Isabelle44 a écrit:Aujourd'hui je vais creuser le fonctionnement interne des convertisseurs pour savoir s'il est effectivement possible d'utiliser le chemin PCM d'un dac sachant qu'il gère le DSD en entré ...
Il faut s'entendre sur ce qu'est un chemin PCM pour un convertisseur numérique/analogique (CNA) intégré. J'entends par CNA intégrés les puces de conversion produites et vendues par les grands fabricants de micro-électronique de la planète, comme Texas Instruments (qui a repris la marque Burr Brown), AKM, Sony, Matsushita, Analog Devices, ...
Aujourd'hui (et cela depuis maintenant des décennies), dans la quasi-totalité des CNA (une seule exception, un haut-de-gamme obsolète de Burr Brown : le PCM1704), la méthode de conversion numérique/analogique des données PCM est la suivante :
- 1er étape (numérique) : sur-échantillonnage des données PCM par un filtre d’interpolation qui élève par 2, 4 ou 8 fois la fréquence d'échantillonnage. En règle générale, dans les convertisseurs modernes, la cadence d'échantillonnage est élevée par un facteur 8 pour les CD (8x44,1 kHz=352,8 kHz) et certains DVD-Vidéo contenant des pistes échantillonnées à 48 kHz (48 kHzx8=384 kHz), moins pour les données en PCM déjà échantillonnées à plus haute fréquence. Ainsi, des données échantillonnées à 96 kHz sur certains DVD sont-elles surchantillonnées par un facteur 4 (96x4=384 kHz), des données échantillonnées à 192 kHz (pistes stéréos des DVD-Audio, Blue-Ray Disc, dans le meilleur des cas) sont surchantillonnées par un facteur 2 (192x2=384 kHz). Pour des raisons techniques trop longues à expliquer ici, cette étape est une manœuvre prophylactique qui a pour but d'élever la fréquence au-dessus de laquelle il faudra filtrer les signaux analogiques issus du convertisseur. Pour plus de détails, consulter la "FAQ sur le suréchantillonnage" de Gbo, qui figure en post-it en première page du forum Hifi.
- 2ème étape (toujours numérique) : les données une fois interpolées sont converties en une modulation numérique codée sur un nombre réduit de bits (typiquement 3 à 8, selon les CNA) mais avec une fréquence d'échantillonnage considérablement plus élevée (plusieurs mégahertz) : 128 fois, 256 fois, 764 fois ... l'unité de fréquence fondamentale (44,1 kHz pour le CD Audio, 48 kHz pour l'audiovidéo). C'est ce qu'on appelle le "
noise-shaping", qui produit une modulation de type sigma-delta (le DSD, est une modulation sigma-delta). Ainsi, pour le vieux convertisseur Philips DAC-7 ou TDA1547 du milieu des années 90, l'un des premiers si ce n'est le premier convertisseur 1 bit (le procédé "bitstream" de Philips), un modulateur delta-sigma (une puce Philips SAA7000 quelque chose) traduisait le 16 bits/44,1 kHz des CD déjà sur-échantillonné 8 x en une modulation 1 bit échantillonnée à plus de 11 MHz !
- 3ème étape, la modulation sigma-delta est convertie en analogique. L'avantage d'avoir converti le signal numérique sur 16 bits (ou plus, jusqu'à 24 bits aujourd'hui, sinon 32 bits) en une modulation delta-sigma codée sur un nombre réduit de bits, voire un seul bit (Philips TDA1547, DSD) est, que pour des raisons techniques bassement électroniques, il est plus facile (pour ne pas dire simplement faisable) de fabriquer des circuits de conversion numérique/analogique performants à coût réaliste qui travaillent sur un faible nombre de bits plutôt que sur 16 bits ou, pire, 24 bits.
Voilà ce qu'est un chemin PCM dans un CNA. Et c'est comme cela depuis au bas mot 25 ans.
Le DSD permet de sauter les étapes 1 et 2 (de se passer des circuits numériques) et de convertir directement la modulation numérique en analogique, car soit le DSD est déjà du PCM noise-shapé, soit c'est de l'analogique (vieux enregistrements, par ex.) numérisé en DSD ou bien un enregistrement DSD natif. Si le DSD est du PCM
noise-shapé, on peut espérer que les calculs numériques ont été effectués au stade de la production du master avec du matériel qui a une puissance de calcul incommensurablement supérieure (comprendre du matériel très cher) à celle qu'on peut faire tenir dans une petite puce de CNA dans un lecteur de SA-CD et donc de réaliser une interpolation plus précise (moins de distorsion, moins de bruit de quantification).
On peut parfaitement suréchantillonné aussi du DSD, ou bien filtrer le DSD en numérique (pour atténuer le bruit inhérent au procédé DSD dans les ultra-sons). Du DSD filtré en numérique par un fitre FIR deviendra une modulation sigma-delta multibits. C'est en fait ce qui se passe dans la plupart des CNA qui traitent le DSD : celui-ci n'est pas nécessairement converti préalablement en PCM (étape superfétatoire), il est filtré en numérique d'entrée pour produire une modulation multibits, avec un nombre de bit adapté au circuit de conversion de la puce, le même circuit qui convertit en analogique le PCM après que celui-ci a été interpolé et
noise-shapé.
Il est possible que des CNA permettent de convertir du DSD en PCM en entrée (le fabricant de puce Wolfson affirme que ses convertisseurs de la famille WM874x le permettent en option), mais ensuite, ce PCM est interpollé et noise-shapé avant conversion. L'intérêt du procédé m'échappe, sinon à permettre à des utilisateurs qui pensent que le DSD est intrinsèquement néfaste et qui préfère le PCM de transformer le DSD en PCM ?
J'ai écrit plus haut qu'on pouvait espérer que les SA-CD ou les fichiers DSD produits par les pros à partir de masters en PCM soit réalisés avec du matériel plus performant que ce qu'on peut mettre dans une pauvre puce CNA. Aujourd'hui, avec la puissance de calcul des ordinateurs et autres appareils numériques domestiques contemporains, on peut toutefois penser avec confiance qu'on peut faire à la maison des calculs numériques avec autant de précision que les pros avec leur matériel, pour peu qu'on utilise des logiciels biens écrits. Dans un tel contexte, on pourrait se contenter d'un convertisseur (ou d'une carte de son) qui ne s’embarrasse pas de réaliser interpolation et noiseshaping, bref un convertisseur sans circuits numériques, tous les calculs (que ce soit sur signaux PCM ou sur signaux DSD) pouvant être réalisés par voie logiciel à l'aide du processeur de l'ordinateur (de la tablette, de l'Iphone, etc...).
