difference entre 32 bits et 64 bits summing, et la pire valeur sur 100000 echantillons est encore a 144 dB.

Et comme je suis motive, j'ai fait la meme chose en C, pour essayer de plus grosses valeurs et pour que tout le monde puisse essayer (attention, c'est programme a la hache, donc ca prend pas mal de memoire. Sur mon pc du labo, j'ai 2 Go de ram avec 3 de swap, le programme doit consommer autour de 10^7 * 8 * 8 octets, ce qui fai en gros 640 Mo). 

Citation :

/*
 * Last Change: Mon Oct 30 01:00 PM 2006 J
 *
 * Small test to see pratical difference beween summing in 32 and summing in 64 bits
 * on the platform where this program is run
 */

/*
 * For ISO C, all floating functions are for double by default.
 * If they have the suffix f, they are float
 */

/* For FLT_ constants */
#include <float.h>

/* for drand48 (SVID standart) and exit */
#include <stdlib.h> 
/* for log10 */
#include <math.h>

#include <stdio.h>

int do_compare(size_t nelements, double dbd);
int generate_signals(double *in, double *in2, size_t nel, double dbdiff);

int lev2dB(double ref, double val, double* ret);
double db2coeff(double dblev);
double avdbdiff(const double* ref, const double* val, size_t nel);
double avdbref(const double* in, size_t nel, double ref);
double mindbref(const double* in, size_t nel, double ref);

long double power(const double*in, size_t nel);

int sum32(const float* in1, const float* in2, float* out, const size_t n);
int sum64(const double* in1, const double* in2, double* out, const size_t n);
int diff64(double* inout, const double *in2, size_t nel);

int double2float(const double* in, float *out, size_t nel);
int float2double(const float* in, double* out, size_t nel);

/* alloc or die */
void*    xmalloc(size_t n);

/* Not sure about precision, but should not matter, since 
 * it is used only for db computation*/
double exp10(double in)
{
    return exp(in * log(10));
}

/* Entry point */
int main(void)
{
    int     status;
    size_t  nel = 10000000;
    double  dbdiff  = -80;

    status  = do_compare(nel, dbdiff);
    if (status < -1) {
        fprintf(stderr, "Error while comparing...n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

int do_compare(size_t nel, double dbd)
{
    double  *a, *b, *s, *s64;
    float   *a32, *b32, *s32;
    int     status;
    double  sumdbdiff;

    /*
     * Allocations
     */
    a   = xmalloc(sizeof(*a) * nel);
    b   = xmalloc(sizeof(*b) * nel);
    s   = xmalloc(sizeof(*s) * nel);
    a32 = xmalloc(sizeof(*a32) * nel);
    b32 = xmalloc(sizeof(*b32) * nel);
    s32 = xmalloc(sizeof(*s32) * nel);
    s64 = xmalloc(sizeof(*s64) * nel);

    srand48(time(0));
    /*
     * Generate test signals
     */
    status  = generate_signals(a, b, nel, dbd);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /*
     * Make a copy of test signals into 32 bits buffers
     */
    status  = double2float(a, a32, nel);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    status  = double2float(b, b32, nel);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /*
     * Do the summation in 32 bits
     */
    status  = sum32(a32, b32, s32, nel);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    status  = float2double(s32, s64, nel);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /*
     * Do the summation in 64 bits
     */
    status  = sum64(a, b, s, nel);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /*
     * Compute the difference (in 64 bits) (in place into s)
     */
    status  = diff64(s, s64, nel);
    if (status) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, %d errorn", __FILE__, __func__, __LINE__);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /*
     * Compare the results
     */
    sumdbdiff = avdbref(s, nel, 1.0);
    printf("average db diff between 32 bits summing and 64 summing is %fn", sumdbdiff);
    sumdbdiff = mindbref(s, nel, 1.0);
    printf("worse db diff between 32 bits summing and 64 summing is %fn", sumdbdiff);
#if 0
#endif

    /* Those free are just for checking under valgrind */
    free(a);
    free(b);
    free(s);
    free(a32);
    free(b32);
    free(s32);
    free(s64);

    return 0;
}

/* compute the power of in: 1/nel * sqrt(sum(in ** 2)) */
long double power(const double*in, size_t nel)
{
    long double acc = 0;
    size_t      i;

    for(i = 0; i < nel; ++i) {
        acc += in[i] * in[i];
    }

    return sqrtl(acc) / nel;
}

int diff64(double* inout, const double *in2, size_t nel)
{
    size_t      i;

    for(i = 0; i < nel; ++i) {
        inout[i] -= in2[i];
    }

    return 0;
}

/* Generate (uniform) random signals in and in2. in2 has dbdiff dB difference on average 
 * compare to in1, and in1 is normalized in the range [-1, 1] */
int generate_signals(double *in1, double *in2, size_t nel, double dbdiff)
{
    size_t  i;
    double  amp = db2coeff(dbdiff);

    for(i = 0; i < nel; ++i) {
        in1[i]  = 2 * drand48() - 1;
        in2[i]  = amp * (2 * drand48() - 1);
    }

    printf("Asked level is %f, real level on average is %fn", dbdiff, avdbdiff(in1, in2, nel));

    return 0;
}

/* Convert a and b content to 32 bits and put the results into a32 and b 32.
 * I am not sure about the correct way to do the convertion... */
int double2float(const double* in, float *out, size_t nel)
{
    size_t  i;
    for(i = 0; i < nel; ++i) {
        out[i]  = (float)in[i];
    }

    return 0;
}

int float2double(const float* in, double* out, size_t nel)
{
    size_t  i;

    for(i = 0; i < nel; ++i) {
        out[i]  = (double)in[i];
    }

    return 0;
}

/* give the *average* db level compared to a reference 0 dB */
double avdbref(const double* in, size_t nel, double ref)
{
    long double pow;
    double      dbl;

    pow = power(in, nel);

    lev2dB(ref, (double)pow, &dbl);

    printf("ref is %10e, pow is %10e, level is %fn", 
            ref, (double)pow, dbl);

    return dbl;
}

/* give the min db level compared to a reference 0 dB */
double mindbref(const double* in, size_t nel, double ref)
{
    double  maxval;
    double  tmp;
    double  dbl;
    size_t  i;

    maxval  = 0;
    for(i = 0; i < nel; ++i) {
        tmp = fabs(in[i]);
        if ( tmp > maxval) {
            maxval  = tmp;
        }
    }

    lev2dB(ref, maxval, &dbl);

    printf("ref is %10e, max is %10e, level is %fn", 
            ref, maxval, dbl);

    return dbl;
}

/* give the *average* db difference between two signals */
double avdbdiff(const double* ref, const double* val, size_t nel)
{
    long double pow1;
    long double pow2;
    double      dbl;

    pow1    = power(ref, nel);
    pow2    = power(val, nel);

    lev2dB((double)pow1, (double)pow2, &dbl);

    printf("pow1 is %10e, pow2 is %10e, dbdiff is %fn", 
            (double)pow1, (double)pow2, dbl);

    return (dbl);
}

/* put the db value with reference level ref into ret
 * return 0 on success, -1 otherwise */
int lev2dB(double ref, double val, double* ret)
{
    if (fabs(val) < DBL_EPSILON || val < DBL_MIN) {
        fprintf(stderr, "%s:%s, line %d, val (%f) is below epsilon or negativen", 
                __FILE__, __func__, __LINE__, val);
        return -1;
    }
    *ret    = 20*log10(ref / val);

    return 0;
}

/* given a dB level difference, returns the amplitude coeff */
double db2coeff(double dblev)
{
    return exp10(dblev / 20.);
}

/* sum in 32 bits */
int sum32(const float* in1, const float* in2, float* out, const size_t n)
{
    size_t  i;
    for(i = 0; i < n; ++i) {
        out[i]  = in1[i] + in2[i]; 
    }

    return 0;
}

/* sum in 64 bits */
int sum64(const double* in1, const double* in2, double* out, const size_t n)
{
    size_t  i;
    for(i = 0; i < n; ++i) {
        out[i]  = in1[i] + in2[i]; 
    }

    return 0;
}

void* xmalloc(size_t n)
{
    void*   tmp;
    tmp     = malloc(n);
    if (tmp == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error while allocatingn");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return tmp;
}

 

 

qui me donne encore une fois autour de 220 dB en moyenne et 141 dB dans le pire des cas sur 10^7 tirages. Je pourrais essayer plus si je me faisais chier a bufferiser au lieu de tout allouer en une fois, mais j'ai pas que ca a foutre non plus 

Bref, a moins que je me sois plante quelque part (ce qui n'est pas impossible dans le code C, mais dans le code python, je pense pas trop), le fait que les calculs internes soient faits de toute facon en 80 bits sur un proc intel meme avec des valeurs d'entree/sortie en 32 bits fait qu'on garde bien une precision tres bonne avec du 32 bits, et ce meme dans un cas vraiment extreme (mixage de deux pistes avec 80 dB de difference).

 

 

j'ai pas les compétences pour comparer avec le post de Gaël, mais je note quand même que les conclusions sont un peu contradictoires.

vu le nombre de fois ou on a posté cette doc, c'est sûr qu'on peut difficilement nous accuser d'être anti-avid, tout le monde va finir par la connaitre par coeur.

Par contre, par rapport au post de Undo, tu as historiquement raison Dr Pouet, mais pour la suite, Undo est quand même dans le vrai, je pense que digi s'est un peu endormi sur son TDM pendant qu'en face, en natif, on avait de vrais évolutions.

Le protools LE était quand même à la ramasse sur pas mal de points comparé à la concurrence, et ça fait pas bien longtemps qu'ils se remettent à jours sur des trucs pourtant basiques et présents ailleurs depuis belle lurette (compensation de la latence, le midi, l'ouverture aux interfaces tierces, limitation du nombre de pistes, le 32 bit float en format de fichiers etc....) ça ne lui enlève pas ses qualité, mais il était quand même pas mal à la traîne sur pas mal de point.

Citation :

De toute façon, pour avoir une réponse définitive, il faudrait faire un test de comparaison en double aveugle, moteur audio en 32 bits vs exactement le même mais en 64 bits (je ne sais pas si c'est possible facilement ; même en prenant des versions succesives d'un même DAW, pas dit que ça soit le seul truc qui ait été modifié en interne).

Essaye Logic Pro, en cochant une case tu peux ouvrir ton projet en 64 bits ou pas.

Citation :

Bref pour moi, les moteurs audio sont passés en 64 bits parce que les processeurs actuels sont capables de traiter du 64 bits flottants rapidement (SSE2, etc.), et parce que ça fait bien sur la plaquette commerciale, c'est tout.

Citation :

Essaye Logic Pro, en cochant une case tu peux ouvrir ton projet en 64 bits ou pas.

je rappel quand même un des test que j'ai fait:

- sommation de 60 pistes audio dans cubase sx3 (moteur 32 bit float) avec gain et pan sur chaque piste (les pan toujours à l'extrême)-> export

- sommation des mêmes 60 pistes audio avec propellerhead record (moteur 64 bit float) avec mêmes gain et pan-> export

comparaison des deux exports avec l'un d'eux en inversion de polarité, export du résultat et normalisation à 0dBfs

résultat, pas un pet de mouche, ni BDQ ni quoi que se soit!

Ce qui va dans le sens de la comparaison faite par Pov Gabou.

Et puis si on va par là, soyons fou, on peut aussi prétendre qu'un DAW native sera meilleur que protools HDX dsp, puisque la sommation se fait sur 80 bit flottant, quand vous ferez des mix avec 8715 pistes, le son sera plus large, plus dynamique, et vous aurez une meilleur conservation des harmoniques, surtout vers 3.412kHz.

Citation :

Avec logic pro en 32 bits tu es limité à 4 GB de Ram

ouai, c'est le premier argument en faveur du 64 bit pour moi.

Hors sujet :

Pour finir ma pub lol, logic est a 149 Euros depuis décembre. 

---EDITÉ---