Le bruit haute fréquence du SA-CD/DSD, ce croquemitaine

[Scytales]

J'ai tabulé les réponses en fréquence du préamplificateur (en dB référencé à 1 kHz, réglage de volume positionné à -10,5 dB) en mode linéaire et avec les deux filtres passe-bas d'origine (coupure à 6 kHz et à 10 kHz) et quatre prototypes de filtre passe-bas (coupure à 22, 26, 31 et 32 kHz) :

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Compte tenu du fait que le filtre à 32 kHz permet au distorsiomètre automatique de fonctionner aussi bien que le filtre à 10 kHz alors qu'il n'atténue finalement que très peu entre 20 kHz et 40 kHz, on peut conjecturer que c'est le contenu fréquentiel du bruit au-delà de quelques dizaines de kilohertz qui est le plus gênant pour le bon fonctionnement des automatismes du distorsiomètre.

J'ai décidé d'implanter le filtre à 31 kHz (qui donne la réponse la plus plate dans la bande audio) et celui à 22 kHz (qui donne l'atténuation la plus efficace au-delà de la bande audio).

[Scytales]

J'ai modifié les circuits imprimés du préamplificateur Cabasse pour remplacer les filtres passe-bas de 6 kHz et de 10 kHz par les filtres de 22 kHz et de 31 kHz que j'ai prototypés. Les courbes de réponses définitives sont conformes aux prototypes et le fonctionnement du préamplificateur est normal.

J'ai donc commencé à expérimenter ces filtres.

La difficulté tient à ce que ces filtres passe-bas non seulement modifient la courbe de réponse, mais aussi, parce qu'ils sont passifs, apportent une légère atténuation, moins prononcée que les filtres originaux, mais tout de même de l'ordre de 0,4/0,5 dB pour le filtre à 31 kHz et 0,7 dB pour le filtre à 22 kHz.

Pour supprimer cette différence de niveau des écoutes comparatives, j'ai procédé ainsi. J'ai utilisé en source un lecteur DVD Sony DVP-S9000ES, qui lit aussi les SA-CD. Ce lecteur a deux sorties branchées en parallèle sur les étages de sortie internes. Ces deux sorties ont été branchées sur deux entrées différentes du préamplificateur. Comme le préamplificateur Cabasse comporte des réglages de gain séparés pour toutes les entrées, il m'a été possible de corriger légèrement le gain de l'entrée sur laquelle le filtre passe-bas est testé. Il a ensuite suffit de passer d'une entrée à l'autre en même temps que le filtre passe-bas est, selon le cas, activé ou désactivé : c'est simplement l'affaire d'appuyer sur deux touches en même temps.

Le gain de chacun des deux canaux de l'entrée sur laquelle le filtre passe-bas a été testé a été ajusté à 1 kHz pour que le niveau de sortie du préamplificateur soit le même qu'avec l'entrée non filtrée, cela à mieux que 0,1 mV près (modulo la marge d'erreur de mesure et d'affichage du distorsiomètre utilisé en voltmètre RMS vrai). La différence de niveau a donc été complètement éliminée des comparaisons. La commutation entre l'entrée non filtrée et l'entrée avec filtre s'est d'ailleurs révélée absolument imperceptible au cours des essais.

J'ai procédé aux écoutes comparatives d'abord sur CD à l'aide du disque test Prestige Audio Vidéo n°1, qui avait été produit par Philippe Muller (label Passavant), et qui a donné lieu à une très longue filière sur ce forum :



J'ai utilisé la plage de bruits roses corrélés sur les deux canaux, l'enregistrement de clochettes et sonnailles (captées comme si elles étaient relativement près du visage et donc très intéressant pour tester l'aigu) et la prise de son de la sonnerie de cloche d'église en plein air, ainsi que l'enregistrement d'un minibus en circulation.

Résultats :

Avec le filtre à 22 kHz, je n'entends aucune différence dans le bruit rose, ni sur l'enregistrement du minibus. En revanche, sur l'enregistrement de clochettes, je perçois une différence que je qualifierais de subtile : l'entrée non filtrée produit plus d'énergie dans l’impact des battants sur la pince des clochettes et l'enveloppe de propagation du son autour des instruments paraît un peu plus volumineuse, avec des timbres peut-être un peu plus riches. Sur la prise de son d'un clocher en extérieur, c'est plus sur l'intensité des attaques des chants d'oiseau en extérieur que j'ai perçu une différence, mais là aussi très subtile. Est-ce que j'aurais pu retrouver mes petits en écoute en aveugle ? Je n'en suis pas certain, particulièrement avec l'enregistrement de la sonnerie d'église.

Avec le filtre à 31 kHz, les écoutes ont été plus brèves et je ne me suis pas posé de question après avoir balayé mes premiers doutes : je n'ai entendu aucune différence entre l'entrée filtrée et l'entrée non filtrée.

Arrivée à ce stade, l'expérience est déjà pour moi un plein succès. Chacun des deux filtres passe-bas permet de réduire sensiblement le bruit ultrasonique en mode SA-CD et leur impact à l'écoute sur des CD riches en contenu dans l'extrême-aigu est au mieux inexistant, au pire subtile. Il pourrait d'ailleurs être intéressant que je cherche une fréquence de coupure un peu plus élevée que 22 kHz pour réduire encore, sinon supprimer, l'impact du filtre avec la fréquence de coupure la plus basse tout en conservant la meilleure atténuation possible des fréquences ultrasonores.

Maintenant, je vais laisser mes branchements et mes réglages en place avec le filtre à 31 kHz et écouter plus tranquillement différents disques, CD et ensuite SA-CD, pour constater, notamment avec ces derniers, si le filtrage supplémentaire produit ou non un effet perceptible.

[haskil]

Instructif et donc intéressant !

[oso]

... D'autant plus que c'est fait avec une méthodologie aussi rigoureuse qu'inhabituelle

[haskil]

... D'autant plus que c'est fait avec une méthodologie aussi rigoureuse qu'inhabituelle

Du Scytales pur jus !!!!

[Scytales]

Édition du 28/11/2022 : le message ci-dessous relate des constations qui se sont révélées erronées en raison d'une inadéquation du dispositif de test (voir plus bas) :

J'ai fait chou blanc.

J'ai poursuivi mes écoutes sur plusieurs soirées (de nuit : calme maximal) avec les disques suivant, dans l'ordre, écoutés dans leur intégralité en alternant avec/sans filtre, parfois en revenant sur certaines plages ou certains passages :

1) CD test Prestige Audio Vidéo n°1, plage de percussions jouées par Xavier Martin enregistrée sans compression (en poussant le volume) ;
2) Transpositions pour percussions d’œuvres de Ravel et Debussy, Percussions claviers de Lyon, CD BNL 112743 ;
3) Queen, A Kind of Magic, SA-CD Universal Japan UIGY 9526 ;
4) Stravinsky par Stravinsky, le Sacre du printemps et l'Oiseau de feu, SA-CD Columbia/Sony MS 7011 (Quelles prises de son ! La plus ancienne est de 1960 et ne contient pas une trace d'intermodulation audible !) ;
5) Igor Tchetuev, sonates pour piano de Beethoven, volume 2, SA-CD Caro Mitis CM 006 2006 ;
6) Natan Brand, œuvres pour piano de Schumann et de Chopin, CD BNL 112734.

Passer sur l'entrée sur laquelle le filtre est activé produit un effet audible avec tous ces disques, sans exception. Cela s'entend même sur l'album de Queen, bien que ce soit subtil, mais surtout avec les autres enregistrements. Les disques de piano sont les plus révélateurs et, ce qui est surprenant, le disque qui trahit le mieux la présence du filtre est le CD Natan Brand ! Pourtant, ce n'est pas un SA-CD, mais un simple CD, que j'ai écouté immédiatement après l'album de Tchetuev pour comparer ce que j'avais perçu avec un bon enregistrement de piano. Le bruit ultrasonique du DSD est donc hors de cause. Curieusement, la présence du filtre change même, et surtout, la perception des notes graves du piano, ainsi que les informations d'ambiance, les résonances émises par le piano. C'est notamment aussi sur la longueur des résonances que des différences sont audibles avec Xavier Martin et les Percussions claviers de Lyon, lesquelles sont enregistrées dans une acoustique très présente.

Donc, contrairement à ce que j'ai cru avec mes premiers essais, le filtre passe-bas avec une fréquence de coupure de 31 kHz produit des effets audibles.

Comment ce fait-il que je n'en avais pas entendues dans mes premiers essais ? Je vois deux explications possibles (il y en a peut-être d'autres), qui sont sans doute cumulatives. La première est que les prises de son en champ libre (à l'extérieur) ne contiennent pas d'informations significativement affectées par le filtre passe-bas, au contraire des prises de son en acoustique. La seconde est que la différence se révèle mieux avec un signal contenant un large spectre de fréquences, contrairement à la plage de clochettes et sonnailles, qui est concentrée sur l'aigu (ou à l'écoute de laquelle ma concentration a été axée sur l'aigu).

Retour à la case départ et à la planche à dessin.

Je vais réfléchir un peu à ce que je peux expérimenter ou mesurer d'autres.

[oso]

Bonjour Scytales

je suppose que tu as réécouté les plages de bruits ambiants et clochettes du PAV1 après avoir constaté les différences induites par le filtre lors de cette dernière série d'écoutes: aurais-tu réussi à identifier les différences à postériori ?

[Scytales]

Non, je ne l'ai pas fait.

J'avais passé un temps certain à essayer de cerner des différences avec le filtre avec une fréquence de coupure à 22 kHz et j'étais persuadé que cela signifiait, comme je l'ai indiqué, que les différences étaient subtiles. Et je n'en entendais aucune avec le filtre à 31 kHz. Je n'ai donc pas pris la peine de réécouter les premières pistes de test. Ton hypothèse serait-elle que je pourrais désormais mieux cerner une différence audible maintenant que j'ai appris à la repérer ?

[oso]

Non, je ne l'ai pas fait.

J'avais passé un temps certain à essayer de cerner des différences avec le filtre avec une fréquence de coupure à 22 kHz et j'étais persuadé que cela signifiait, comme je l'ai indiqué, que les différences étaient subtiles. Et je n'en entendais aucune avec le filtre à 31 kHz. Je n'ai donc pas pris la peine de réécouter les premières pistes de test. Ton hypothèse serait-elle que je pourrais désormais mieux cerner une différence audible maintenant que j'ai appris à la repérer ?

Oui, c'est bien mon hypothèse. Je suis comme toi surpris que l'action du filtre soit évidente à l'écoute d'enregistrements habituels, mais pas sur du bruit rose, des sons aigus (clochettes), ou encore des sons naturels capté en extérieur.

A ce stade, les résultats obtenus lors de la seconde session d'écoute avec des CD/SACD normaux suggèrent qu'une atténuation progressive de -0,1 à -0.7 dB sur une plage très large (entre 9 et 20 kHz, cela fait plus de 2 octaves) aurait une influence sur l'écoute de certains sons. Ces deux octaves couvrent le spectre des harmoniques produits par la plupart des instruments naturels.

Merci pour le partage de ces résultats!

[Scytales]

Ce n'est pas que la différence soit évidente, mais elle est audible. Il n'y a pas que le timbre du son qui change, mais aussi les informations spatiales.

Quant à la cause de ces différences...

Il n'y a pas que le niveau qui change avec le filtre, mais aussi la phase. Mais une variation de phase est-elle audible et si oui dans quelle proportion ? J'utilise un simulateur en ligne qui permet d'approcher avec une bonne précision les résultats réels des filtres d'origine et de ceux que j'ai élaborés : http://sim.okawa-denshi.jp/en/RLClowkeisan.htm D'après cet outil, avec une fréquence de coupure à 31 kHz, la phase varie théoriquement de manière progressive d'environ quelques degrés à 1 kHz, à 20° à 10 kHz et jusqu'à 50° à 20 kHz.

En tout cas, mon projet de réaliser un filtre passe-bas qui je n’entends pas sur CD pour tester l'impact de la diminution du bruit haute-fréquence avec des SA-CD n'est pour le moment pas couronné de succès.

Toutefois, comme tout est normal côté préampli avec des filtres modifiés, je vais persévérer en cherchant à augmenter la fréquence de coupure pour réduire au minimum les effets mesurables du filtre dans la bande audio.

J'ai aussi repérer du matériel performant et bon marché qui devrait, entre autre, me permettre de mesurer le bruit hors bande audio sur une large plage de fréquences. Ce sera l'objet de futures expérimentations.

[Scytales]

Pour évaluer au mieux le niveau du bruit hors bande audio produit par le lecteur de SA-CD à la lecture d'un disque de ce type, j'ai effectué des mesures en intercalant entre la sortie du lecteur et le distorsiomètre (utilisé en voltmètre RMS pour mesurer le bruit) et le psophomètre un filtre passe-haut paramétrable.

Le filtre a une pente d'atténuation de 24 dB/octave et l'atténuation maximale est de 80 dB. En lisant la plage d'un signal de test de 100 Hz, la contribution de ce signal ne représente théoriquement, après filtrage, que 0,01 % de la lecture de la tension dans la bande passante du filtre. Le distorsiomètre et le psophomètre donnant sensiblement les mêmes résultats, je ne liste que les valeurs relevées avec le psophomètre :

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Manifestement, c'est le contenu fréquentiel du bruit au-delà de 50 kHz qui contribue le plus à la tension de bruit mesurée et le contenu au-delà de 100 kHz tend à avoir moins d'importance, mais sans garantie, faute de bande passante suffisante des deux voltmètres.

Néanmoins, ces résultats corroborent ceux que j'ai indiqués dans le tout premier message, lorsque j'ai tenté de mesurer la tension de bruit à la sortie du préamplificateur en utilisant ses propres filtres et ses correcteurs de grave pour filtrer le signal de test. À cette occasion, j'avais utilisé le millivoltmètre Leader, qui a une bande passante de mesure à - 3 dB de 1 MHz, plus large que celle du psophomètre, mais un détecteur moins précis pour mesurer autre chose que la valeur RMS de sinus purs. Toutefois, le millivoltmètre Leader avait affiché une tension de bruit très proche des 21 mV mesurés par le psophomètre et le distorsiomètre.

A priori, on peut donc considérer, avec une certaine confiance, que la tension RMS du bruit ultrasonique qui sort d'une lecteur de SA-CD Sony SCD-555Es est de l'ordre d'une vingtaine de mV RMS dans une bande passante allant de 20 kHz à 1 MHz et que la bande de fréquences qui contribue le plus à ce bruit se situe essentiellement entre 50 kHz et 100 à 150 kHz. Je ferai à l'occasion une autre série de mesures à l'aide du millivoltmètre Leader pour le confirmer ou l'infirmer.

Maintenant, on peut donc évaluer ce que représente ce bruit.

Rapportés à une tension RMS de sortie de 2,156 V avec un signal à 0 dB SA-CD et en négligeant la contribution du bruit de fond dans la bande audio (qui est très très bas d'après les mesures de THD+N effectuée avec le distorsiomètre), 21 mV donnent un rapport signal sur bruit de 40,2 dB dans la bande allant de 20 Hz à 300 kHz (-3 dB) et sans doute aussi jusqu'à 1 MHz (-3 dB).

Pour calculer la puissance absorbée par le haut-parleur d'aigu dans les ultrasons, il faudrait connaître son impédance exacte dans les hautes fréquences, mais ces données ne sont malheureusement jamais documentées, à ma connaissance.

Si quelqu'un dispose de ce genre de données pour un tweeter quelconque...

[Scytales]

Non, je ne l'ai pas fait.

J'avais passé un temps certain à essayer de cerner des différences avec le filtre avec une fréquence de coupure à 22 kHz et j'étais persuadé que cela signifiait, comme je l'ai indiqué, que les différences étaient subtiles. Et je n'en entendais aucune avec le filtre à 31 kHz. Je n'ai donc pas pris la peine de réécouter les premières pistes de test. Ton hypothèse serait-elle que je pourrais désormais mieux cerner une différence audible maintenant que j'ai appris à la repérer ?

Oui, c'est bien mon hypothèse. Je suis comme toi surpris que l'action du filtre soit évidente à l'écoute d'enregistrements habituels, mais pas sur du bruit rose, des sons aigus (clochettes), ou encore des sons naturels capté en extérieur.

A ce stade, les résultats obtenus lors de la seconde session d'écoute avec des CD/SACD normaux suggèrent qu'une atténuation progressive de -0,1 à -0.7 dB sur une plage très large (entre 9 et 20 kHz, cela fait plus de 2 octaves) aurait une influence sur l'écoute de certains sons. Ces deux octaves couvrent le spectre des harmoniques produits par la plupart des instruments naturels.

Je pense que l'explication est plus simple encore : j'ai fait une erreur dans mon dispositif de test et je me suis trompé !

En effet, le préamplificateur Cabasse a une masse commune à toutes les entrées, mais chaque entrée a son propre circuit d'amplification qui précède le sélecteur de source (pour pouvoir faire du mixage). Lorsqu'on réalise un branchement en parallèle entre la même source et deux entrées du préamplificateur, il se forme au niveau du circuit imprimé des prises d'entrée du préamplificateur une boucle de masse. Dans ces conditions, il est tout à fait possible qu'en basse fréquence, le courant circule préférentiellement entre le générateur (le lecteur de DVD) et un des circuits d'amplification d'entrée plutôt que l'autre, ce qui peut produire une différence audible.

Je m'étais pourtant déjà fait avoir par ce phénomène un jour où j'avais voulu essayer à partir des doubles sorties du DVP-S9000ES deux cordons de modulation ne différant que par le type de connecteurs côté préampli, DIN sur l'un, RCA sur l'autre. J'avais perçu une différence tout à fait inexplicable, dans le grave notamment, du même ordre de celle que j'ai perçue en testant les filtres passe-bas en écoutant de la musique. Inexplicable jusqu'à ce que je me rende compte que j'avais fait une bêtise. Comme quoi, quand on n'y prend garde, on peut faire la même bêtise deux fois !

Il n'est pas possible, avec ce préamplificateur Cabasse, d'effectuer des comparaisons telles que je les ai pratiquées, à partir du même appareil. Il me faudrait deux appareils identiques, chacun jouant le même disque.

En conséquence, les premiers constats que j'ai fait à partir de plages riches en aigu sont certainement plus proches de l'effet audible réellement produit par les filtres passe-bas que j'ai élaborés.

[Scytales]

Une dernière série de mesures, cette fois pour documenter l'efficacité des filtres passe-bas du préamplificateur Cabasse modifiés par mes soins. Le niveau de bruit produit sans filtre en sortie de préampli lorsque le lecteur SCD-555ES est la source est de 21,5 mV RMS et non de 21 mV RMS comme ci-dessus simplement en raison d'un léger gain de 0,2 dB apporté par le préamplificateur.

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Les nouveaux filtres fonctionnent très bien et apportent une atténuation significative du bruit ultrasonique en mode SA-CD.

À ce stade, il me paraît utile de transcrire en français une partie du contenu du second des deux articles parus dans la revue italienne Audioreview que j'ai mis en lien dans la seconde page de ce fil de discussion. En effet, à ma connaissance, cet article contient les seules recommandations que j'ai jamais lues sur le niveau tolérable du bruit ultrasonique sans risque de causer des dommages à une chaîne électroacoustique.

L'auteur énonce que le filtrage des signaux ulstrasoniques produits par un signal de type DSD a pour seule fonction la protection des haut-parleurs d'aigus. Pour cela, il part du principe qu'avec l'usage d'un amplificateur de 300 W de puissance moyenne, le haut-parleur d'aigu ne doit pas recevoir plus de 0,1 W dans la bande ultrasonore. Il en déduit la nécessité d'obtenir au minimum un rapport signal sur bruit de 34,8 dB dans une bande de fréquences allant jusqu'à 1,4 MHz (la fréquence de Nyquist d'un signal DSD). Il estime nécessaire d'arrondir ce chiffre à 40 dB pour tenir compte de l'emploi éventuel d'amplificateurs encore plus puissants. Enfin, pour tenir compte d'éventuels comportements déraisonnables d'un utilisateur qui voudrait pousser son amplificateur à fond avec un signal à 0 dB SA-CD, il propose de retenir un rapport signal sur bruit de 50 dB. À ce stade, il faut souligner qu'il s'agit d'un rapport signal sur bruit incluant une très large bande ulstrasonore, donc des fréquences inaudibles, et non le rapport signal sur bruit dans la bande audio (là où des fréquences audibles peuvent produire un souffle).