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Correlation entre la résolution numérique et le niveau analogique?

  • 47 réponses
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  • 8 followers
Sujet de la discussion Correlation entre la résolution numérique et le niveau analogique?
Je suis simple utilisateur hifi et j'ai décidé de m'adresser aux spécialistes du son (vous!) pour ce sujet.
Mon parcours professionnel (électronique générale,informatique) fait que je crois comprendre ce qu'est l’échantillonnage et la résolution.

Dans le domaine de l'audio il a toujours quelque chose de pas clair pour moi : la corrélation entre la résolution et le niveau analogique d'un échantillon de signal.
Je vais essayer d'être plus précis:
16 bits nous offre 65536 niveaux de valeur. Mais quelle est l'amplitude du signal analogique correspondant à la valeur numérique maximale (65536).
1) Est-ce une amplitude théorique universelle absolue de référence normalisée? Ainsi tous les morceaux de musique ont un même référentiel de résolution.
Si oui quelle est cette amplitude théorique universelle (je présume exprimée en volt ou en dBu)?
Dans cette première hypothèse, si on code désormais en 24 bits, l'amplitude théorique universelle absolue de référence demeure t-elle la même (auquel cas la résolution ou "définition" est meilleure) ou elle t-elle élargie?

2) OU Est-ce une amplitude définie pour chaque morceau de musique via une réglage de niveau (un peu comme on le faisait en analogique avec les vu-mètres et les réglages de niveau d'enregistrement sur nos vieilles platines cassettes...)
Dans ce cas, si on a bien toujours 65536 valeurs possibles, la correspondance avec le niveau de signal analogique est différente sur chaque morceau de musique.
Ici le passage en 24 bits coule de source: la "définition" est meilleure pour une amplitude analogique donnée.
Mais alors comment se débrouille le DAC pour savoir à quel niveau de référence restituer le signal analogique?

Ensuite, intervient la dynamique:
Sur ce que j'ai lu, "la dynamique représente le rapport entre le signal le plus fort et le plus faible produit sur un intervalle donné"
Dans le codage numérique chaque bit représente un doublement de la valeur soit gain de 6dB. La dynamique est donc de 96dB en 16 bits et de 144dB en 24 bits.
Et là, j'en viens au rattachement de la dynamique à ma première question sur l'amplitude du signal analogique de référence..

J’espère ne avoir été trop nébuleux.

Merci d'avance pour vos éclairements.

Cordialement
2
Si ça peut t'aider à repondre à tes questions :

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3
Salut,

Il me semble que la façon dont tu définis la résolution est confuse. Il n'existe pas de définition absolue d'ailleurs, car la résolution est un concept relativement général et qui s'applique dans de nombreux autres domaines (vidéo par exemple). Mais la définition la plus communément admise dans le milieu de l'ingénierie audio est que la résolution est l'ensemble des deux paramètres : fréquence d'échantillonage (en kHz) ET débit (en bits).

Du coup la question que tu poses n'a pas vraiment lieu d'être car le débit est directement lié à la dynamique, mais pas à un niveau. En revanche il existe tout de même un lien car un débit plus élevé apporte l'avantage d'un noise floor plus éloigné du signal enregistré, ce qui permet des manipulations postérieures à l'enregistrement sans perte de qualité audible.

La valeur maximale dans un système audio digital "fixed point" est toujours de 0 dBFS (decibel full scale), est c'est indépendant du débit. Toutefois la plupart des DAW (stations de travail numériques audio) travaillent maintenant en "floating point", permettant d'atteindre des niveaux de plage dynamique extrêmement élevés (bien plus que ce qui est possible physiquement dans la réalité en termes de pression sonore).

Contrairement à ce qui se passe dans la réalité ou une pression sonore de 0 dB (SPL, donc) correspond au seuil INFERIEUR de l'audition humaine, dans le domaine digital 0 dB est une valeur MAXIMALE au-delà de laquelle le signal est écrêté. On mesure donc les niveaux avec des valeurs négatives : par exemple -12 dB c'est 12 dB en-dessous de la valeur maximale possible (dans un système fixed point).

Je ne sais pas si j'ai répondu à toutes tes questions ?

Jean-Marc

SoundWise Mastering

[ Dernière édition du message le 01/09/2021 à 16:01:48 ]

4
Un morceau en 24bit n'aura pas plus de niveau que le même en 16bit.

L'augmentation de la résolution a une influence sur la diminution du bruit de quantification qui permet de rendre audible (hors du bruit de fond) les signaux faibles. Cela est lié à l'extension du codage par l'ajout de bits de poids faible, d'où en résulte une extension dynamique vers le bas.

Un signal à 0dBfs sera aussi précisément codé en 16 qu'en 24bit. Un convertisseur A/N encaissera le même niveau max en 16 qu'en 24 bit.
5
Citation de Jean-Marc :

Mais le débit est essentiellement la définition (le degré de finesse) avec laquelle les différences de niveau (donc la dynamique) sont reproduites. De la même façon qu'en vidéo, un moniteur LCD 24 bits peut reproduire 16 777 216 couleurs là ou un moniteur 30 bits peut en reproduire 1 073 741 824, les écarts de niveau d'un signal audio sont reproduits avec plus de finesse en 24 bits qu'en 16 bits puisque la gamme dynamique est divisée en un plus grand nombre de valeurs distincts.


Le parallèle audio/image ne fonctionne pas et amène à des erreurs de compréhension.

En 16 et 24 bit, tout ce qui est entre 0dBfs et -96dBfs a la MÊME PRÉCISION !
La gamme dynamique est étagée de façon identique.
Par contre, en 24bit, il y a 8 bits ajoutés en bas, au-dessous des 16bits, au-dessous de -96dBfs.

[ Dernière édition du message le 01/09/2021 à 14:21:39 ]

6
Merci pour tes précisions bien utiles.

Jean-Marc

SoundWise Mastering

7
Citation de Jean-Marc :
Mais la définition la plus communément admise dans le milieu de l'ingénierie audio est que la résolution est l'ensemble des deux paramètres : fréquence d'échantillonage (en kHz) ET débit (en bits).

Ça ne doit pas être si communément admis car en près de trente années à faire de l'audionumérique, c'est la première fois que je lis ça. Ce qu'on trouve dans la littérature c'est bien que la résolution est le nombre pas de quantification. La résolution multipliée par la fréquence d'échantillonnage donne le débit. 48 000 échantillons/seconde de 16 bits en mono donnent un débit de 48 000 x 16 = 768 000 bit/s.
Comme le dit Gulistan, il n'y a aucune corrélation entre le niveau en analogique et le niveau de codé en numérique, ça dépend de l'alignement de la bécane. Le schéma de dsikolg donne une idée des alignements courants.

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

8
Décidément j'ai écrit des bêtises dans ma réponse, merci pour les corrections.

Il faut que je me relise car je n'ai plus l'habitude de m'exprimer en français sur ce sujet et ça me joue des tours ! Concernant le mot resolution, en anglais il est très couramment utilisé (probablement à tort du coup) pour désigner l'ensemble fréquence d'échantillonage et bit depth, ou word length (que j'ai maladroitement traduit par débit, je ne sais pas quel est le bon terme en français). C'est par exemple le cas sur Wikipedia, ou encore sur le papier technique Apple Digital Masters, etc.

Jean-Marc

SoundWise Mastering

[ Dernière édition du message le 01/09/2021 à 18:52:58 ]

9
Il y a quelque temps, j'avais fait une expérience décrite ici sur Audiofanzine mettant en évidence ce que j'ai décrit.

Il faut vraiment se dire que ce n'est pas une longueur fixe divisée par le pas de quantification (par la profondeur de bits).
C'est une échelle logarithmique ayant pour référence un niveau max :
5v ? ben 24bits pleins.
2,5v on a 23 bits, et ainsi de suite, par extension vers le bas.
(je schématise grossièrement).

Finalement, ce qu'il faut retenir, c'est qu'aucun signal sonore naturel ne sera un sinus simple enregistré à un niveau crête de 0dBfs.

Ce qui, pratiquement, déboule sur un fait essentiel de l'apport du 24 bit :
L’extension dynamique entre 16 et 24 bit se fait par le bas, donc le 24bit permet de coder sur 8 bits supplémentaires ce qui en 16 bit est noyé dans le bruit de quantification. Du coup, pas besoin de pousser fort le niveau de modulation à l'entrée du convertisseur A/N pour garder une dynamique respectable, et du coup remonter le niveau moyen par la suite, en numérique (et en 32 ou 64 bit flottants, on ne dégrade le signal qu'au dessous du bruit de Johnson) sans remonter outrageusement le bruit de quantification.

[ Dernière édition du message le 01/09/2021 à 20:53:44 ]

10
C'est le drame de l'invasion de l'anglais mal traduit en français. Maintenant les gens sont excités, ça n'a rien de sexuel, mais cela "impacte" leur vie :mrg:

Et par exemple, bit depth est souvent traduit hâtivement par "profondeur de bit", qui est un peu tendancieux exprimé oralement si je peux me permettre. Word length a son équivalent en français : longueur de mot en informatique, mais ce terme est un peu tombé dans l'oubli dans le domaine audio, on préfère résolution.

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 01/09/2021 à 20:57:58 ]