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Sujet Les True-Peaks

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1 Les True-Peaks
J'ai eu la prétention d'écrire un petit article sur les True-Peaks, mais il doit y avoir un souci entre AF et mon ordi car il n'y a pas moyen de le faire passer, du coup, je le colle ici :

Un True-Peak, ou en moyennement bon français un peak inter-samples, ou en meilleur français, une crête inter-échantillons ou crête vraie est une crête du signal qui sera reconstruite lors de la conversion numérique vers analogique (N/A) à un niveau supérieur aux valeurs des échantillons qui la précèdent et la suivent. En bref, une crête supérieure au 0dBfs peut être reconstruite à l’identique si elle respecte certaines conditions.

image.php

Vous pouvez réviser vos bases sur le théorème de Shannon-Nyquist (rappel en fin d’article), ou me croire sur parole, mais il est possible qu’une tension entrant dans un convertisseur à un niveau supérieur au 0dBfs puisse être reproduite si elle à la chance de respecter les critères de Shannon-Nyquist, et si elle tombe entre deux échantillons correctement quantifiés.

Comme ce n’est pas très facile à comprendre, je vous propose une suite de schémas. Le premier représente une petite portion de temps, avec le temps en abscisse, divisé par les tops d’horloge, et les limites positives et négatives correspondant au 0dBfs en ordonné, c’est à dire les valeurs maximales quantifiables. Habituellement, les représentations comme les Peak-mètres proposent une version redressée du signal. On ne voit que des valeurs positives, les valeurs négatives ayant leur signe inversé.


image.php



Si j’enregistre un bout de son en respectant les critères de Shannon-Nyquist, mais que le signal présente des crêtes qui dépassent la valeur de tension correspondant au 0dBfs, il y a deux cas. Soit les crêtes sont mal quantifiées (écrétage numérique (cépabien), soit elle passent entre les échantillons, comme le montre l’exemple ci-dessous (ça, c’est un gros coup de bol) :


image.php



C’est à ce moment que les incrédules ont un peu de mal, mais pourtant un convertisseur de qualité moyenne saura reconstruire le signal à l’identique, y compris les crêtes qui dépassent le 0dBfs (toujours à condition que les critères de Shannon Nyquist soient respectés). Car au moment des tops d’horloge, le signal est sous le 0dBfs et est donc correctement quantifié.

Il n’est pas rare de voir des True-Peaks atteignant +3dBTP, voir plus. Des valeurs entre 1 & 2dBTP sont monnaie courante.

Vous allez me dire : « Pourquoi on se prend la tête avec ça si ça n’a pas de conséquence ? ». Et vous auriez raison, si dans un monde parfait les fichiers audio qu’on fabrique n’étaient plus jamais modifiés. Mais si je fais un traitement quelconque à ce bout de son, voilà ce qui risque de se produire (ici un léger time-stretch) :


image.php



On voit que la petite modification du signal a déplacé les crêtes inter-sample sur des tops d’horloge, et dans ce cas, il y a création d’une erreur de quantification, et aucun convertisseur ne pourra reconstruire le signal.

Une fois compris, on peut déduire quelques conséquences. La première c’est que l’intérêt de conserver une marge (de 1 à 3 dB suivant les recommandations) permet par la suite de ne pas risquer de créer de véritables écrêtages dans le domaine numérique en cas de traitement à la diffusion.

Autre conséquence, complètement contre intuitive : augmenter la fréquence d’échantillonnage augmente le risque d’écrêtage. Encore une fois, un schéma vaut mieux qu’un discours :


image.php



Le signal est le même que précédemment, mais la fréquence d’échantillonnage est huit fois supérieure. Les crêtes ne sont pas correctement quantifiées et ne seront pas reconstruites.

Pour finir, il ne faut tout de même pas perdre de vue que si un écrêtage est provoqué par le déplacement d’une crête inter-sample, sa durée est au maximum égale à 1/Fe, soit la durée d’un échantillon. Je doute très fortement que ce soit décelable à l’oreille (sauf certainement par des audiophiles, mais c’est un tout autre débat…).


Rappel succinct des critères de Shannon-Nyquist :

Tout signal numérisé dont la bande de fréquence est contenue entre F1 et F2 peut être intégralement reconstruit, à l'erreur de quantification près, s'il respecte deux conditions :

1 - La fréquence d'échantillonnage doit être supérieure strictement à (F2-F1)x2. En audio, on considère qu’on prends F1 = 0, c’est pourquoi on lit souvent que la fréquence d’échantillonnage doit être du double de la fréquence maximale à reproduire, soit 2xF2.)

2 - Le maximum des valeurs échantillonnées ne peut pas dépasser le 0dBFS, ce qui ne rend pas impossible d'avoir des tensions reconstruites supérieures à la tension correspondant à ce 0dBFS.

Alan Parson a dit : "Audiophiles don't use their equipment to listen to your music. Audiophiles use your music to listen to their equipment."

[ Dernière édition du message le 15/06/2021 à 21:59:26 ]

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Salut Jan,
Et voilà à quoi mène la retraite : un article parfait et pédagogique à souhait. :bravo:
Après ce coup de maître, pas possible qu'il y ait encore des questions sur ce sujet vieux comme le monde ... audionumérique.

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Hors sujet :
modifie ta signature il n'y a plus d'annonce ... ou c'est pour maintenir le suspens ?

[ Dernière édition du message le 15/06/2021 à 19:42:58 ]

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Merci Phil, ma retraite est toute neuve, j'ai même encore peur de la rayer ;-)

Pour les annonces, il y en avait une ce WE, mais elle est partie très vite. Et il y en aura d'autres.

Alan Parson a dit : "Audiophiles don't use their equipment to listen to your music. Audiophiles use your music to listen to their equipment."

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Merci pour cet article, Jan. Clair, concis : comme j’aime.
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Alan Parson a dit : "Audiophiles don't use their equipment to listen to your music. Audiophiles use your music to listen to their equipment."

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Merci pour cet article Jan, c'est extrêmement pédagogique et ça permet de comprendre beaucoup de choses. On pourrait en déduire que le suréchantillonnage pose plus de problèmes que l'idée qu'on s'en fait communément.
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A propos du suréchantillonnage, il faut distinguer deux situations, soit l'enregistrement natif à une Fe (fréquence d'échantillonnage) supérieur à 44,1 ou 48kHz, soit l'utilisation d'un convertisseur à surréchantillonnage.
Dans le premier cas, une crête qui serait inter-sample en 44,1 ou 48kHz serait mal quantifiée à une Fe supérieure et ne pourrait pas être reconstruite (cas présentée dans le post #1).
Dans le second cas, celui du convertisseur à surréchantillonnage, il suffirait de baisser le niveau de lecture dans le domaine numérique avant d'entrer dans le convertisseur pour se prémunir du problème, et profiter des avantages du suréchantillonnage (essentiellement le recul du bruit de quantification, mais là ce serait assez long à expliquer ici).

Alan Parson a dit : "Audiophiles don't use their equipment to listen to your music. Audiophiles use your music to listen to their equipment."

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Merci pour cet article :bravo:
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De rien chers Will et Coramel.
Ce que je regrette, c'est qu'à l'époque de cette publication, j'ai essayé de le publier comme article, et j'ai été confronté à ce qui ressemble à des bogues d'AF. C'est ainsi que j'ai fini par le sortir sur un sujet.

Alan Parson a dit : "Audiophiles don't use their equipment to listen to your music. Audiophiles use your music to listen to their equipment."

[ Dernière édition du message le 04/12/2023 à 20:36:39 ]

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