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Bien comprendre l'Ultra HD, la 4K, et les normes THX, Dolby, DTS, Auro 3D

Hdmi: Equalisation et autre tweaks

Message » 14 Jan 2014 12:56

il y a un point que tu soulignes et qui porte Ă  confusion, je carricature tes propos pour mieux faire ressortir l'apparent paradoxe :
"
l'oreille humaine a une dynamique de 120 dB (en gros)
donc il est inutile de vouloir "entendre" un signal qui aurait une dynamique supérieure, comme 140 dB (par exemple, mais on pourrait prendre 160 dB, du moment que c'est supérieure à 120 dB)
"

dit autrement :
" tout ce qui dépasse 120 db de dynamique apporte un gain qui n'est pas audible donc rien ne justifie de chercher à obtenir un signal de plus de 120 dB de dynamique "

c'est confondre les dB acoustiques, ceux qui servent Ă  mesurer la pression acoustique
et les dB de la dynamique d'un signal numérique, qui lui, sert à mesurer le taux d'erreur

1er point : les dB

Le "bruit" dont on parle dans la dynamique d'un signal nuémrique est un bruit comparable à un taux d'erreur.

Pour prendre un exemple un peu différent, puisqu'on est sur un post à l'origine sur Hdmi :
la norme Hdmi impose que le taux d'erreur doit être inférieure à 10^-9, c'est dire que sur 1 milliard de bits envoyés via ce cable et les transmetteur/récepteur, seul 1 bit peut être faux, pas plus, donc pas 2.
la "dynamique" de ce signal est donc struturellement de 20 log (10^-9) = 180 dB.
le décibel (dB) est une facilité d'écriture mathématique mais revet des réalités physiques qui n'ont parfois rien à voir.
le dB n'est pas une grandeur physique puisque ce qui s'exprime en dB est un rapport de grandeur physique identique, comme un % (pourcentage), on perd l'unité de mesure quand on parle en dB.
on peut compter en dB un rapport de poids entre un éléphant (disons 5 tonnes) et un oeuf (environ 50g) : 20 log (50.10-3 / 5.10+3) = 120 dB, on ne cherchera pas à comparer ces 120 db avec notre capacité auditive. Mais on peut comparer notre dynamique auditive à notre capacité à distinguer le poids d'un éléphant à un oeuf près.

c'est d'ailleurs lié au fait que le graphique de cette vidéo porte à confusion, on porte sur ce graphique une densité d'erreur comme un bruit sur un graphique de réponse en fréquence standard de pression acoustique: mathématiquement c'est juste mais on ne peut pas comparer ces deux graphiques sans prendre le risque de mélanger les notions manipulées.

Dire qu'un signal numérique a un "bruit" de 120 dB,
c'est dire, sous une autre forme,
que sur 1 000 000 (1 million) de bit, seul 1 peut ĂŞtre faux, pas plus.

on voit que cela n'est en fait pas comparable avec l'Ă©chelle des pressions acoustique.
On ne peut pas comparer le fait d'avoir 1 bit de faux parmi 1 million dans un flux de données numérique et le fait que nous ne pouvons pas entendre mieux qu'une dynamique de 120 dB de pression acoustique.

revenir au format numérique du signal permet de repositionner l'erreur sous la forme d'une information fausse sur un million (si on prend 120 dB), si ce bit faux tombe au maubais endroit, au mauvais moment , l'effet (en terme d'audibilité) peut etre radicalement différent que si ce bit fausse une autre donnée.
le point important à visualiser dans un graphique de densité d'erreur, comme un peu -pour prendre une analogie- en physique quantique ou en logique flou, c'est que cette densité rerésente une distribution d'erreur mais cette erreur, à un moment donné, se "focalise", elle "cristalise" et devient "1 bit faux".
L'objectif est de repousser ce bit le plus bas possible (dans l'écriture quantifiée, liée à la quantification), dans les poids faibles du message numérique, si il se concentre toujours dans cette partie du message, alors on peut faire un lien entre cette erreur et son impact en dB audible en acoustique, car il se retrouvera faux mais repousser dans le "bruit acoustique".
Pour réussir à faire l'amalgame entre bruit numérique et bruit acoustique, on ne peut que pousser toujours plus loin les dB du bruit numérique ou mettre en place des moyens pour pousser l'erreur vers les bits de poids faibles.

In fine, pour qu'un bruit numérique n'est "aucun impact audible" il faudrait que ce bruit numérique soit infiniment bas en dB : des milliers de dB par exemple.

2ième point : il y a 120 dB et 120 dB
la question de reconnaissance d'une erreur d'un message numérique repousser systématiquement dans les poids faibles (ce qui n'arrive que sous certaines conditions, ce n'est pas obligatoirement toujours le cas) revient à se poser la question de notre capacité à distinguer un "petit bruit" dans un autre "grand bruit". "jouer à trouver l'erreur !"
Notre oreille a bien 120 db de pression acoustique comme limite de "dynamique".
Mais dans ces 120 dB de "bruit max" quel bruit minimum peut-on distiguer ?
un bruit de 0 db, 20 db, 60 db ... ??
Inversement, dans un "environement de bruit" disons de 75 dB, quel est le plus petit "bruit" distinguable ?
Comme on le sait, le cerveau dans un environement sonore est capable de masquer beaucoup pour distinguer beaucoup: c'est ce qui nous permet de "choisir" l'instrument que l'on souhaite suivre quand un grand orchestre joue, pas forcément le violon solo.
pour répondre à cette question, bien différente de la dynamique classique des 120 dB, je copie/colle :
"Nouveaux document, un cours de Telecom Paris de 2002, lu en 2012.
page 14: suivant la fréquence la dynamique de l'oreille varie de 135 dB pour 2kHz à 40 dB pour 20Hz
p 19: la discriminabilité des sons purs augmente avec le niveau. On a trouvé, pour un son de 100Hz:
DI = 1,5 dB Ă  20 dB SPL,
DI = 0,7 dB Ă  40 dB SPL,
DI = 0,3 dB Ă  80 dB SPL
L’ordre de grandeur de ces résultats est à retenir : le SDI (le seuil différentiel d'intensité auditive minimal) est de l’ordre de 1 dB, plus le son est fort, plus le seuil est faible !!
"
c'est issu de ce topic sur la psychoacoustique (domaine encore en frèche ...): acoustique-divers/psychoacoustique-t29913756.html
on y trouve le lien sur le document de telecom paris, et bien d'autres, bonne lecture :)

Dernier point, qui est en fait un prérequis à toutes ces considérations, mais que je mets seulement ici et pas au début du topic ...
d'un point de vu numérique un signal à 1 bit, 16 bit ou 32 bit a toujours une dynamique INFINI au sens où le point le plus bas est 0 et le point le plus haut est 2^n (n= nbr de bit), et quand on divise par 0, on obtient l'infini. C'est cette dynamique là qui , in fine, va être traduite pour parvenir à nos oreille, pas la dynamique du taux d'erreur.
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Message par Google » 14 Jan 2014 12:56

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Message » 14 Jan 2014 13:25

Merci pour ces explications (bien que je ne sois pas sûr de tout piger, les maths et moi ... :oops: ).
Concernant le gain du 24 bit par rapport au 16 bit, je réponds souvent à ceux qui disent que c'est inutile qu'augmenter la quantification ne sert pas qu'à gagner en dynamique (audible) mais aussi à mieux détailler chaque échantillon pour avoir un son plus clair où chaque détail sur toute la bande passante ressort mieux.
C'est une conviction mais j'aimerais pouvoir donner une explication plus technique et objective, quelle est-elle ?
arnuche
 
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Message » 14 Jan 2014 13:46

WhyHey , tu écris beaucoup pour dire peu de chose je trouve :mdr: , mais il n'en demeure pas moins que tout ce que tu dis est juste je pense. Au demeurant ça ne contredit pas vraiment ce que je dis il me semble.
Replaçons dans le contexte:

La première courbe de l'exposé montre très bien que l'erreur induite par l'échantillonage se traduit dans les faits par la superposition au signal d'origine d'un signal parasite: le signal produit est la somme de la sinusoïde parfaite (p.ex.) et du signal (plus ou moins) triangulaire mis en évidence, de sorte que signal d'origine + signal (plus ou moins) triangulaire donne le signal réellement contenu dans l'info numérique ; l'erreur est donc parfaitement assimilable à (et se traduit en fait réellement par) un signal parasite, d'intensité comme montrée d'une amplitude max d'1 pas. Se signale parasite limite donc l'information minimale délivrable.

Le message délivrable à partir d'un échantillonage donné aura lui une amplitude max correspondant au nombre de pas disponible (dans l'absolu, çàd considérant --pour simplifier dans un premier temps--- l'intégralité de la bande passante codée comme utile), donc 2^N avec N le nombre de bit de quantification. Donc si on a la valeur d'1 pas joué à X dB, le pas le plus élevé atteindra une puissance (rapportée en dB) 20log(2^N) au-dessus de la valeur d'1 pas (puisque comme montré dans ta vidéo les pas seront rapporté à une tension, et la puissance proportionnelle au carré de cette tension, d'où le "20.log" --soit 10.log²-- et non "10.log").

Du coup si on rapporte le bruit parasite inhérent à l’échantillonnage numérique, d'une amplitude max d'"1 pas" donc, à un niveau max de X dB, le signal retranscrit atteindra bien un max sonore (en dB) de l'ordre de X+20.log(2^N). Donc si on place ce max du signal parasite à un niveau inaudible, p.ex. -10dB en SPL (ce qui comme tu le dis très bien n'a déjà aucun sens puisque de toute façon ce seuil d'audibilité est plus que théorique puisque n'a de signification que dans un environnement ne contenant AUCUN son, hors déjà notre environnement quotidien contient, même en intérieur calme, un "bruit de fond" de 20 à 30dB, mais au-delà, le but en l’occurrence étant d'écouter du son, on induira nous même, par la finalité même de notre activité d'auditeur, une dégradation de notre capacité à discerner un son faible), les 144dB intrinsèquement contenus dans un échantillonnage sur 24bits permettront d'émettre un signal clair, çàd dénué de tout bruit, atteignant 137dB de SPL.

Après le premier schéma permet bien de comprendre que augmenter la fréquence d’échantillonnage ne réduira pas l'amplitude max du bruit parasite, mais en revanche confinera une partie de ce bruit dans un domaine du spectre 2 fois supérieur, si bien que si on se base sur une fréquence d’échantillonnage de départ couvrant l'audible, la doublée renverra une partie du bruit au-delà de l'audible, la puissance globale du bruit perçu sera divisée par deux (soit en dB, se verra diminué de -3dB). Mais bon pour quoi faire au final sur un signal contenant déjà intrinsèquement gamme dynamique telle qu'on peut déjà renvoyer sans ce genre d'artifice cette imprécision du signal dans les tréfonds de l'inaudible?
Dernière édition par Nival le 14 Jan 2014 14:23, édité 2 fois.
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Message » 14 Jan 2014 14:16

arnuche a écrit:Merci pour ces explications (bien que je ne sois pas sûr de tout piger, les maths et moi ... :oops: ).
Concernant le gain du 24 bit par rapport au 16 bit, je réponds souvent à ceux qui disent que c'est inutile qu'augmenter la quantification ne sert pas qu'à gagner en dynamique (audible) mais aussi à mieux détailler chaque échantillon pour avoir un son plus clair où chaque détail sur toute la bande passante ressort mieux.
C'est une conviction mais j'aimerais pouvoir donner une explication plus technique et objective, quelle est-elle ?

En fait c'est pas si simple, car comme tu le vois, cette "finesse" réelle va dépendre du niveau auquel le signal est joué. Moins tu joues fort, moins la différence entre deux pas sera minime. En gros si tu joues une bande-son en 16bits en positionnant le volume de sorte que le niveau max atteigne 100dB, et en comparaison une bande-son en 24bits de sorte que le niveau max atteigne 150dB (ça fait beaucoup, mais c'est pour l'exemple :mdr: ), chaque pas de l’échantillonnage représentera la même "finesse" dans le signal reproduit, seulement dans cette configuration, le signal 24bit permettra de reproduire des sons allant au-delà de 100dB.

Si tu ramènes la bande-son 24bits au même niveau sonore max, tu gagneras effectivement en "finesse", mais la question reste: est-ce audible? Je n'ai pas la réponse absolue, mais pas de façon très significative en tout cas à mon sens.

Tu peux très facilement faire le test toi-même: télécharge un flac 24bits (ya moult "échantillons gratuits" trouvables sur le net) , et ré-encode le en 16bits (toujours en format sans perte bien-sûr, flac ou wav p.ex.). Dés lors joue les deux sur ton système, et écoute si tu perçois une différence :wink: .
(tu peux aussi t'amuser à rééchantilloner à la baisse sur la fréquence: tu prends un fichier même 192kHz/32bits ramené à une qualité CD 44kHz/16bits, tu pourras ainsi facilement juger de l'utilité de la chose à tes oreilles :wink: )
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Message » 14 Jan 2014 15:12

Whyhey, au passage, les meilleurs puces DAC actuelles, gérant le 192kHz/32bits, atteignent péniblement les 135dB de dynamique max! (données constructeur du chip ESS Sabre32 Référence, et de toute façon la dynamique réelle d'un circuit complet l'incluant est toujours bien en deça)

Ce qui veut dire qu'actuellement l'électronique ne permet déjà pas d'exploiter tout ce qui est contenu dans un "simple" 48kHz/24bits, sans parler que même si c'était le cas le système ampli/enceinte resterait un gros facteur limitant ...sans parler du fait donc que MÊME si le matériel permettait de retranscrire ce "simple" signal correctement cela dépasse toujours les capacité de l'oreille humaine.

Donc avant de te préoccuper de savoir s'il y aurait un gain à traiter un signal 24bits en 96kHz plutôt qu'en 48kHz (pour gagner 3dB de dynamique...), il faudrait déjà te demander comment te procurer une installation audio en provenance du futur, et comment te faire greffer des oreilles bioniques ; à moins que tu n'héberges une famille d'extra-terrestres équipés d'une sono technologiquement extrêmement avancée, et d'un sens de l'audition sur-développé? :P
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Message » 14 Jan 2014 16:38

arnuche a écrit:Merci pour ces explications (bien que je ne sois pas sûr de tout piger, les maths et moi ... :oops: ).
Concernant le gain du 24 bit par rapport au 16 bit, je réponds souvent à ceux qui disent que c'est inutile qu'augmenter la quantification ne sert pas qu'à gagner en dynamique (audible) mais aussi à mieux détailler chaque échantillon pour avoir un son plus clair où chaque détail sur toute la bande passante ressort mieux.
C'est une conviction mais j'aimerais pouvoir donner une explication plus technique et objective, quelle est-elle ?

si le CD avec ses 16 bits de quantification est "au mieux", c'est qu'on ne pourrait pas entendre de différence entre "The dark side of the moon" version CD et version SACD, par exemple.
Si on n'entend aucune différence entre ces 2 versions:
soit on a une chaine audio mauvaise
soit on a une mauvaise oreille et y a rien Ă  faire
soit on a une bonne foi qui est , en fait, mauvaise, et y a rien Ă  faire.

objectivement, je ne vois pas trop quoi ajouter de plus que tout ce qui a déjà été dit sur le sujet ci dessus et ailleurs, si ça reste insuffisant comme argument, ben ... faut passer à autre chose ;) :)
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Message » 14 Jan 2014 16:42

Ok, mais les explications ci-dessus concernent surtout le bruit et la dynamique mais je voudrais savoir comment on explique le gain en clarté qui est l'autre avantage d'une augmentation de la quantification.
Je suppose que c'est lié mais j'ai du mal à y voir clair.

Nival a écrit:En gros si tu joues une bande-son en 16bits en positionnant le volume de sorte que le niveau max atteigne 100dB, et en comparaison une bande-son en 24bits de sorte que le niveau max atteigne 150dB (ça fait beaucoup, mais c'est pour l'exemple :mdr: ), chaque pas de l’échantillonnage représentera la même "finesse" dans le signal reproduit, seulement dans cette configuration, le signal 24bit permettra de reproduire des sons allant au-delà de 100dB.

Je ne piges pas très bien ce raisonnement. :oops:
arnuche
 
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Message » 14 Jan 2014 16:58

Juste pour dire que tout dépend déjà si les bits supplémentaires sont utilisés pour augmenter les différences entre "sons forts" et "sons faibles", ou bien juste pour "affiner" le message.

Mais peu importe au final.

Tu peux très facilement faire le test toi-même: télécharge un flac 24bits (ya moult "échantillons gratuits" trouvables sur le net) , et ré-encode le en 16bits (toujours en format sans perte bien-sûr, flac ou wav p.ex.). Dés lors joue les deux sur ton système, et écoute si tu perçois une différence :wink: .
(tu peux aussi t'amuser à rééchantilloner à la baisse sur la fréquence: tu prends un fichier même 192kHz/32bits ramené à une qualité CD 44kHz/16bits, tu pourras ainsi facilement juger de l'utilité de la chose à tes oreilles :wink: )
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Message » 14 Jan 2014 17:13

WhyHey a écrit:si le CD avec ses 16 bits de quantification est "au mieux", c'est qu'on ne pourrait pas entendre de différence entre "The dark side of the moon" version CD et version SACD, par exemple.
Si on n'entend aucune différence entre ces 2 versions:
soit on a une chaine audio mauvaise
soit on a une mauvaise oreille et y a rien Ă  faire
soit on a une bonne foi qui est , en fait, mauvaise, et y a rien Ă  faire.


Je ne sait pas oĂą se situe la mauvaise foi :hehe: .

Tu l'as cité toi-même mais as-tu pris le temps de le lire:
Audibility of a CD-Standard A/D/A Loop Inserted into High-Resolution Audio Playback
(facilement trouvable par simple requĂŞte Ggl)

Après on peut discuter des résultats, mais au moins on a une base sur laquelle discuter.

Et je n'ai pas assez d'expérience du SACD pour m'engager personnellement à charge ou à décharge (surtout quand en contrepartie cette prétendue différence ne semble pas ressortir lors de test en aveugle :hehe: ), mais une des raisons qui pourrait expliquer la différence (supposée) peut simplement provenir de la différence d'encodage, le DSD étant sensé permettre une conversion numérique-->analogique plus aisée, et permet peut-être simplement aux DAC qui le gère de sortir un signal analogique de meilleur qualité ; cette hypothèse semblant étayée par la constatation que beaucoup des amateurs de SACD trouvent une différence à l'écoute entre une source effectuant cette conversion directement à partir du DSD, face à une convertissant en amont le signal en PCM (tout en restant dans des taux d’échantillonnage semblant suffisante pour conserver l'intégralité des données audibles, un peu au-delà du 44.1kHz/16bits ce qui semble quand même effectivement préférable).
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Message » 14 Jan 2014 17:22

WhyHey a Ă©crit:soit on a une mauvaise oreille et y a rien Ă  faire

Bah, c'est pas bien grave ça, avoir une bonne oreille c'est comme avoir une bonne vue, rien à dénigrer! Et on peut avoir une vue perfectible et être un grand amateur d'art (combien ajustent leurs lunettes devant un tableau?), et avoir une excellente acuité visuelle tout en ayant que faire de l'art pictural. De toute façon, pour revenir à l'audition, en plus des différences inter-individuelles (qui ne devraient pas portées à jugement :-? ) l'oreille se dégrade inoxérablement avec l'âge, si bien qu'un ado pré-pubère nonchalant mettra dans les choux sans effort un vieux mélomane-audiophile pointilleux en terme de discrimination objective entre deux systèmes. Mais on s'en tape, ce n'est pas là que se situe la qualité d'une appréciation musicale.

On raconte même qu'en un temps reculé était un compositeur fort réputé qui perdit avec l'âge l'usage de ses oreilles, et que ça ne l’empêcha pas de continuer à émerveiller le monde de ses compositions :o .
(mais je crois que c'est une légende..... :ane: )
(parce que quand on a une mauvaise oreille ya rien Ă  faire........)
Nival
 
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Message » 14 Jan 2014 17:27

Et d'ailleurs, on peut bien sûr qualifier quelqu'un qui ne perçoit pas une différence sonore audible de personne avec une mauvaise audition, mais comment qualifie-t-on une personne qui entend (et de bonne foi! :grad: ) des différences qui n'existent pas? :wink:
Nival
 
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Message » 15 Jan 2014 11:10

Nival a écrit:Juste pour dire que tout dépend déjà si les bits supplémentaires sont utilisés pour augmenter les différences entre "sons forts" et "sons faibles", ou bien juste pour "affiner" le message.

Et comment est choisie cette utilisation ?
arnuche
 
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Message » 15 Jan 2014 14:18

Introduire une notion d'erreur dans la dynamique du signal numérique me parait en être une.

Dans la quantiification en soi il n'y pas de notion de bit faux ou vrai. Quand on arrive au LSB on est juste plus ou moins proche du signal réel selon qu'il tombe plus ou moins pres de la valeur qu'on peut representer en passant le LSB à 0 ou 1. Ceci est bien modélisé par le fait de dire que le signal quantifié est égal au signal réél de départ plus un bruit aléatoire d'amplitude crête égale à la moitié du LSB. Et on peut donc considérer un rapport signal bruit entre la valeur max representable sur le nombre de bit du format et ce bruit, comme en analogique.

Ensuite, une fois qu'on a obtenu ce flux quantifié réputé exact et sans erreur, c'est à dire constituant la meilleure representation possible du signal analogique de départ sur ce nombre de bits, on le fait passer par un canal de transmission, qui peut être par exemple un cable HDMI.
Là il va être soumis à un ensemble de perturbations electromagnétiques dues à la présence simultanées de plusieurs signaux dans le câble, et eventuellement à des perturbations extérieures. Ceci peut par exemple être modélisé par une courbe gaussienne, qui implique qu'aléatoirement et ponctuellement, mais en principe rarement, l'amplitude du bruit ajouté (qui vient EN PLUS du bruit de quantification) peut devenir très élevée et corrompre le bit qu'on est en train de transmettre. Et c'est là qu'on va voir apparaitre de vraies erreurs.

Il y a forcement quand même un lien entre le taux d'erreur et le nombre de bits de quantification, puisque si ce dernier augmente, il y a aura plus d'information à transmettre par seconde, donc des fréquences en jeux plus élevées, plus d'autoperturbation... Mais c'est loin d'être directement lié à la valeur de la dynamique de façon simple. En particulier en HDMI l'amplitude des signaux representant les bits est fixe et binaire et ne dépend pas de la précision de la quantification.

Pour moi la dynamique annoncée pour un signal numérique est directement donnée par le nombre de bits via la formule de shannon de façon fixe et immuable, sans notion d'erreur. D'ailleurs le théorème de Shannon pour la capacité d'un canal a bien pour but de calculer le débit maximum que l'on peut transmettre SANS ERREUR dans un conduit de bande passante et de rapport signal bruit donné.
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Message » 18 Juin 2015 19:48

autre sujet de discussion: l'erreur provenant de la gestion du volume en numérique
et se dérivées: mieux vaut un bon vieux potard analogique, ou une machine à bits ?

quelques réflexions:
STRA a Ă©crit:
WhyHey a Ă©crit:il l'est ! clair et bon.


Salut

Pas si simple

http://www.esstech.com/pdf/digital-vs-a ... ontrol.pdf


et un commentaire:

WhyHey a Ă©crit:Salut STRA,
passer, par exemple, de 85.45564etc.... à 85 ne génère aucun "bruit", un arrondi ne génère aucun bruit, il arrondit.
en soi.
simplement alors qu'on aurait voulu diminuer de , mettons 25db, on diminue de 25,xxx db.
y a pas de "bruit" la dedans.
donc le slide page 5 est faux puisqu'il passe d'un arrondi Ă  un "bruit" (noise).


en analogique comme en numérique, quand on veut diminuer un signal (que ce soit en db, en volt ou autre unité), il y a de toute façon un "pas" = valeur incrémentale minimale, on ne passe de 0.2V à 0.200000000001 V , sinon on tournerait nos molette pendant un temps infini pour augmenter ou diminuer le son d'une valeur infinitésimale ;)
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Message » 18 Juin 2015 21:07

arret sur image:
"
As a digital volume control operates on a fixed-width field (ie on
that 16 bit number that the DAC receives) it creates noise because
the DAC cannot make the fractional part of the number
"

"par ce qu'un DAC ne peut pas réaliser une fraction d'un nombre, il génère du bruit"
mais où ont-ils cherché cette idée ??
qu'avec 16 bit, on ne soit pas capable de réaliser toutes les fractions possible et imaginable d'un nombre : certes, c'est une évidence.
de là à générer du bruit ... cause ... effet ... ????

Bon admettons que ce n'était pas réellement leur intention de penser ce qu'ils ont écrit, ne nous arretons pas au slide 5, allons voir plus loin !
WhyHey
 
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