Jipihorn's Blog

novembre 5, 2014

Le problème des niveaux dans la chaine audio

Filed under: Electronique, Fondamentaux, Test & mesure, Vidéo Blog — jipihorn @ 8:58

Difficile de faire le tour de ce vaste sujet ou le nombre de situations est considérable. Néanmoins, on va essayer d’en regarder les grandes lignes. J’ai même oublié de dire deux mots sur le problème du 0dB en numérique ou il est fortement conseillé de rester en dessous car les appareils (essentiellement les DACs) tendent souvent à distordre.

Jipi.

10 commentaires »

  1. Encore une vidéo très instructive. Merci !

    Le passage concernant le réglage de volume en sortie de DAC ou par des DAC me fait penser à une technique utilisée un temps par Sony et qui est, je crois, encore différente des PGA4311 et consorts.

    Dans les années 90, les DAC Sony étaient des convertisseurs sigma-delta multi-niveaux dans lesquels les valeurs numériques étaient converties en signaux analogiques en tension modulés en largeur d’impulsions.

    A la fin des années 90, Sony a rajouté après ces DAC une puce qui effectue une conversion tension/courant des signaux PWM. La source de courant interne de ces puces pouvaient être rendue variable pour réaliser un réglage de volume. Concrètement, la valeur de la source de courant de la puce était fixée par une résistance variable commandée en tension (un circuit à FET, je suppose).

    Après, conversion courant/tension de ces signaux, on obtenait donc un niveau de sortie (en volts) qui dépendait de la valeur de la source de courant interne des puces de conversion tension/courant.

    Dans l’implantation que j’ai vue (dans le préampli/processeur TA-E9ES, je crois), le volume était commandé par un encodeur numérique dont les valeurs numériques étaient converties en tensions continues par des DAC, tensions qui pilotaient la source de courant interne des puces de conversion tension/courant.

    Commentaire par Scytales — novembre 8, 2014 @ 5:26

  2. Encore une vidéo indipensable qui insiste sur un des fondamentaux en électronique audio. En préamplification analogique, la conception à basse impédance est évidemment la voie royale: c’est l’assurance d’obtenir de faibles distorsions, un faible bruit de fond et une parfaite adaptabilité avec les différents éléments de la chaîne d’amplification. En ce qui concerne le potentiomètre de volume, le plus intéressant est sans doute le contrôle de volume actif Baxandall, car il permet d’utiliser un potentiomètre double linéaire (bien plus facile à appairer qu’un log) tout en gardant d’excellentes performances de bruit et une progression quasi logarithmique. La contrepartie de ce dispositif est qu’il est inverseur (ce qui ne doit pas poser de problème si on utilise un correcteur de tonalité lui-même inverseur ou tout autre dispostif inverseur) et que son impédance de charge diminue en augmentant avec le gain. Cependant avec un potentiomètre de 10K Lin, cette charge au gain maximal ne pose aucun souci à un NE5532… Mais on peut faire beaucoup mieux: le dernier préampli de Self/Baxandall utilise des potentiomètres de 1K! Le bruit en courant est associé aux entrées des amplis op, il se transforme en tension de bruit que s’il circule dans une impédance qu’il faut donc choisir la plus basse possible pour que cette tension devienne négligeable. La mise en oeuvre de potentiomètres de basse résistance aura aussi pour conséquence que les courants de polarisation des aop y créeront une moindre chute de tension et donc aussi moins de bruits intempestifs quand le curseur se déplace. C’est l’Amérique: on peut se passer de condensateurs pour protéger notre potentiomètre et ainsi éviter les rotations de phase complexes qu’ils engendrent en association avec la variation d’impédance du potentiomètre lorsque le curseur se déplace! Bien sûr, l’utilisation de potentiomètres de 1K ne peut se faire que grâce à quelques astuces qu’on ne trouve pas dans les cahiers de l’audiophile…
    Tout ça pour dire que l’adaptation en niveau et en impédance est bien souvent négligée dans les systèmes multiamplifiés DIY, elle est la cause de bruits et de distorsions bien difficiles à résoudre sans une méthodologie appropriée.

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — novembre 8, 2014 @ 7:19

  3. Les sujets se suivent et passionnent…
    DCX2496
    Pour ma part, j’ai résolu le problème en ramenant les niveaux entrées/sorties du DCX à 1V sym environ (sans gain), et utilisé des amplis « pros-symétriques » avec réglages de niveaux en entrée.
    Le lecteur CD est modifié avec sortie symétrique 1V, ainsi tout est en « symétrique-pro », mais avec le niveau 1V « grand public », ce qui maintient une certaine compatibilité.
    GP

    Commentaire par Gérard Pièce — novembre 10, 2014 @ 9:53

  4. Bonjour,

    Je suis venu sur votre site par rebond depuis le site « hifivintage », alors que je charchais des informations sur la « nouvelle » puce STM350BW, utilisée sur un petit ampli chinois, et regroupant des fonctions de conversion du signal et d’amplification.
    A en juger par votre installation, vous semblez plus attiré par l’amplification à tubes, et bien que peu connaisseur, veux bien croire que l’amplification numérique soit encore assez loin d’atteindre ce niveau de qualité, en tout cas pour un prix similaire.
    Pour autant, je m’aperçois que les fabricants de semi conducteurs intègrent de plus en plus de fonction dans leur DSP, que ces derniers montent aujourd’hui à des fréquences permettant de traiter correctement le signal, en entrée pour une conversion PCM vers PWM, en sortie pour un filtrage actif à base de transistors (sans être toutefois certain que ces derniers soient intégrés dans la même puce)
    J’ai donc l’impression que l’amplification numérique progresse à grands pas, et que le marché commençant à répondre dans ce domaine, les choses vont s’accélérer dans les années à venir.
    Je pense que cela pourrait intéresser un certain nombre de personnes, si l’envie vous prenait un jour de faire un état des lieux de ces nouveaux DSP, leurs forces, leurs limites, car il est très difficile de trouver de l’information audible pour le commun des mortels sur le sujet.

    Je sais bien qu’il ne vous est pas possible de répondre à chacune de ce type de demande, ne suis même pas certain que le sujet vous intéresse en lui même, mais sait on jamais…

    Quoi qu’il en soit, j’apprécie votre parler franc et votre sens critique, et reviendrai ne serait-ce que pour ça de temps à autre sur votre site, pour y glaner quelques sujets que vous aurez traité.

    Merci de partager vos connaissances.

    Cordialement
    Laurent

    Commentaire par Laurent Guillon — novembre 13, 2014 @ 12:23

  5. Francis Libre
     » La contrepartie de ce dispositif est qu’il est inverseur (ce qui ne doit pas poser de problème si on utilise un correcteur de tonalité lui-même inverseur ou tout autre dispostif inverseur) et que son impédance de charge diminue en augmentant avec le gain. Cependant avec un potentiomètre de 10K Lin, cette charge au gain maximal ne pose aucun souci à un NE5532… Mais on peut faire beaucoup mieux: le dernier préampli de Self/Baxandall utilise des potentiomètres de 1K! »

    De Self, il y a un préampli avec contrôle de tonalité et de volume encore plus récent que celui paru dans Elektor.
    Il a été publié dans Linear Audio volume 5.

    Comme celle des autres potentiomètres du circuit, la valeur de celui de volume est passée à 5 kOhm.
    Elle était de 10 kOhm dans le préampli de 1996 (Electronics Word) et de 1 kOhm sur celui de 2012 (Elektor).

    Ce changement de valeur de 1 kOhm à 5 kOhm – une petite marche arrière au point de vue du bruit – pourrait avoir été motivé dans un esprit de préservation de la durée de vie du potentiomètre, un courant important circulant dans sa piste résistive pouvant lui être préjudiciable.

    Ca fait des années que je tergiverse pour adopter un contrôle de volume actif de Baxandall.
    Je me suis récemment construit un contrôle deux voies à plots, 30 positions, performances impeccables, appariement des voies meilleur que 0.02 dB quelle que soit la position du curseur. A l’utilisation, ce n’est pas aussi confortable qu’un bon vieux réglage continu. Un Baxandall de volume devrait être l’une de mes toutes prochaines réalisations.

    Pour autant que je le sache, ce produit vendu depuis une dizaine d’années par Selectronic utilise un potentiomètre ALPS six voies LOG :
    http://www.selectronic.fr/commande-de-volume-6-voies-avec-telecommande.html
    L’appareil n’a pas très bonne réputation. La faute à un appariement approximatif des niveaux selon la position du bouton de commande ? Avec un schéma Baxandall et un pot six voies LIN, le concept aurait été un peu plus sérieux.
    Ah ouais, mais… la produit revendique « une technique audiophile neutre faisant appel à des buffets à J-FET audio », c’est plus vendeur.

    Commentaire par forr — novembre 14, 2014 @ 12:10

  6. « L’appareil n’a pas très bonne réputation. La faute à un appariement approximatif des niveaux selon la position du bouton de commande ? »

    S’il n’y avait que çà??? Il suffirait de remplacer le ALPS par des résistances commutées.
    Malheureusement, des mesures en 1/48 ème octave avec STEPS de la suite ARTA montrent une distorsion de 0.8% à 9H, pour s’ « arranger » sans être un modèle de midi à 15 H (descendante de 0.1% à 20 Hz pour atteindre 0.003% à 10 kHz).
    Il vaut sans doute mieux ne pas quitter le numérique trop tôt. Commander le volume en numérique sur une plage restreinte en cherchant le moins de distorsion possible est peut être la meilleure solution.
    Un BMC TC2 utilisé en commande de volume numérique, couplé en numérique avec la bonne impédance (75/110) à un DX46 lequel peut être atténué en sortie sans pertes procure une disto mesurée de 0.002% sur les 2 appareils connectés. (Entrée en numérique dans le BMC et récup du signal analo sur la XLR du DX).

    Commentaire par REGIS — novembre 14, 2014 @ 4:49

  7. Salut,

    Je vais émettre une petite critique (que j’espère constructive) alors je vais d’abord passer un peu la pommade🙂

    Tout d’abord je tenais à te tirer mon chapeau pour l’ensemble des vidéos que tu postes. Je les regarde avec intérêt ; j’y réapprends quelques trucs que j’ai pu oublier et elles me rassurent aussi lorsque, parasité par les conneries que l’on trouve sur les forums audiophiles, un doute m’empare.
    Ce qui m’agace le plus souvent dans ce que je peux lire sur le net et que le lien essentiel entre la théorie et la pratique que tu t’efforces d’établir est souvent escamoté par certains mystiques du monde audio (parce que ce sont des quiches, ou pire, des gens pour qui l’honnêteté n’est qu’un concept lointain… Deux aspects qui ne sont pas incompatibles).

    La critique : J’ai trouvé que tu n’étais pas super clair sur la partie numérique, ou du moins que certaines choses risquaient d’être mal interprétées.

    En mettant de côté le problème de la saturation numérique, le comportement du bruit de quantification sur l’application d’un gain ne dépend pas uniquement du nombre total de bits mais également du type de codage virgule fixe / virgule flottante :
    – En virgule fixe, tout se passe comme tu l’as décrit avec les effets de troncature, ou d’arrondis, etc.
    – En virgule flottante, la mantisse reste codée sur le même nombre de bits effectifs (avec l’exposant qui permet de placer automatiquement la virgule sur « la pleine échelle » de la mantisse). L’application d’un gain se passe donc avec un SNR de quantif constant qui est, au passage, négligeable devant un rapport signal à bruit analogique typique dès lors que l’on bosse en 32bits (~192 dB sur la bande de Shannon).

    En clair, en virgule flottante et contrairement à la virgule fixe, il est possible d’appliquer un gain G 1 sans dégrader le SNR (à moins de tomber dans des cas tordus qui ne se rencontrent pas dans une utilisation normale).

    Ceci dit, pour te rejoindre, si l’on introduit un codage en virgule fixe en amont et en aval de la virgule flottante, on retombe sur les problèmes que tu évoques en risquant d’avoir un nombre de bits effectifs bien plus faible que la plage de 24bits offert par le S/PDIF par exemple.
    Peu importe le moyen mis en œuvre en amont du CNA pour triturer le gain, le SNR de quantif doit être calculé non pas sur le nombre de bits pleine échelle mais sur le plus petit nombre de bits effectifs qui code le signal à un endroit quelconque de la chaîne numérique de l’entrée à la sortie. Introduire au milieu de deux trucs 24bits un DSP virgule flottante 32bits… Mouais ça ne ne sert pas à grand chose d’un point de vue SNR, juste à donner du confort à celui qui élabore les algo de traitement du signal.

    A+,
    Guillaume.

    Commentaire par Guillaume — décembre 1, 2014 @ 8:09

    • C’est mon soucis principal, je n’ai pas le temps de « scénariser » les vidéos et finalement, elles sont improvisées sur le tas.
      virgule fixe/virgule flottante, je pourrais faire deux heure sur les problèmes (et qualités) de l’un et de l’autre dans le contexte de calculs numériques. La virgule flottante a des faiblesses, comme son bruit de quantification variable et la non justesse de valeurs triviales. Un autre soucis est justement qu’elle est quasiment pas bornée et qu’il faille gérer les notions de Nan ou +/-Inf. Même si les Dsp tendent à être nativement en virgule flottante, ça reste encore relativement anecdotique pour une question de couts, de taille de librairies éventuelles et le fait que beaucoup d’algorithmes classiques ne le nécessite pas vraiment. Un DCX qui ne travaille qu’avec des cellules biquad en 24bit ne nécessite pas de virgule flottante car ces cellules n’ont pas de possibilité de dépassement interne en entier.
      Il ne faut pas croire, pour un nombre de bits donné, il n’y a pas plus de nombres en virgule flottante qu’en entier. Ce qu’on gagne d’un coté, on le perd de l’autre. Je travaille beaucoup maintenant en virgule flottante sur des techniques de synthèse de filtres IIR de degré élevé et c’est difficile de garantir une stabilité (en synthèse et en utilisation), surtout dans des résolutions de système hautement non linéaires avec des flottants en simple précision. Les « Dsp » en double précision sont encore plus rares, mais sur des Cortex A9 et suivant, ça devient possible (même si ils sont à la frontière entre CPU et Dsp).

      Mais, merci beaucoup pour ces remarques. Ça n’est pas un sujet trivial et quand on fait du traitement du signal, surtout dans des configurations en cascade ou avec des degrés élevés, c’est la partie la plus difficile. Ajouté à cela les optimisations, la vectorisation, l’alignement des données pour minimiser les loupés de cache et j’en passe… C’est un métier à part entière.

      J.

      Commentaire par jipihorn — décembre 1, 2014 @ 9:43

  8. Pardon, je viens de voir qu’une partie de mon commentaire a été coupé à cause des signes supérieurs / inférieurs…

    « il est possible d’appliquer un gain G inférieur à 1 puis un gain 1/G supérieur à 1 sans dégrader le SNR »

    Commentaire par Guillaume — décembre 1, 2014 @ 8:13

  9. « Ce qu’on gagne d’un coté, on le perd de l’autre. » « La virgule flottante a des faiblesses, comme son bruit de quantification variable et la non justesse de valeurs triviales »

    La non justesse sur des valeurs triviales peut effectivement être une faiblesse, pénible. Par contre le bruit de quantif variable peut aussi être une propriété intéressante si l’objectif est de tenir un SNR constant. C’est parfois le choix logique, à justifier en fonction de l’application.
    Comme tu le dis c’est un sujet qui peut être discuté pendant des heures (et à la fin la bonne solution est celle qui marche).

    « surtout dans des résolutions de système hautement non linéaires »
    Tu titilles ma curiosité. Tu parles d’intégration numérique d’équations différentielles non-linéaires raides, par hasard ?
    Confronté à ce genre de problème, j’avais trouvé mon bonheur dans un ouvrage « bible » assez connu : The Numerical Recipes.
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Numerical_Recipes

    « Ajouté à cela les optimisations, la vectorisation, l’alignement des données pour minimiser les loupés de cache et j’en passe… C’est un métier à part entière »
    Poulala, j’en ai suffisamment gouté pour savoir que je n’ai plus envie de mettre mon nez là-dedans🙂 dans les détails.
    Ce qui mène au succès c’est à la fois le bon choix des algo num (robustes, avec une bonne stabilité numérique) et d’une bonne implémentation, mais ça se complexifie tellement qu’il devient impossible, en tout cas pour moi, de faire une veille techno sérieuse sur les deux fronts conjointement… Si tu y arrives tu forces mon respect.

    Je te souhaite bien du courage même si j’ai l’impression que tu t’amuses comme un fou.

    Commentaire par Guillaume — décembre 2, 2014 @ 2:47


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