fréquences d'échantillonnage, resampling et résolution démystifées ?
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Brubao
J'ai passé du temps à faire des tests et à réfléchir pour essayer de déterminer le format audio optimum pour l'enregistrement et le travail en studio.
Au final je me pose encore quelques questions, auxquelles peut-être des spécialistes pourront répondre de façon éclairée ? (je les ai mises en gras)
Voici d'abord quelques réflexions suite à mes observations.
Vu que c'est un chouilla long
et un peu pointu (sans mauvais esprit 
), j'ai essayé de structurer clairement les choses.Fréquence d'échantillonnage :
1) première approche :
il paraît évident dans l'absolu qu'un signal échantilloné à une fréquence élevée sera plus proche du signal analogique original (continu).
Au-delà de la bande passante et du théorème de Shanon Nyquist (qui sert un peu vite d'argument à tous les partis), le rendu des aigus en particulier devrait être plus juste, moins distortionné (décrire une sinusoïde avec 2 points ça paraît pas top).
Evidement on pourrait répondre que les fréquences en question sont inaudibles pour nos vieilles oreilles et que la distorsion des aigues ne fera que créer des harmoniques encore plus aigus et inaudibles (et qui seront de toute façon filtrés dans les formats audio de consommation actuels, fort heureusement dirait Nyquist).
Au final, est-ce que ça fait réellement une différence (surtout pour de la musique consommée en 44.1 kHz) ?
2) traitements et sommation :
en cas de mixage numérique, je suppose que les plugins peuvent délivrer un résultat sonore plus proche de l'analogique s'ils traitent un son "plus continu". En tous cas la différence m'a semblée flagrante à l'audition sur des réverbs qui prenaient une toute autre dimension et consistance (comparaison projet test en 44.1 et en 192).
Au delà du point de vue spectral, je suppose qu'une F.d'E. plus élevée amène une meilleure fluidité temporelle et dynamique.
La sommation aussi est meilleure je suppose, vu la résolution temporelle accrue et la plus grande précision des valeurs à sommer (erreurs de crête moindres, représentation des niveaux plus fidèle à chaque échantillon).
3) rendu final (44.1 kHz) :
Pour me rendre compte si au final ça faisait une différence de travailler à des F.d'E. supérieures, j'ai fait ce test :
- j'avais un projet enregistré en 44.1 kHz.
- j'ai resamplé toutes les pistes en 192 kHz (crystal resampler, wavelab 7).
- j'ai mixé en 192 kHz.
- exporté en 192 kHz puis resamplé en 44.1 kHz.
- j'ai dupliqué le projet de mixage en 44.1 kHz et passé les fichier originaux dedans.
- j'ai créé un fichier delta (différence entre les deux exports finaux).
Conclusions :
- à l'écoute il me semble entendre une différence entre l'export 192 et l'export 44.1 (plus d'ampleur, d'ouverture).
- par contre entre l'export travaillé en 192 puis resamplé en 44 et l'export tout 44, c'est moins évident (difficile de jurer que la différence n'est pas suggérée).
- Evidement, je ne saurai jamais si j'aurais mixé de la même façon en 44 qu'en 192 (ça m'a quand même paru auditivement très confortable, impression d'entendre plus clairement ce qu'il y avait à faire et ce que je faisais).
- le fichier delta montre une différence objective tout à fait flagrante entre les 2 exports (travaillés en 192 puis resamplé en 44 contre tout 44). On a l'impression d'entendre la composante "définiton" du son. Mais je me demande si elle n'est pas liée au resampling à des fréquences non multiples (parce qu'en écoute comparative c'est loin d'être aussi flagrant).
Du coup, vu que j'étais lancé, j'ai resamplé mes fichiers en 174.6 kHz, je les ai repassés dans le mix version 174, puis j'ai exporté et resamplé en 44.1.
Effectivement, le fichier delta est beaucoup moins flagrant même s'il reste une différence du même genre que l'autre fichier delta.
A part ça, les conclusions sont du même ordre qu'avec le mix en 192.
Plein de motivation, j'ai reproduit les processus en 88.1 kHz. Comme on pouvait s'y attendre, les constats sont du même acabit mais moins prononcés.
Il y a quand même quelque chose qui me turlupine :
La comparaison entre le mix en 44 et en 192 (fréquences non multiples) sous forme de fichier delta fait ressortir un résidu très estéthique (sorte de composante de définition du son).
C'est manifestement lié au resampling à des fréquences non multiples : j'ai fait le test de resampler un fichier 44.1 en 192 puis de nouveau en 44.1 et de comparer avec l'original. La différence est du même type.
Les questions que je me pose (même si la différence semble moins flagrante en écoute comparative) :
- est-ce dû à un phénomène de "déphasage d'échantillonnage" qui ferait entendre une différence flagrante mais non pertinente (de la même façon qu'on pourrait obtenir un effet de filtre en peigne flagrant en comparant 2 fichiers très légèrement décalés) ?
- si ce n'était pas le cas, serait-il possible qu'un resampler de bonne qualité, "obligé" d'extrapoler la courbe continue d'une façon plus approfondie pour des fréquences non multiples, offre au final un meilleur résultat ?
4) questions en suspens :
- fréquences multiples ou pas ?
pour les multiples :
. ça paraît plausible que la reconversion soit plus simple en cas de fréquences multiples et amène moins d'artéfacts...
. pourquoi les constructeurs s'emmerderaient sinon à proposer 88.2 et 176.4 kHz ?
pour les non multiples :
. dans l'absolu, avec une fréquence d'échantillonnage plus élevée on se rapproche davantage de ce cher son continu.
. la différence absolue du nombre d'échantillons devient peut-être intéressante aux ordes supérieurs de fréquence d'échantillonnage ?
. avec de bons convertisseurs ou en cas de mastering analogique par exemple, l'histoire de fréquences multiples devient peut-être moins pertinente ?
- 44/48, 88/96 ou 174/192 ?
. par rapport au rendu sonore final, à quel point est-ce que ça vaut la peine de mutliplier la F.d'E. (vu que les ressources nécessaires doublent chaque fois) ? Concrètement, est-ce que ça vaut pas la peine ? x2 ? x4 ?
. le son qu'on entend est quand même toujours reconverti en analogique, passé dans des haut-parleurs avec une inertie non nulle, propagé dans un air élastique et capté par nos oreilles au fonctionnement continu.
Au mieux tous ces éléments sont de très bonne qualité. Dans ce cas les convertisseurs lisseront joliment le signal, les haut-parleurs rendront fidèlement ce signal joliment analogisé, l'air sera transparent (si j'ose dire
) et les oreilles averties et ravies percevront très finement les jolies subtilités du son si bien rendu (en supposant que le signal sonore vaille le coup/coût évidement...).Ou alors les convertisseurs lissent mal le signal sonore, les caractéristiques des HPs se combinent justement très mal avec ces irrégularités (tweeter hyper agressif), l'air déforme le son en le propageant avec un mauvais goût total, les oreilles qui perçoivent le résultat sont abîmées et la personne à qui appartiennent ces oreilles ne cherche pas à apprécier les jolies subtilités (ça tombe bien).
Dans l'immense majorité des cas, la réalité se situe quelque part entre ces 2 extrêmes (toutes les combinaisons d'incidence étant possibles).
Mais honnêtement, dans quels cas le fait de travailler à des F.d'E. supérieures à 44.1 kHz aboutira à une différence pertinente pour l'auditeur ?
Résolution :
1) 16 bit :
Si je ne me trompe pas, il y a 1 bit de signe (pour la polarité), il reste donc 15 bits pour décrire l'amplitude du signal, soit 2^15 = 32768 valeurs pour décrire le niveau de l'échantillon.
Pour une plage dynamique de 90 dB, ça ferait donc 364 valeurs possibles par dB...
Si c'est bien juste, ça me paraît déjà franchement bien !
2) 24 bit :
Les 8 bits supplémentaire ne servent qu'à décrire les niveaux inférieurs à - 90dB. C'est d'ailleurs confirmé avec un bitmètre.
Franchement, est-ce que ça change quelque chose ?
Je veux bien croire que ce n'est pas purement marketing, mais j'ai du mal à comprendre où est la pluvalue, que ce soit à l'enregistrement, pour les traitements ou la sommation : même pour de la musique classique ou un instrument seul très léger et plein de transitoires et d'harmoniques, j'ai l'impression que c'est quand même rare d'avoir un passage musical qui module suffisament bas pour que ce qui se passe quelque part à -90dB ne soit pas masqué par d'autres composantes sonores ou simplement par le bruit de fond environnant à l'écoute (ampli et HP compris).
3) 32 bit flottant :
Grâce à la virgule flottante on peut décrire à travers toute la plage dynamique des niveaux intermédaires qui ne sont pas utilisés en virgule fixe. Dès lors la pluvalue semble plus claire (enregistrement, traitements, sommation).
Sauf que si mes calculs sont justes (quelqu'un peut-il confirmer ?), même en 16 bit on a 364 valeurs par dB cf. § 16 bit).
Si c'est bien le cas, est-ce vraiment utile d'en avoir plus (même pour la sommation de nombreuses pistes), vu qu'on travaille au mieux au 1/10 de dB ?
Si je calcule bien (mais je me trompe peut-être), on obtiendrait une différence d'1/10 de dB entre une résolution à virgule fixe ou flottante si on avait par exemple à sommer 73 signaux tous très mal approximés par la virgule fixe.
Calcul : en virgule fixe 364 valeurs par dB -> erreur d'approximation maximale = moitié de cet intervalle (donc 1/728ème de dB) -> il faudrait donc cumuler 72,8 erreurs pour atteindre 1/10 de dB...
Et en plus, en cas de travail en virgule flottante, au final les valeurs sont de toute façon arrondies. Donc même si les valeurs finales sont légèrement plus justes après traitements et sommation que si on était resté en virugle fixe, cette précision est quand même partiellement rabotée (et là, même débat que pour les fréquences d'échantillonnage supérieures).
4) en conclusion :
Je veux bien croire qu'il y ait une bonne raison pour que les constructeurs et développeurs proposent des produits qui travaillent en 24 bit, 32 bit flottant, 48 bit non flottant... mais quelle est-elle ?
Quelqu'un d'avisé peut-il expliquer clairement si ça vaut la peine d'enregistrer et/ou de travailler en plus que 16 bit et à quel point ça fera une différence ou pas ?
Si vous avez tout lu, waw !
Si vous avez parcouru et relevé certaines questions, super !
Si vous pouvez y répondre de façon éclairante et justifiée, MERCI !!
Anonyme
pour tout ce qui touche à la console des voies (pan, niveaux in ou via les fader, les inserts, les sends, les équas etc...), non ça change rien.
Pour ce tout ce qui est traitement offline via l'éditeur audio, là oui ça change.
dart
Anonyme
si tu configures le projet en 32 bit float ça aura plusieurs répercussions:
- tout enregsitrement audio dans cette session sera quantifié sur 32 bit float
- pour tout import de fichier audio dans la session qui ne serait pas en 32 bit float, cubase te demandera si tu veux conformer les fichiers suivant les paramètres du projet (résolution et FE comme l'a dit Jjulien)
Mais, que ton projet soit ou non en 32 bit float, et que tu conformes ou pas les fichiers si le projet est en 32 bit float, ça ne changera rien au fait que:
Citation de moi:
pour tout ce qui touche à la console des voies (pan, niveaux in ou via les fader, les inserts, les sends, les équas etc...), non ça change rien.
tout sera calculé en 32 bit float sur des fichiers de toute façon convertis à la volée en 32 bit float.
[ Dernière édition du message le 21/01/2012 à 11:46:49 ]
dart
Anonyme
En 32bits float tu peux dépasser le 0Db en interne sans troncature. Pas en 24.
Les proc Intel et AMD travaillent en 32 pour la plupart, ce qui nécessite moins de calcul et de processus en bossant en 32bits float.
La plupart des DAW bossent également en 32 (Cubase, Nuendo,etc)
Qui dit troncature dit perte de définition et erreurs d'arrondi.
dart
En tous cas, ces lectures sont très intéressantes. Je vais me conformer au 32 float.
Monter la FE ne pose pas de soucis de synchro qui suit le mouvement?
La synchro veille à ce que tous les appareils découpe le son en 44100 lamelles pour du 44.1 mais est-ce qu'elle a un rapprt avec la résolution?
Anonyme
mais tu n'as pas de troncature si ton fichier de base est en 24 ou 16 bit, d'ailleur c'est pas ça la troncature, ça serait de l'écrêtage dans le cas que tu évoques.
Du coup je te propose un petit test pour le vérifier, tu pourras le constater par toi même:
-ouvre une session cubase, configure le projet en 16 ou 24 bit.
-importe un fichier audio dont la résolution est de 16 ou 24 bit
-place en insert de cette piste un plug de gain ou un compresseur ou peut importe, pour ne prendre aucun risque, de préférence un des plugs de base de cubase, ou au moins un plug dont tu est certain qu'il travail en flottant
-règle ce plug pour faire surmoduler la piste (bien comme il faut si tu veux, genre +20dBfs)
- route cette piste vers un bus dont tu baisses le fader pour revenir sous le 0dBfs, ou fait la manip directement depuis le bus master
- fait en export en entier (24 ou 16 bit)
- ré-importe le fichier que tu viens d'exporter sur une nouvelle piste
Sans même écouter, rien qu'en regardant la forme d'onde, que constates-tu? le fichier est-il écrêté?
si le fichier est écrêté c'est qu'il a été traité en entier qui ne supporte pas la surmodulation.
si le fichier n'est pas écrêté, c'est bien qu'il a été traité en flottant.
dart
Je me demandais juste... Est-ce que la résolution a un rapport avec l'horloge? La FE oui évidemment mais le codage des fichiers en 16, 24, 32 n'est pas dicté par la clock mais par le système, l'ordinateur en lui-même. Donc horloge et résolution ne devraient pas être liés... ? C'est juste pour ma culture générale...
Anonyme
Citation :
Est-ce que la résolution a un rapport avec l'horloge? La FE oui évidemment mais le codage des fichiers en 16, 24, 32 n'est pas dicté par la clock mais par le système, l'ordinateur en lui-même. Donc horloge et résolution ne devraient pas être liés... ? C'est juste pour ma culture générale...
je suis pas bien sûr de comprendre la question.
De toute façon, la seule horloge qui nous intéresse et qui impact le son, c'est celle du converto.
En interne, on est asynchrone et pas en "temps réel"
Pour le lien résolution/horloge, il y en a un au moment de la conversion, le jitter par exemple va faire qu'à l'instant T (top de l'horloge "idéale") tu devrais mesurer une valeur x, mais comme tu as du jitter, tu es en fait à l'instant T+/- quelque chose, et tu ne mesures donc plus la même valeur d'échantillon, l'écart entre la valeur réelle mesurée et la valeur "théorique idéale", c'est de l'erreur de quantification donc du bruit de quantification.
Il y en a aussi un (de rapport) au moment de la décimation, quand tu passes de la Fe sur-échantillonnée du convertisseur delta sigma (plusieurs MHz)sur 1 bit aux caractéristiques de Fe et résolution que tu as choisi, car pour un débit donné, plus tu augmentes l'un, plus ça diminue l'autre.
Je sais pas si je suis clair, et surtout, merci de me reprendre si j'ai écrit une connerie.
Citation :
Mais je pourrais essayer en effet pour visualiser la chose.
le test c'était pour Jjulien, mais tu peux le faire aussi, c'est toujours bien de constater par soi-même.
Le but du test est de démontrer que quelque soit la résolution du fichier, et quelque soit les paramètres du projet, les traitements se font toujours en 32 bit flottant.
[ Dernière édition du message le 21/01/2012 à 13:27:11 ]
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