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Fonctionnement du volume sur les chips STM DDX

Message » 08 Juin 2014 15:31

Bonjour,

Je m'intéresse à la technologie d'amplification numérique directe et j'aimerais comprendre le fonctionnement du volume sur ces chipsets :

J'ai regardé le datasheet du STA 328 qui équipe le Hifimediy UD80 car je souhaite comprendre le mode de fonctionement du volume et son impact éventuel sur la dynamique.

Ce que je sais du volume numérique : chaque sample rate correspond en fait à une valeur de voltage exprimée en 16 bit (pour le CD). pour diminué le volume, cela correspond a reduire ce voltage. En numérique on décale les bits à droite pour reduire cette valeur. Sur un traitement en 24 bit, on a donc 2^24 pas de tensions possible (par exemple en sortie d'un DAC 24 bit), ce qui laisse une grande marge de précision.

Sur le datasheet du STA 328, page 33, je vois que le traitement du volume se fait sur 8 bit : je suppose que ce n'est pas le signal numérique audio qui est traité sur 8 bits, sinon bonjour le massacre, mais une gestion de gain sur ce signal par multiplication ? Bref je ne comprends pas car le début du datasheet indique 2.1 channels of 24 bit.

Merci de vos lumières.
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Message par Google » 08 Juin 2014 15:31

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Message » 08 Juin 2014 18:38

robob a écrit:Ce que je sais du volume numérique : chaque sample rate correspond en fait à une valeur de voltage exprimée en 16 bit (pour le CD).

Le sample rate c'est la fréquence d'échantillonage.

robob a écrit: pour diminué le volume, cela correspond a reduire ce voltage. En numérique on décale les bits à droite pour reduire cette valeur.

Plus exactement , on multiplie chaque échantillon par une valeur donnée. Décaler une valeur binaire vers la droite correspond a multiplier par 0.5 soit -6db. Si on veut un pas plus précis il faut faire une vrai multiplication.

robob a écrit:Sur le datasheet du STA 328, page 33, je vois que le traitement du volume se fait sur 8 bit : je suppose que ce n'est pas le signal numérique audio qui est traité sur 8 bits, sinon bonjour le massacre, mais une gestion de gain sur ce signal par multiplication ? Bref je ne comprends pas car le début du datasheet indique 2.1 channels of 24 bit.

Tu supposes bien. Quand on multiplie un nombre binaire de n bits par un nombre binaire de m bits on obtient un nombre de n+m bits.
De ce fait, sur un signal 16bits et un volume sur 8bits , on obtient un nombre sur 24 bits. Si le DAC qui suit est capable de vraiment 24bits de précision, alors on aura absolument rien perdu en information à cause du volume numérique.
Il semble que le STA travaille en 28 bits en interne et son control de volume est un peu plus compliqué (cf 6.2.8 page 33).
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Message » 09 Juin 2014 2:00

tcli a écrit:
robob a écrit:Ce que je sais du volume numérique : chaque sample rate correspond en fait à une valeur de voltage exprimée en 16 bit (pour le CD).

Le sample rate c'est la fréquence d'échantillonage.


Oups, merci de corriger cette grossière erreur. :ane:

tcli a écrit:Quand on multiplie un nombre binaire de n bits par un nombre binaire de m bits on obtient un nombre de n+m bits.
De ce fait, sur un signal 16bits et un volume sur 8bits , on obtient un nombre sur 24 bits. Si le DAC qui suit est capable de vraiment 24bits de précision, alors on aura absolument rien perdu en information à cause du volume numérique.
Il semble que le STA travaille en 28 bits en interne et son control de volume est un peu plus compliqué (cf 6.2.8 page 33).


Justement, je crois que ça va plus loin que ça : Un forumeur de Dyaudio avait fait un petit blog ou il ventait les mérites du FDA. A propos du volume :
"On the typical volume control setup in a traditional DAC/AMP setup, you reduce the pretty low level DAC output signal ... Basically you dragged your valuable 2V signal much closer to the noise floor.
That obviously seriously affects the signal-to-noise-ratio on your amp input.
The worst thing of all is that this seriously degraded signal gets amplified by at least 30db on the amp again.
...
However. There is a solution.
Those full digital amps (some of them) come with an output voltage control which is not attenuating
the audio signal. These amps are adding gain "on demand" right in front of the speakers.
It's actually a flexible "gain" control. 99.9% of the volume controls are "attenuators". That's a huge difference."

Soundcheck dit plus bas que le DDX320 de hifimediy fonctionne ainsi, hors c'est la même technologie STM que le UD80. C'est cela que je voudrais vérifier et comprendre le fonctionnement.
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Message » 09 Juin 2014 15:30

pour moi il y a deux notions :
- la perte d'information sur le signal original (par rabotage)
- la dégradation du rapport S/B

Sur les système numériques traditionnels avec volume contrôlé avant la conversion du DAC, le volume est géré par les 8bits rajoutés a de la musique 16bits. Tant qu'on ne baisse pas le volume au delà de -48dB (8bitsx6dB) on ne perd pas d'information. Le signal initial codé sur 16bits est toujours intègre. Aucune perte de dynamique.
En revanche, quand il y a atténuation avant, le dac ne travaille plus a pleine échelle et son bruit intervient davantage. Idem pour l'ampli qui suit. Si 0dB correspond a 2V en sortie de dac, -48dB c'est 2/251 V.

Travailler en pleine échelle est évidemment mieux. D'où l'intéret d'avoir des amplis bien dimensionnés pour ne pas avoir a atténuer trop avant d'y entrer pour réamplifier. Ou alors, un contrôle de volume multicanal en sortie des dacs et non avant. Ou des dacs qui ont un contrôle de volume sioux intégré.

Le DDX est un "DAC de puissance" 3 voies. Pas de conversion analogique avant amplification.
Pour le volume, il permet un gain différentiel par voie (de -80 à +48dB) et un master (de -127 à 0).


Image

Sur ce schéma on voit que le filtrage et traitements numériques se passent a pleine échelle (upscalé a 28bits pour éviter les pertes lors des calclus). Le contrôle de volume arrive après.

SoundCheck dit que le volume agit comme un gain variable des amplis, donc on resterait a pleine échelle tout le long jusqu'a l'étape finale. Je ne l'ai pas vu explicitement dans la datasheet. C'est possible et dépend comment est fichue la techo DDX. Je ne doute pas que ST soit assez malin pour l'avoir bien fait.

Aucune conversion analogique, pas d'atténuation pour réamplifier ensuite: ca semble le meilleur qu'on puisse tirer de ces technos. Pas étonnant que les constructeurs s'y mettent ;)
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Message » 09 Juin 2014 17:36

alkasar a écrit:SoundCheck dit que le volume agit comme un gain variable des amplis, donc on resterait a pleine échelle tout le long jusqu'a l'étape finale. Je ne l'ai pas vu explicitement dans la datasheet. C'est possible et dépend comment est fichue la techo DDX. Je ne doute pas que ST soit assez malin pour l'avoir bien fait.
Aucune conversion analogique, pas d'atténuation pour réamplifier ensuite: ca semble le meilleur qu'on puisse tirer de ces technos. Pas étonnant que les constructeurs s'y mettent ;)


Malheureusement, c'est bien ce point qui m'intéresse : comment est appliqué le gain.
Sur le Datasheet, en page 34, le tableaux 47 du volume master indique une atténuation de 0 à -127db (je ne tiens pas compte du réglage possible par canal): ma compréhension du truc, c'est qu'il s'agit bien d'une atténuation du signal qui sur 00000000 sortirait plein pot et sur 11111111 serait mute. Rien n'explique le mode de fonctionnement de la partie DDX/ power stage, et si ce fonctionnement est optimal plein pot ou à n'importe quel niveau numérique reçu. Si quelqu'un a de l'info...
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Message » 09 Juin 2014 20:41

l'explication de la datasheet c'est pour donner au programmeur l'adresse des registres et comment les régler. C'est un registre 8bits pour le master volume. La DS donne aussi les registres pour le gain individuel de chaque canal.

Est ce que l'amplification a un gain fixe et le signal est atténué avant pour qu'au final on ait le niveau souhaité ?
Est ce que le signal reste pleine échelle et c'est le gain d'amplification qui est ajusté pour qu'au final on ait le niveau souhaité ?
Rien dans la datasheet ne permet de trancher.
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Message » 09 Juin 2014 22:10

Je ne comprends pas trop la question.
On est sur un ampli en PWM, donc sous un certain angle en digital. Surtout qu’il ne semble pas disposer de CR. Donc le contrôle de volume est en digital avec perte de dynamique.
Une PWM fonctionne avec une base de temps, c’est elle qui va déterminer la précision et donc sans doute la dynamique.
Cette base de temps ayant une certaine tolérance, je doute qu’elle soit de plus de 32 bits.
C’est l’un des problèmes de ces amplis, on a une PWM de 0 à 100% et à -6db ce n’est plus que de 0 à 50%. J’ai lu des papiers où l’on jouait sur l’alimentation de l’ampli ce qui est bien mieux pour garder toute la précision de la PWM.
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Message » 09 Juin 2014 22:28

un ampli PWM a forcément un gain fixé en hardware ?
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Message » 09 Juin 2014 22:48

La notion de gain n’existe pas vraiment. Enfin il me semble.
On n’amplifie pas un signal, on le transpose entre 0 et 100% de l’alim.
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Message » 10 Juin 2014 10:29

thierryvalk a écrit:C’est l’un des problèmes de ces amplis, on a une PWM de 0 à 100% et à -6db ce n’est plus que de 0 à 50%. J’ai lu des papiers où l’on jouait sur l’alimentation de l’ampli ce qui est bien mieux pour garder toute la précision de la PWM.

D'apres la présentation du UD80 chez Hifimediy, L'ampli accepte une alimentation sur une échelle assez large :

"The UD80 can be powered from 10V to 36V, and the power supply requirements and the output power will vary depending on the speaker impedance.
8 ohm loads: Up to 2 x 80W. 36V required for minimum distortion and 6.3A current for 2x 80W. We have also used it with lower voltage supplies with great results. Output is around 2x60W from 30V supply and 2x36W from 24V supply.
4 ohm loads: Up to 2 x 50W. 21V required for minimum distortion, and 7A current for 2 x 50W. You can use any power supply from 21V to 36V with same results, but a 21V 7A power supply will be smaller and cheaper than a 36V 7A power supply."


Est-ce que cela rejoint ce que tu dis : à 36V on sort 80W sous 8 ohm et à 24V on descend à 36W, pour une PWM où chaque impulsion serait donc moins élevée mais avec une modulation équivalente ?
Dans ce cas, il serait plus logique que le volume numérique "rentré" dans les registres n'impacte pas la valeur numérique des samples (PCM) mais directement le niveau de tension des impulsion du PWM. En gros reduire la tension de chaque impulsion plutôt que de réduire après calcul de conversion des valeur PCM en PWM, le rapport cyclique des impulsions du PWM. Désolé pour le langage de néophyte, je ne sais pas si je suis très clair. :ane:
thierryvalk a écrit:Surtout qu’il ne semble pas disposer de CR.

C'est quoi ça ??
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Message » 10 Juin 2014 11:11

thierryvalk a écrit:La notion de gain n’existe pas vraiment. Enfin il me semble.
On n’amplifie pas un signal, on le transpose entre 0 et 100% de l’alim.
c'est la question :)

En y réfléchissant, tu as raison thierry. Le "gain" existe, il est de 1 ;)
Le rognage du volume agit comme d'habitude. Simplement, dans le DDX c'est sur 28bits au lieu de l'habituel 24, ce qui laisse une marge additionnelle de 4*6=24dB avant de toucher au signal original.

C'est le système optimal car on ne dépend pas du gain d'un ampli qui nécessiterait d'atténuer avant d'y entrer. Pas d'atténuation inutile avec ce système numérique direct.
Dernière édition par alkasar le 10 Juin 2014 12:21, édité 1 fois.
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Message » 10 Juin 2014 11:18

pas de contre réaction sur ces systèmes. c'est comme un dac.

La tension d'alimentation variable dont parle thierry est très différent de ce dont parle hifimediy. Thierry parle de modulation dynamique de la tension d'alimentation pas d'adapter l'alim à la charge.

Moduler la tension d'alim c'est diviser la tension d'alim par deux au lieu de faire -6dB sur le volume du signal entrant. C'est plutot sioux a implémenter et je n'ai pas encore vu de système qui le fasse.
C'est aujourd'hui plus simple de faire un système numérique 32bits ou 56bits ou 64bits et s'allouer au passage des bits de réserve que de moduler la tension d'alim correctement.
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Message » 10 Juin 2014 13:28

Ça a des implications fortes, surtout sur de la puissance, sachant qu'en plus en bout de chaine on est au final plus qu'en 1, 2 ou 3 bits probablement, pas plus (modulateur deltasigma multibits) et qu'on a pas des clocks de plusieurs Mhz. Pour du "high end" full numérique de bout en bout, en venir au moins en partie à la modulation de la tension d'alim pour faire varier le volume est inévitable.
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Message » 10 Juin 2014 14:06

Exact. En analogique on utilise un signal en dents de scie et un comparateur.
En digtal le principe est le même avec un compteur.
Alain, prend ta calculatrice pour déterminer la fréquence de la base temps nécessaire pour du 64 bits. :ko:
thierryvalk
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Message » 10 Juin 2014 14:29

Moduler la tension d'alim de l'étage de sortie est le principe des amplis classe H et autres techniques propriétaires :http://www.yamahaproaudio.com/global/en/training_support/selftraining/technology/eeengine.jsp

sinon, thierry, j’espère que pour un ampli full digital , ils n'en sont pas resté à du pure PWM et qu'ils font du noise shaping comme dans n'importe quel DAC 1 bits (ou un peu plus). Si c'est le cas, c'est un peu plus compliqué qu'un simple comparateur...
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