Qualité D'un Convertisseur A/d, Comment en juger ? Options

[Messensib]

Un des problèmes critique dans la conversion AD c'est qu'il est imperatif de ne pas depasser les limites de la bande-passante annoncée

par ex: si le circuit annonce un Q de 20/20khz,
à 20 001 hz il ne devrait plus y avoir de signal audio analogique à converlir sous peine de "repliance"

D'ou la difficulté de construire ce fameux filtre sans qu'il ai trop de consequences nefastes (rotations, coloration.....) c'est donc une des choses qui fait la difference dun fabricant à l'autre

OK, merci, William. J'ai presque tout compris. Pour le filtre, Tchebychev et moi, on se voit plus. Ca devrait être + facile à 96 kHz, quoique ....non, il faut atténuer de près de 150 dB (?) !!!!!!

[jlddsgt]

Bonjour,
je me permet de mettre à contribution quelques connaissances sur le sujet.

Nous sommes en 1927 Nyquist détermine qu'un signal analogique doit être échantillonné à au moins deux fois la plus haute fréquence le constituant si l'on veut le convertir en un signal numérique correspondant. Ce résultat, connu sous le nom de théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon, a été publié dans l'article Certain topics in Telegraph Transmission Theory (1928). (source wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/Nyquist).
En 1956 AMPEX lance le magnétoscope sur bande deux pouces. C'est une révolution en sont temps, mais quel rapport avec l'audio ?
Lorsque les convertisseurs Analogiques numériques font leurs apparition, on cherche un moyen de stocker ce flux important pour l'époque. La bande à tête stationaire comme les magnetos analogiques de l'époque ne permettent pas de stocker une telle densité d'informations sauf à avoir une vitesse de défilement tellement importante que la durée de la bande serait trop courte. Par contre les tête tournantes tel que les magnétoscopes permettent une telle densité d'information. Il est donc décidé d'utilser le noir pour faire un "o" et la couleur blanche pour un "1". Pour un echantillonage de 16 bits on peut rentrer 3 ou 4 échantillons par ligne. Si vous multiplier cela par le nombre de lignes utiles d'un signal vidéo vous obtener les fréquences d'echantillonages de 44,1 khz pour 3 échantillons par ligne et de 48Khz pour 4 échantillons par ligne.
Les bases sont jetés. L'audio sera désormais étroitement lié à la vidéo. A titre d'exemple la fréquence d'echantillonage de 4,056khz sur certain magnétos vient du NTSC couleur 29,97
On comprend mieux l'importance d'une référence vidéo dans les studios pour la synchronisation.

Maintenant que l'on sait pourquoi ces fréquences existent on peut déterminer la bande passante d'aprés le théorème de Nyquist. La frequence de 44,1khz / 2 = 22,05khz de bande bassante audio respecte donc les 20khz minimum requit pour une utilisation professionnel.
Pour pouvoit échantilloner de telles fréquences on utilise un "sample and hold" qui prend la valeur du signal analogique à un instant "t" que l'on doit impérativement convertir avant le prochain échantillon 1/44100 de secondes plus tard. Une fois cette échantillon pris on va le convertir à l'aide d'un N/A et d'un comparateur car un convertisseur A/N n'est rien d'autre qu'un convertisseur N/A qui va génerer des valeurs jusqu'a ce qu'elle corresponde à la valeur à convertir.

Le plus important dans un convertisseur est le filtre anti-aliasing.
En effet si jamais une fréquence supérieure à 22,05khz arrivait au convertisseur il interpréterait mal le signal et créerez des harmoniques dans le spectre audible alors quelles n'existent pas.
Pour s'assurer que cela n'arrive pas on va tout simplement filtrer l'entrée du convertisseur. Le seul problème c'es que ce filtre doit être trés raide et puissant pour ne pas descendre sous les 20khz de bandes passante. Donc il faut un filtre extrèmement éfficace et trés onéreux.
La qualité du convertisseur dépend d'abord de la qualité du filtre anti-aliasing. C'est ce qui a fait les débuts d'Apogee avec ces filtres haut de gamme pour les mitsubishi X850.
Tout cela va durer jusqu'au début des années 1990 ou Les contructeurs cherchent un moyen d'eviter de faire des convertisseur ou le prix est en majorité du au filtre anti-aliasing.
C'est le constructeur crysrtal (si mes souvenirs sont bon) qui trouve la solution avec les convertisseurs DPCM puis "Delta 1 bit".
Le principe est simple pourquoi ne pas echantilloner à des fréquences plus elevées qui permettrai de mettre des filtres en pente douce à faible cout ?
C'est possible mais il est trés difficile de faire des convertisseurs assez rapide en 16 bits.......

Je vois qu'il se fait tard. Je continuerai peut-être demain si cela ne vous à pas ennuyé ou si certain désire en savoir plus.

Bonne nuit

[Messensib]

Merci à jlddsgt d'avoir rappelé la génèse de l'histoire. Mais ma question reste entière: Comment vérifier la "qualité" d'un convertisseur A/D ? A l'oreille ? (oups). En mettant des sinusoïdes de fréquences et de niveau variable à l'entrée (oups encore), des signaux carrés ou des impulsion de Dirac pour voir la fonction de transfert.
C'est pas simple.....

[saturax]

Je vois qu'il se fait tard. Je continuerai peut-être demain si cela ne vous à pas ennuyé ou si certain désire en savoir plus.

Bonne nuit

Non non, pas ennuyeux du tout, je crois que c'est la premiere fois que je vais au bout d'une explication sur le numérique sans avoir d'indigestion!
et en plus cette fois, j'ai tout compris!
Merci!

[wfplb]

Merci à jlddsgt d'avoir rappelé la génèse de l'histoire. Mais ma question reste entière: Comment vérifier la "qualité" d'un convertisseur A/D ? A l'oreille ? (oups). ...C'est pas simple.....

enfin des explications claires et nettes
Nous sommes impatients de la suite...

[Messensib]

Merci à jlddsgt d'avoir rappelé la génèse de l'histoire. Mais ma question reste entière: Comment vérifier la "qualité" d'un convertisseur A/D ? A l'oreille ? (oups). ...C'est pas simple.....

enfin des explications claires et nettes
Nous sommes impatients de la suite...

William, un de ces jours, tu vas commencer à m'énerver....La modestie, c'est réservé à des gens comme moi. B*llshit, les smileys marchent pas !!!!!

[jlddsgt]

Merci pour vos encouragements.

Le suréchantillonage va donc permettre de résoudre ce problème de filtre anti-aliasing coûteux et qui introduit des rotations de phases.
Le seul problème c'est qu'il est très difficile de construire des convertisseurs plus rapides qui sortent des trames directement en 16bits et encore plus en 24bits.
Au lieu de donner un échantillon sur 16bits, on va uniquement donner la différence de niveau entre l'échantillon précédent et celui que l'on mesure. Sur un suréchantillonnage de 16x la fréquence (44,1 ou 48 kHz) on peut se permettre de coder cette différence sur 4 bits seulement. C'est ce que l'on appelle un convertisseur DPCM (Différential Pulse Code Modulation). Il est à noter que ce suréchantillonnage (overclocking) est utilisé aussi bien en entrée qu'en sortie. Un convertisseur numérique/analogique utilise aussi le suréchantillonage pour lisser les échantillons pour reconstruire une sinusoïde parfaite.
La dernière génération de convertisseur s'appelle "Delta 1 bit". Il utilise un convertisseur flash
extrêmement rapide. Il marche à plusieurs Mhz. Le but, c'est de dire si un échantillon est plus grand ou plus petit d'un bit que le précèdent et rien d'autre. On est à des fréquences tellement élevées que l'échantillon suivant ne peut être que : supérieur, inférieur ou égal d'un bit au précédent. Il faut bien comprendre que si l'échantillon pouvait être supérieur de plusieurs bits au précédent il serait forcément à une fréquence supérieur ce que l'on a besoin d'échantillonner. Donc il a déjà été éliminé par le filtre anti-aliasing à pente douce.
Le nom "Delta 1 bit" vient donc de la mesure qui est la différence entre les échantillons codés sur un bit.
Par contre on ne sait pas lire ces bits puisqu'ils ne sont pas au format PCM.
On va passer toutes ces mesures au travers un filtre FIR qui va nous sortir des trames PCM à la fréquence que l'on veut : 44,1 kHz, 48 kHz, 96 kHz,192 kHz etc... la quantification 16,20,24 bits.
On a donc un convertisseur qui peut nous sortir n'importe quel format PCM. Il travaille toujours pareil en entrée par contre on lui dit dans quel format PCM on a besoin sur la sortie. Il fait le même boulot pour du 44,1 kHz que pour du 192 kHz.
Il est à noter qu'une fois que vous avez transformé cette chaîne de bits au format PCM vous ne pouvez plus changer la résolution. C’est-à-dire que lorsque vous avez dit au convertisseur de sortir du 48 kHz 24 bits il est impossible de le retransformer en 96 kHz 24 bits sans perdre des informations.

Les ingénieurs de chez Sony cherchaient à ce moment-là, un format universel qui puisse être stocké et réutilisé ultérieurement sans perdre de qualité. Il faut se replacer quelques années en arrière à la fin du millénaire pour comprendre leurs intentions. Les convertisseurs pouvaient être d'une qualité nettement supérieure au 44,1 utilisé majoritairement encore aujourd'hui. Le 24 bit venait juste de pointer son nez donc peu utilisé et les fréquences de 96 kHz étaient encore difficilement accessibles au niveau du stockage/traitement dans une utilisation multipistes.
En effet pourquoi enregistrer du PCM alors qu'en enregistrant directement le "Delta 1 bit" qui était dans le convertisseur on pouvait garder le maximum de qualité et même le transformer après au format PCM 192 kHz si on le désirait.
C'est le format DSD (Direct Stram Digital) plus connu sous le nom de SA-CD qui est mis sur le marché.
On ne discutera pas ici des avantages et des inconvénients liés aux deux technologies mais il est utile de savoir que le format DSD est difficile à traiter. Mettre un EQ ou tout traitement sur du DSD est compliqué puisqu'il faut pratiquement le retransformer en PCM pour pouvoir faire des calculs. Par contre il prend tout sont sens dans un format de diffusion comme le SA-CD. Puisqu'il est en fin de chaîne et ne nécessite plus d'être retravaillé.

J'ai essayé d'être le plus clair et concis possible. Mais l'essentiel est là.
En tout cas c'est sympa de parler de ces choses-là avec vous. Parcequ'il y a peu de gens que ça intéresse. En tout cas dans un dîner c'est le four assuré

Pour la mesure des convertisseurs il y a quelques paramètres à prendre en compte comme le jitter que l'on pourra discuter plus tard.

Macmusicalement votre....

[jlddsgt]

J'ai une question. J'essaie d'éditer mes posts pour corriger mes fautes d'orthographes
Mais je ne vois pas de boutton éditer. Que dois-je faire ?

This post has been edited by jlddsgt: Mon 25 Sep 2006, 08:33

[ptilou]

J'ai une question. J'essaie d'éditer mes posts pour corriger mes fautes d'orthographes
Mais je ne vois pas de boutton éditer. Que dois-je faire ?

En principe juste après avoir posté, un pti bouton édition reste présent pendant 2 heures... ou une 1/2 journée... afin de corriger les fôtes... ensuite ce bouton disparait de façon à ce que l'on ne puisse pas corriger les posts d'il y a 3 ans et changer le cours de l'histoire...

nb : Il y a une rubrique "articles" chez MacMu ouvertes à toutes les bonne volontés et compétences... si après après avoir rodé ton rédactionnel dans ce post tu souhaites le voir mis en ligne, tu contactes le Team

[Messensib]

J'ai une question. J'essaie d'éditer mes posts pour corriger mes fautes d'orthographes
Mais je ne vois pas de boutton éditer. Que dois-je faire ?

Te casse pas pour les fautes d'orthographe. T'en as fait très peu. (d'ailleurs, moi non plus, je ne trouve plus le bouton "éditer") t'es en OS X ou OS 9 ?
Ton post précédent est passionnant. C'est un peu ce que j'attendais depuis longtemps, et qui n'est expliqué nulle part.
Je n'ai pas tout compris. Que signifie FIR ?. PCM c'est "pulse coded modulation", mais les "trames PCM", ce sont des nombres binaires ?
A te lire....