samedi 27 mars 2010

De l'influence du bruit sur la restitution numérique

La bruit est en théorie l'opposé du silence. Paradoxalement, lorsque l'on parle d'opérations d'échantillonnage et de conversion analogique/numérique, le bruit prend tout son sens et devient d'une aide non négligeable pour apporter plus d'efficacité aux algorithmes mathématique appliqués.

Dans le processus de reproduction sonore prenant en compte les données numériques d'un CD codé sur 16 bits et avec un échantillonnage de 44.1Khz, l'adjonction d'un léger bruit de fond apporte une plus grande efficacité. L'opération consistant à ajouter un bruit de fond est appelée "Dithering" du mot anglais Dither. Sans adjonction, les  signaux de faibles intensités sont écrêtés avec une plus grande approximation que les signaux de grande amplitude. L'adjonction de bruit permet d'augmenter la modulation des faibles signaux et tenter de les couper avec plus de finesse.
De plus, le bruit ajouté peut être réparti selon les parties du spectre avec une intensité différente pour une meilleure efficacité par exemple dans les hautes fréquences.

Le bruit de fond étant moins décelable et moins gênant que la distorsion, cette opération apporte un plus à la reproduction sonore.

Par exemple sur les schéma suivants :


La courbe A en entrée correspond à la courbe B en sortie sans Dithering et F avec Dithering
La courbe C montre la courbe d'erreur sans Dithering et G avec Dithering
La courbe D montre la puissance de sortie sans Dithering et H avec Dithering

Le mécanisme de dithering a repoussé la distorsion en dehors des zones audibles tout en apportant un surcroit de définition aux petits signaux.

Application aux lecteurs de CD:

Les lecteurs de CD traditionnels sont munis de composants intégrés qui réalisent sans aucun doute ces opérations sans qu'aucune intervention ne soit nécessaire. En plus des processus de sur échantillonnages permettant aux filtres complexes programmés de convertir une musique toujours plus fluide et naturelle, le mécanisme de Dithering est appliqué également dans certain cas de figure.

Sur les lecteurs informatique, cette fonction n'est pas toujours disponible et naturellement pas sur les convertisseurs intégrés des cartes son bas de gamme. Il est possible de réaliser l'opération de Dithering à la lecture de morceaux à l'aide de certains logiciels comme foobar ou les plugins VST tel que Sonoris Dither ou Ultimate Dithering.

Sur  foobar :

Sur foobar il est possible de programmer le Dither dans les paramètres de sortie du son :

Dès que la quantification de 16 bits est choisie, vous pouvez opter pour le Dithering. Ce dernier va consommer un peu plus de CPU que l'utilisation normale du logiciel, mais globablement vous devriez saisir une différence à la restitution avec une amélioration des micro-informations.

Bibliographie :
Dithering : Wikipedia
Le monde de la conversion D/A : article
Explication technique de Nika Aldrich de Cadenza Recording : article au format pdf
Reason France : le fil de discussion et les exemples pour aller plus loin

4 commentaires:

  1. Merci pour cet article très intéressant. Je vais creuser le sujet.
    Attention au lien mort dans la bibliographie.

    RépondreSupprimer
  2. le lien vers Ultimate Dithering a été modifié, le site avait changé de structure entre temps. Le lien pointe désormais sur la page d'accueil.

    RépondreSupprimer
  3. Bonjour,

    Tout d'abord merci pour ce blog, il m'apporte de nombreux renseignements, je le consulte régulièrement. Etant plutôt novice en matière de Haute-fidélité, je voulais vous faire part d'un problème technique concernant Foobar2000. J'ai tenté d'activer le Dither, dans mes préférences, en choisissant l'option WASAPI : Speakers (Realtek High Definition Audio), mais à chaque tentative de lecture, j'ai un écran bleu, plusieurs inscriptions... La seule chose que j'ai pu en lire est "Dumping Crash", un décompte en bas de page, puis l'ordinateur redémarre. Sachant que je suis sur WIndows 7, PC Asus N73. Je ne comprends pas d'où cela peut venir, si vous avez une réponse, je suis preneur ! Cordialement.

    RépondreSupprimer
  4. Les écrans bleus sous Windows correspondent à des pilotes de matériel qui dysfonctionnent. Il s'agit d'une erreur de programmation et il faut donc chercher un pilote plus à jour pour votre carte son qui doit sans aucun doute avoir un pilote WASAPI trop ancien... Essayez le site de Realtek ou celui de votre fournisseur de carte mère.

    Cordialement
    Musiq

    RépondreSupprimer