WEBVTT 1 00:00:08.252 --> 00:00:11.550 Bonjour, je suis Monty Montgomery de Red Hat et Xiph.Org. 2 00:00:11.550 --> 00:00:18.430 Il y a quelques mois, j'ai écrit un article sur l'audio numérique et pourquoi le téléchargement de musique en 24bit/192kHz n'a pas de sens. 3 00:00:18.430 --> 00:00:23.433 Dans l'article, j'ai mentionné, en passant, qu'une forme d'onde numérique n'est pas un escalier, 4 00:00:23.433 --> 00:00:28.680 et qu'on n'obtient certainement pas un escalier quand on convertit du numérique vers l'analogique. 5 00:00:29.865 --> 00:00:33.865 De tout l'article, ça a été la chose qui a généré le plus de commentaires 6 00:00:33.865 --> 00:00:37.221 En fait, plus de la moitié des courriels que j'ai reçus étaient des questions et commentaires 7 00:00:37.221 --> 00:00:39.663 à propos de notions de base sur les signaux numériques 8 00:00:39.894 --> 00:00:45.285 Comme il y a de l'intérêt, prenons un peu de temps pour jouer avec quelques signaux numériques simples. 9 00:00:49.747 --> 00:00:51.006 Supposons pour un moment 10 00:00:51.006 --> 00:00:54.089 que nous n'avons aucune idée de la façon dont se comportent les signaux numériques. 11 00:00:54.734 --> 00:00:56.841 Dans ce cas, ça n'a pas de sens pour nous 12 00:00:56.841 --> 00:00:59.049 d'utiliser de l'équipement de test numérique. 13 00:00:59.049 --> 00:01:00.937 Heureusement pour cet exercice, il existe encore 14 00:01:00.937 --> 00:01:04.020 beaucoup d'équipement de labo analogique fonctionnel. 15 00:01:04.020 --> 00:01:05.972 D'abord, nous avons besoin d'un générateur de signaux 16 00:01:05.972 --> 00:01:08.190 pour fournir les signaux analogiques d'entrée; 17 00:01:08.190 --> 00:01:12.692 dans ce cas-ci, un HP3325 de 1978. 18 00:01:12.692 --> 00:01:14.153 C'est encore un très bon générateur, 19 00:01:14.153 --> 00:01:15.614 alors si on fait abstraction de la grandeur, 20 00:01:15.614 --> 00:01:16.532 du poids, 21 00:01:16.532 --> 00:01:17.577 de la consommation, 22 00:01:17.577 --> 00:01:18.910 et du ventilateur bruyant, 23 00:01:18.910 --> 00:01:20.329 on peut les trouver sur eBay. 24 00:01:20.329 --> 00:01:23.863 Occasionnellement pour à peine plus que les frais de livraison. 25 00:01:24.617 --> 00:01:28.500 Ensuite, nous observerons nos formes d'onde analogiques sur des oscilloscopes analogiques, 26 00:01:28.500 --> 00:01:31.550 comme ce Tektronix 2246 datant du milieu des années 90, 27 00:01:31.550 --> 00:01:34.761 un des derniers et des meilleurs oscilloscopes analogiques à être fabriqués. 28 00:01:34.761 --> 00:01:36.807 Tous les labos maison devraient en avoir un. 29 00:01:37.716 --> 00:01:40.852 Enfin, nous inspecterons le spectre fréquenciel de nos signaux 30 00:01:40.852 --> 00:01:43.177 à l'aide de l'analyseur de specte analogique. 31 00:01:43.177 --> 00:01:47.732 Ce HP3585 de la même ligne de produits que le générateur de signaux. 32 00:01:47.732 --> 00:01:50.615 Comme le reste de l'équipement, il a un microcontrôleur rudimentaire 33 00:01:50.615 --> 00:01:52.905 et ridiculement énorme, 34 00:01:52.905 --> 00:01:56.276 mais le parcours du signal de l'entrée à l'affichage 35 00:01:56.276 --> 00:01:58.537 est complètement analogique. 36 00:01:58.537 --> 00:02:00.329 Tout cet équipement est antique, 37 00:02:00.329 --> 00:02:01.993 mais à part pour l'encombrement, 38 00:02:01.993 --> 00:02:03.844 les specifications sont encore très bonnes. 39 00:02:04.536 --> 00:02:06.868 En ce moment, nous avons notre générateur de signaux 40 00:02:06.868 --> 00:02:12.829 réglé pour produire une belle onde sinusoïdale de 1kHz à un volt RMS, 41 00:02:13.414 --> 00:02:15.220 nous voyons l'onde sinusoïdale sur l'oscilloscope, 42 00:02:15.220 --> 00:02:21.428 pouvons vérifier qu'elle est en effet à 1kHz et un volt RMS, 43 00:02:21.428 --> 00:02:24.108 ce qui est 2.8V crête-à-crête, 44 00:02:24.308 --> 00:02:27.561 et qui est conforme à ce qu'affiche l'analyseur de spectre. 45 00:02:27.561 --> 00:02:30.644 L'analyseur montre aussi un faible niveau de bruit blanc 46 00:02:30.644 --> 00:02:32.190 et juste un peu de distortion harmonique, 47 00:02:32.190 --> 00:02:36.649 avec la plus haute crête à environ 70dB sous la fondamentale. 48 00:02:36.649 --> 00:02:38.612 Ceci n'a aucun effet sur nos demos, 49 00:02:38.612 --> 00:02:40.574 mais je voulais quand-même le souligner maintenant 50 00:02:40.574 --> 00:02:42.452 juste au cas où vous ne le remarqueriez que plus tard. 51 00:02:44.036 --> 00:02:47.142 Maintenant, ajoutons l'échantillonnage numérique dans le milieu. 52 00:02:48.557 --> 00:02:51.024 Pour la conversion, nous utiliserons un banal 53 00:02:51.024 --> 00:02:53.374 convertisseur audio eMagic USB1. 54 00:02:53.374 --> 00:02:55.337 Il a déjà plus de dix ans, 55 00:02:55.337 --> 00:02:57.257 et devient obsolète. 56 00:02:57.964 --> 00:03:02.676 Un convertisseur récent peut facilement avoir des spécifications meilleures par un ordre de grandeur. 57 00:03:03.076 --> 00:03:07.924 Plat, linéarité, gigue, bruit, tout... 58 00:03:07.924 --> 00:03:09.353 vous n'avez probablement pas remarqué. 59 00:03:09.353 --> 00:03:11.604 Juste parce qu'on peut mesurer une amélioration 60 00:03:11.604 --> 00:03:13.609 ça ne veut pas dire qu'on peut l'entendre, 61 00:03:13.609 --> 00:03:16.404 et même ces boîtes bas de gamme étaient déjà 62 00:03:16.404 --> 00:03:18.643 à la limite de la transparence idéale. 63 00:03:20.244 --> 00:03:22.825 Le eMagic est connecté à mon ThinkPad, 64 00:03:22.825 --> 00:03:26.121 qui affiche une onde numérique et un spectre pour fins de comparaison, 65 00:03:26.121 --> 00:03:28.788 ensuite le ThinkPad redonne le signal numérique 66 00:03:28.788 --> 00:03:30.921 au eMagic pour re-conversion analogique 67 00:03:30.921 --> 00:03:33.332 et observation sur les oscilloscopes en sortie. 68 00:03:33.332 --> 00:03:35.582 De l'entrée à la sortie, de gauche à droite. 69 00:03:40.211 --> 00:03:41.214 OK, on peut maintenant débuter. 70 00:03:41.214 --> 00:03:43.924 Nous commençons par convertir un signal analogique en numérique 71 00:03:43.924 --> 00:03:47.347 et ensuite de retour à l'analogique sans aucune autre étape. 72 00:03:47.347 --> 00:03:49.268 Le générateur de signaux est réglé pour produire 73 00:03:49.268 --> 00:03:52.649 une onde sinusoïdale de 1kHz comme avant. 74 00:03:52.649 --> 00:03:57.428 Nous pouvons voir notre onde sinusoïdale analogique sur notre oscilloscope d'entrée. 75 00:03:57.428 --> 00:04:01.694 Nous numérisons nos signaux à 16 bit PCM à 44,1kHz, 76 00:04:01.694 --> 00:04:03.828 comme sur un CD. 77 00:04:03.828 --> 00:04:07.156 Le spectre du signal numérisé correspond parfaitement à ce que nous avons vu plus tôt. et... 78 00:04:07.156 --> 00:04:10.836 à ce que nous voyons maintenant sur l'analyseur de spectre analogique, 79 00:04:10.836 --> 00:04:15.154 à l'exception de son entrée à haute impédance causant juste un peu plus de bruit. 80 00:04:15.154 --> 00:04:15.956 Pour l'instant 81 00:04:18.248 --> 00:04:20.798 l'afficheur de l'onde montre notre sinusoïde numérisée 82 00:04:20.798 --> 00:04:23.966 comme un escalier, avec une marche par échantillon. 83 00:04:23.966 --> 00:04:26.388 Et quand nous regardons le signal de sortie 84 00:04:26.388 --> 00:04:29.054 qui a été converti de numérique à analogique, nous voyons... 85 00:04:29.054 --> 00:04:32.052 Il est exactement comme la sinusoïde originale. 86 00:04:32.052 --> 00:04:33.483 Pas d'escalier. 87 00:04:33.914 --> 00:04:37.193 OK, 1kHz est quand-même une fréquence relativement basse, 88 00:04:37.193 --> 00:04:40.633 peut-être que les marches d'escalier sont juste difficiles à voir ou qu'elles ont été lissées. 89 00:04:40.739 --> 00:04:49.492 D'accord, choisissons une fréquence plus élevée, près de Nyquist, disons 15kHz. 90 00:04:49.492 --> 00:04:53.545 Maintenant l'onde sinusoïdale est représentée par moins de trois échantillons par cycle, et... 91 00:04:53.545 --> 00:04:55.838 la forme d'onde numérique est plutôt affreuse. 92 00:04:55.838 --> 00:04:59.798 Disons que les apparences sont trompeuses. La sortie analogique... 93 00:05:01.876 --> 00:05:06.033 reste une sinusoïde parfaite, exactement comme l'originale. 94 00:05:06.633 --> 00:05:09.228 Continuons à monter. 95 00:05:17.353 --> 00:05:20.151 16kHz.... 96 00:05:23.198 --> 00:05:25.616 17kHz... 97 00:05:28.201 --> 00:05:29.945 18kHz... 98 00:05:33.822 --> 00:05:35.548 19kHz... 99 00:05:40.457 --> 00:05:42.465 20kHz. 100 00:05:49.097 --> 00:05:52.350 Bienvenue à la limite supérieure de l'audition humaine. 101 00:05:52.350 --> 00:05:54.377 La forme d'onde en sortie est toujours parfaite. 102 00:05:54.377 --> 00:05:58.025 Pas de forme irrégulière, pas de chute brutale du signal, pas d'escalier. 103 00:05:58.025 --> 00:06:01.342 Alors, où sont passés les escaliers? 104 00:06:01.342 --> 00:06:03.198 Ne répondez pas, c'est une question piège. 105 00:06:03.198 --> 00:06:04.318 Ils n'ont jamais été là. 106 00:06:04.318 --> 00:06:06.652 Dessiner une onde numérique comme un escalier 107 00:06:08.712 --> 00:06:10.772 était incorrect dès le départ. 108 00:06:10.942 --> 00:06:11.998 Pourquoi? 109 00:06:11.998 --> 00:06:14.366 Un escalier est une fonction continue dans le temps. 110 00:06:14.366 --> 00:06:16.201 Il est irrégulier et en pièces, 111 00:06:16.201 --> 00:06:19.700 mais il a une valeur associée à chaque point dans le temps. 112 00:06:19.700 --> 00:06:22.004 Un signal échantillonné est entièrement différent. 113 00:06:22.004 --> 00:06:23.337 Il est discret dans le temps; 114 00:06:23.337 --> 00:06:27.337 il n'a de valeur qu'à chaque point d'échantillonnage instantanné 115 00:06:27.337 --> 00:06:32.596 et il est non-défini, sans aucune valeur, partout ailleurs. 116 00:06:32.596 --> 00:06:36.666 Un signal discret dans le temps est mieux dessiné comme ceci. 117 00:06:40.020 --> 00:06:42.974 La contre-partie analogique, continue, d'un signal numérique 118 00:06:42.974 --> 00:06:45.364 passe doucement par chaque échantillon, 119 00:06:45.364 --> 00:06:50.153 et c'est vrai autant pour les hautes fréquences que pour les basses. 120 00:06:50.153 --> 00:06:53.033 Maintenant, la partie intéressante et pas évidente du tout est la suivante: 121 00:06:53.033 --> 00:06:55.454 il n'y a qu'un seul signal limité en fréquence qui passe 122 00:06:55.454 --> 00:06:57.417 exactement par chaque échantillon. 123 00:06:57.417 --> 00:06:58.708 C'est une solution unique. 124 00:06:58.708 --> 00:07:01.246 Alors si on échantillonne un signal limité en fréquence 125 00:07:01.246 --> 00:07:02.612 et qu'on le re-converti en analogique, 126 00:07:02.612 --> 00:07:06.462 l'entrée originale est aussi la seule sortie possible. 127 00:07:06.462 --> 00:07:07.838 Et avant que vous ne disiez 128 00:07:07.838 --> 00:07:11.721 "Oh, je peux dessiner un signal différent qui passe par ces points." 129 00:07:11.721 --> 00:07:14.283 Et bien oui vous pouvez, mais... 130 00:07:17.268 --> 00:07:20.521 s'il diffère ne serait-ce qu'un peu de l'original, 131 00:07:20.521 --> 00:07:24.905 il contient des fréquences égales ou supérieures à Nyquist, 132 00:07:24.905 --> 00:07:26.185 ne respecte pas la limite de fréquence 133 00:07:26.185 --> 00:07:28.358 et n'est pas une solution valide. 134 00:07:28.574 --> 00:07:30.036 Alors pourquoi les gens se trompent-ils 135 00:07:30.036 --> 00:07:32.702 et pensent-ils aux signaux numériques comme étant des escaliers? 136 00:07:32.702 --> 00:07:34.900 Je peux penser à deux bonnes raisons. 137 00:07:34.900 --> 00:07:37.956 D'abord, il est facile de convertir un signal échantillonné 138 00:07:37.972 --> 00:07:39.294 en un véritable escalier. 139 00:07:39.294 --> 00:07:42.409 Il n'y a qu'à étendre chaque échantillon en avançant jusqu'au prochain échantillon. 140 00:07:42.409 --> 00:07:44.414 C'est une conversion d'ordre zéro, 141 00:07:44.414 --> 00:07:47.913 et c'est une partie importante de la manière dont certains convertisseurs numérique-à-analogique fonctionnent, 142 00:07:47.913 --> 00:07:50.089 surtout les plus simples. 143 00:07:50.089 --> 00:07:55.591 Alors, quiconque cherche "conversion analogique à numérique" 144 00:07:55.592 --> 00:07:59.550 va probablement voir un diagramme d'une onde en escalier quelque part, 145 00:07:59.550 --> 00:08:01.982 mais ce n'est pas une conversion finale, 146 00:08:01.982 --> 00:08:04.250 et ce n'est pas le signal qui resort. 147 00:08:04.944 --> 00:08:05.684 Deuxièmement, 148 00:08:05.684 --> 00:08:07.529 et c'est la raison la plus probable, 149 00:08:07.529 --> 00:08:09.449 des ingénieurs qui devraient faire mieux, 150 00:08:09.449 --> 00:08:10.441 comme moi, 151 00:08:10.441 --> 00:08:13.193 dessinent des escaliers même s'ils sont techniquement incorrects. 152 00:08:13.193 --> 00:08:15.571 C'est comme une version unidimensionnelle des 153 00:08:15.571 --> 00:08:17.395 gros carreaux dans un éditeur d'image. 154 00:08:17.395 --> 00:08:19.241 Les pixels ne sont pas carrés eux non plus, 155 00:08:19.241 --> 00:08:23.081 ils sont des échantillons d'un espace de fonctions bidimensionnel et ils sont donc aussi, 156 00:08:23.081 --> 00:08:26.366 conceptuellement, des points infiniment petits. 157 00:08:26.366 --> 00:08:28.500 En pratique, c'est très embêtant de voir 158 00:08:28.500 --> 00:08:30.804 ou manipuler n'importe quoi d'infiniment petit. 159 00:08:30.804 --> 00:08:32.212 Alors, ca sera des gros carrés. 160 00:08:32.212 --> 00:08:35.966 Les dessins d'escaliers numériques sont exactement la même chose. 161 00:08:35.966 --> 00:08:37.684 C'est juste un dessin commode. 162 00:08:37.684 --> 00:08:40.404 Les escaliers ne sont pas vraiment là. 163 00:08:45.652 --> 00:08:48.233 Quand on re-convertit un signal numérique vers l'analogique, 164 00:08:48.233 --> 00:08:50.900 le résultat est aussi lisse, peu importe le nombre de bits. 165 00:08:50.900 --> 00:08:53.193 24 bits ou 16 bits... 166 00:08:53.193 --> 00:08:54.196 ou 8 bits... 167 00:08:54.196 --> 00:08:55.486 ça ne change rien. 168 00:08:55.486 --> 00:08:57.534 Alors est-ce à dire que le nombre de bits 169 00:08:57.534 --> 00:08:58.953 ne fait aucune différence? 170 00:08:59.245 --> 00:09:00.521 Évidemment pas. 171 00:09:02.121 --> 00:09:06.046 Le canal 2 ici est la même entrée sinusoïdale, 172 00:09:06.046 --> 00:09:09.086 mais nous la quantifions avec tramage (dither) sur huit bits. 173 00:09:09.086 --> 00:09:14.174 Sur l'oscilloscope, nous voyons toujours une belle sinusoïde lisse sur le canal 2. 174 00:09:14.174 --> 00:09:18.014 Regardez attentivement, et vous verrez aussi un peu plus de bruit. 175 00:09:18.014 --> 00:09:19.305 C'est un indice. 176 00:09:19.305 --> 00:09:21.273 Si on regarde le spectre du signal... 177 00:09:22.889 --> 00:09:23.732 aha! 178 00:09:23.732 --> 00:09:26.398 Notre sinusoïde est toujours présente et intacte, 179 00:09:26.398 --> 00:09:28.490 mais le niveau de bruit du signal à huit bits 180 00:09:28.490 --> 00:09:32.470 sur le deuxième canal est beaucoup plus élevé. 181 00:09:32.948 --> 00:09:36.148 Et voilà la différence que fait le nombre de bits. 182 00:09:36.148 --> 00:09:37.434 C'est tout! 183 00:09:37.822 --> 00:09:39.956 Quand on numérise un signal, on commence par l'échantillonner. 184 00:09:39.956 --> 00:09:42.366 L'échantillonnage est parfait; il ne perd rien. 185 00:09:42.366 --> 00:09:45.626 Mais ensuite on le quantifie, et la quantification ajoute du bruit. 186 00:09:47.827 --> 00:09:50.793 Le nombre de bits détermine la quantité de bruit 187 00:09:50.793 --> 00:09:52.569 et donc le niveau du bruit de fond. 188 00:10:00.170 --> 00:10:03.646 À quoi ressemble ce bruit de quantification? 189 00:10:03.646 --> 00:10:06.012 Écoutons notre sinusoïde à huit bits. 190 00:10:12.521 --> 00:10:15.273 Il est probablement difficile d'entendre quoi que ce soit d'autre que la sinusoïde. 191 00:10:15.273 --> 00:10:18.740 Écoutons seulement le bruit, après avoir enlevé la sinusoïde 192 00:10:18.740 --> 00:10:21.683 et augmentons le gain un peu parce que le bruit est faible. 193 00:10:32.009 --> 00:10:35.049 Ceux d'entre vous qui avez déja utilisé de l'équipement d'enregistrement analogique 194 00:10:35.049 --> 00:10:36.670 se sont probablement dit: 195 00:10:36.670 --> 00:10:40.382 "Mon Dieu! Ca sonne comme du bruit statique de ruban magnétique!" 196 00:10:40.382 --> 00:10:41.929 Eh bien, ca ne fait pas que sonner comme du bruit de ruban magnétique, 197 00:10:41.929 --> 00:10:43.433 ça se comporte comme ça aussi, 198 00:10:43.433 --> 00:10:45.225 et si nous utilisons un tramage (dither) gaussien 199 00:10:45.225 --> 00:10:47.646 alors c'est mathématiquement équivalent à tous points de vue. 200 00:10:47.646 --> 00:10:49.225 C'est du bruit de ruban magnétique. 201 00:10:49.225 --> 00:10:51.774 Intuitivement, ça veut dire que nous pouvons mesurer ce bruit 202 00:10:51.774 --> 00:10:54.196 et donc le plancher de bruit des rubans magnétiques audio 203 00:10:54.196 --> 00:10:56.233 en bits au lieu de décibels, 204 00:10:56.233 --> 00:10:59.902 pour mettre les choses dans une perspective numérique. 205 00:10:59.902 --> 00:11:03.028 Les cassettes audio... 206 00:11:03.028 --> 00:11:05.449 pour ceux qui sont assez agés pour s'en souvenir, 207 00:11:05.449 --> 00:11:09.161 pouvaient aller jusqu'à neuf bits dans des conditions parfaites, 208 00:11:09.161 --> 00:11:11.209 malgré que cinq à six bits était plus commun, 209 00:11:11.209 --> 00:11:13.876 surtout si c'était un enregistrement effectué sur une platine à cassette. 210 00:11:13.876 --> 00:11:19.422 Tout à fait... vos cassettes de "mix" n'avaient que six bits... avec de la chance! 211 00:11:19.837 --> 00:11:22.345 Les meilleurs magnétophones professionnels à ruban 212 00:11:22.345 --> 00:11:24.553 utilisés dans les studios pouvaient tout juste atteindre... 213 00:11:24.553 --> 00:11:26.473 vous devinez?... 214 00:11:26.473 --> 00:11:27.604 13 bits 215 00:11:27.604 --> 00:11:28.980 avec une suppression de bruit avancée. 216 00:11:28.980 --> 00:11:32.062 Et c'est pour ca que voir 'DDD' sur un disque compact 217 00:11:32.062 --> 00:11:35.208 a déja été tout un signe de qualité. 218 00:11:40.116 --> 00:11:42.825 Je ne cesse de mentionner que je quantifie avec tramage, 219 00:11:42.825 --> 00:11:44.734 alors qu'est-ce que le tramage exactement? 220 00:11:44.734 --> 00:11:47.284 Et plus important encore, qu'est que ça fait? 221 00:11:47.284 --> 00:11:49.876 La façon la plus simple de quantifier un signal est de choisir 222 00:11:49.876 --> 00:11:52.329 l'amplitude numérique la plus proche 223 00:11:52.329 --> 00:11:54.377 de l'amplitude analogique originale. 224 00:11:54.377 --> 00:11:55.337 Évident, n'est-ce pas? 225 00:11:55.337 --> 00:11:57.545 Malheureusement, le bruit exact qu'on obtient 226 00:11:57.545 --> 00:11:59.220 de cette quantification simpliste 227 00:11:59.220 --> 00:12:02.174 dépend un peu du signal d'entrée, 228 00:12:02.174 --> 00:12:04.596 alors on risque d'obtenir un bruit qui est inconsistant, 229 00:12:04.596 --> 00:12:06.142 qui cause de la distortion, 230 00:12:06.142 --> 00:12:09.054 ou qui est indésirable pour d'autres raisons. 231 00:12:09.054 --> 00:12:11.764 Le tramage est un bruit spécialement conçu pour 232 00:12:11.764 --> 00:12:15.273 se substituer au bruit produit par une quantification simpliste. 233 00:12:15.273 --> 00:12:18.025 Le tramage n'enterre pas ou ne masque pas le bruit de quantification, 234 00:12:18.025 --> 00:12:20.190 il le remplace 235 00:12:20.190 --> 00:12:22.612 par les caractéristiques de bruit de notre choix 236 00:12:22.612 --> 00:12:24.794 et qui ne sont pas influencées par l'entrée. 237 00:12:25.256 --> 00:12:27.081 Regardons ce que fait le tramage. 238 00:12:27.081 --> 00:12:30.078 Le générateur de signaux produit trop de bruit pour ce test 239 00:12:30.431 --> 00:12:33.161 alors nous allons produire une onde sinusoïdale 240 00:12:33.161 --> 00:12:34.782 mathématiquement parfaite avec le ThinkPad 241 00:12:34.782 --> 00:12:38.205 et la quantifier à huit bits, aver tramage. 242 00:12:39.006 --> 00:12:41.342 Nous observons une belle sinusoïde sur l'afficheur d'onde 243 00:12:41.342 --> 00:12:43.452 et sur l'oscilloscope de sortie 244 00:12:44.222 --> 00:12:44.972 et... 245 00:12:46.588 --> 00:12:49.375 une fois que l'analyseur de spectre est prêt... 246 00:12:50.713 --> 00:12:53.588 un pic en fréquence avec un plancher de bruit uniforme 247 00:12:56.864 --> 00:12:58.611 sur les deux afficheurs de spectre 248 00:12:58.611 --> 00:12:59.646 exactement comme avant 249 00:12:59.646 --> 00:13:01.549 Encore une fois, ceci est avec tramage. 250 00:13:02.196 --> 00:13:04.225 Maintenant, j'enlève le tramage. 251 00:13:05.779 --> 00:13:07.913 Le bruit de quantification, que le tramage a dispersé 252 00:13:07.913 --> 00:13:09.577 en un beau plancher de bruit tout plat, 253 00:13:09.577 --> 00:13:12.286 s'empile pour produire des pics de distortion harmonique. 254 00:13:12.286 --> 00:13:16.030 Le plancher de bruit est plus bas, mais le niveau de distortion est maintenant différent de zéro, 255 00:13:16.030 --> 00:13:19.668 et les pics de distortion sont maintenant plus forts que le bruit de tramage n'était. 256 00:13:19.668 --> 00:13:22.318 À huit bits, cet effet est exagéré. 257 00:13:22.488 --> 00:13:24.200 À seize bits, 258 00:13:24.692 --> 00:13:25.929 même sans tramage, 259 00:13:25.929 --> 00:13:28.308 la distortion harmonique sera si faible 260 00:13:28.308 --> 00:13:30.708 qu'elle sera complètement inaudible. 261 00:13:30.708 --> 00:13:34.581 Malgré tout, nous pouvons utiliser le tramage pour l'éliminer complètement 262 00:13:34.581 --> 00:13:36.489 si nous le désirons. 263 00:13:37.642 --> 00:13:39.273 Désactivons le tramage une fois de plus pour un instant, 264 00:13:40.934 --> 00:13:43.444 on observe que le niveau absolu de distortion 265 00:13:43.444 --> 00:13:47.070 de la quantification sans tramage reste approximativement constant 266 00:13:47.070 --> 00:13:49.033 peu importe l'amplitude du signal d'entrée. 267 00:13:49.033 --> 00:13:51.998 Mais quand le niveau du signal descend sous un demi bit, 268 00:13:51.998 --> 00:13:54.036 tout est quantifié à zéro. 269 00:13:54.036 --> 00:13:54.910 Dans un sens, 270 00:13:54.910 --> 00:13:58.557 tout quantifier à zéro n'est que 100% de distortion! 271 00:13:58.833 --> 00:14:01.588 Le tramage élimine cette distortion-là aussi. 272 00:14:01.588 --> 00:14:03.599 Réactivons le tramage et... 273 00:14:03.599 --> 00:14:06.377 re-voici notre signal à 1/4 bit, 274 00:14:06.377 --> 00:14:09.076 avec notre beau plancher de bruit tout plat. 275 00:14:09.630 --> 00:14:11.220 Il n'est pas nécessaire que le plancher de bruit soit plat. 276 00:14:11.220 --> 00:14:12.798 Le tramage est un bruit de notre choix, 277 00:14:12.798 --> 00:14:15.006 alors choisissons un bruit aussi inoffensif 278 00:14:15.006 --> 00:14:17.017 et difficile à percevoir que possible. 279 00:14:18.142 --> 00:14:22.484 Notre ouïe est à son plus sensible aux fréquences moyennes, entre 2kHz et 4kHz, 280 00:14:22.484 --> 00:14:25.438 alors c'est l'endroit où le bruit de fond sera le plus apparent. 281 00:14:25.438 --> 00:14:29.406 Nous pouvons modeler le bruit de tramage pour l'écarter des fréquences plus sensibles 282 00:14:29.406 --> 00:14:31.241 et l'amener là où l'audition est moins sensible, 283 00:14:31.241 --> 00:14:33.910 habituellement aux fréquences les plus élevées. 284 00:14:34.249 --> 00:14:37.460 Le bruit de tramage 16 bits est normalement beaucoup trop faible pour être entendu, 285 00:14:37.460 --> 00:14:39.668 mais écoutons notre exemple de bruit modelé, 286 00:14:39.668 --> 00:14:42.234 encore avec un gain très élevé... 287 00:14:56.020 --> 00:14:59.977 En dernier lieu, le bruit de quantification avec tramage a une puissance plus élevée en tout 288 00:14:59.977 --> 00:15:04.276 comparativement au bruit de quantification sans tramage, même si on l'entend moins. 289 00:15:04.276 --> 00:15:07.902 On peut le voir sur un VU-mètre durant les passages presque silencieux. 290 00:15:07.902 --> 00:15:10.537 Mais le tramage n'est pas qu'un choix à prendre ou à laisser. 291 00:15:10.537 --> 00:15:14.712 On peut réduire la puissance du tramage pour trouver l'équilibre entre moins de bruit et 292 00:15:14.712 --> 00:15:18.313 un peu de distortion pour minimiser l'effet global. 293 00:15:19.605 --> 00:15:22.790 Nous allons aussi moduler le signal d'entrée comme ceci: 294 00:15:27.098 --> 00:15:30.206 ...pour montrer comment une entrée variable affecte le bruit de quantification. 295 00:15:30.206 --> 00:15:33.289 Avec la puissance de tramage maximale, le bruit est uniforme, constant, 296 00:15:33.289 --> 00:15:35.643 et sans forme, exactement tel qu'attendu: 297 00:15:40.937 --> 00:15:42.772 Alors qu'on reduit la puissance du tramage, 298 00:15:42.772 --> 00:15:46.356 l'entrée affecte de plus en plus l'amplitude et le caractère 299 00:15:46.356 --> 00:15:47.977 du bruit de quantification: 300 00:16:09.883 --> 00:16:13.844 Le tramage modelé se comporte de façon similaire, 301 00:16:13.844 --> 00:16:16.553 mais le modelage produit un avantage intéressant en plus. 302 00:16:16.553 --> 00:16:18.804 Pour faire une histoire courte, il est possible d'utiliser 303 00:16:18.804 --> 00:16:20.937 une puissance de tramage légèrement inférieure avant que l'entrée 304 00:16:20.937 --> 00:16:23.662 ait autant d'effet sur la sortie. 305 00:16:49.172 --> 00:16:51.508 Malgré tout le temps que je viens de passer sur le tramage, 306 00:16:51.508 --> 00:16:53.012 on parle ici de différences 307 00:16:53.012 --> 00:16:56.372 qui commencent 100 décibels sous le niveau maximal. 308 00:16:56.372 --> 00:16:59.806 Peut-être que si le CD avait eu 14 bits tel que conçu à l'origine, 309 00:16:59.806 --> 00:17:01.513 le tramage pourrait être important. 310 00:17:01.989 --> 00:17:02.644 Peut-être. 311 00:17:02.644 --> 00:17:05.438 À 16 bits, vraiment, c'est du pareil au même. 312 00:17:05.438 --> 00:17:08.019 On peut penser au tramage comme d'une police d'assurance 313 00:17:08.019 --> 00:17:11.443 qui donne quelques décibels supplémentaires de gamme dynamique 314 00:17:11.443 --> 00:17:12.804 juste au cas où. 315 00:17:12.990 --> 00:17:14.196 Le fait est, tout de même, 316 00:17:14.196 --> 00:17:16.361 que personne n'a jamais ruiné un superbe enregistrement 317 00:17:16.361 --> 00:17:19.182 en n'appliquant pas de tramage à la version finale. 318 00:17:24.414 --> 00:17:25.790 Nous avons utilisé des ondes sinusoïdales. 319 00:17:25.790 --> 00:17:28.254 Elles sont un choix évident quand ce qu'on veut observer 320 00:17:28.254 --> 00:17:32.212 est le comportement d'un système à une certaine fréquence isolée. 321 00:17:32.212 --> 00:17:34.217 Maintenant, observons quelque chose d'un peu plus complexe. 322 00:17:34.217 --> 00:17:35.923 Qu'attendons-nous de voir 323 00:17:35.923 --> 00:17:39.671 quand je remplace l'entrée par une onde carrée... 324 00:17:42.718 --> 00:17:45.921 L'oscilloscope d'entrée confirme notre onde carrée de 1kHz. 325 00:17:45.921 --> 00:17:47.351 L'oscilloscope de sortie montre... 326 00:17:48.614 --> 00:17:51.102 Exactement ce qu'il doit montrer. 327 00:17:51.102 --> 00:17:53.900 Qu'est-ce qu'une onde carré en fait? 328 00:17:54.654 --> 00:17:57.982 Eh bien, disons que c'est une forme d'onde avec une valeur positive 329 00:17:57.982 --> 00:18:00.788 pour un demi-cycle, et qui prend instantanément 330 00:18:00.788 --> 00:18:02.910 une valeur négative pour l'autre moitié. 331 00:18:02.910 --> 00:18:05.076 Mais ça ne nous dit pas grand chose d'utile 332 00:18:05.076 --> 00:18:07.241 sur comment cette entrée 333 00:18:07.241 --> 00:18:09.378 devient cette sortie. 334 00:18:10.132 --> 00:18:12.713 Alors nous devons nous rappeler que toute forme d'onde 335 00:18:12.713 --> 00:18:15.508 est aussi la somme de fréquences discrètes, 336 00:18:15.508 --> 00:18:18.302 et une onde carrée est une somme particulièrement simple: 337 00:18:18.302 --> 00:18:19.636 une fondamentale et 338 00:18:19.636 --> 00:18:22.228 une série infinie d'harmoniques impaires. 339 00:18:22.228 --> 00:18:24.597 Si on les additionne toutes, on obtient une onde carrée. 340 00:18:26.398 --> 00:18:27.433 À première vue, 341 00:18:27.433 --> 00:18:29.225 ça ne semble pas très utile non plus. 342 00:18:29.225 --> 00:18:31.561 Il faut additionner un nombre infini d'harmoniques 343 00:18:31.561 --> 00:18:33.108 pour obtenir la réponse. 344 00:18:33.108 --> 00:18:35.977 Ah, mais nous n'avons pas un nombre infini d'harmoniques. 345 00:18:36.960 --> 00:18:39.902 Nous utilisons un filtre anti-repliment particulièrement abrupte 346 00:18:39.902 --> 00:18:42.206 qui coupe juste au-dessus de 20kHz, 347 00:18:42.206 --> 00:18:44.158 pour que notre signal soit limité en fréquence, 348 00:18:44.158 --> 00:18:46.421 ce qui veut dire que nous obtenons ceci: 349 00:18:52.500 --> 00:18:56.468 ...et c'est exactement ce que nous voyons sur l'oscilloscope de sortie. 350 00:18:56.468 --> 00:18:59.550 L'oscillation qu'on peut voir autour des transitions d'un signal limité en fréquence 351 00:18:59.550 --> 00:19:00.926 est appelé l'effet de Gibbs. 352 00:19:00.926 --> 00:19:04.137 Il se produit lorsqu'on coupe une partie du domaine des fréquences 353 00:19:04.137 --> 00:19:07.006 au milieu d'une énergie non-nulle. 354 00:19:07.006 --> 00:19:09.854 La règle approximative est que plus la coupure est abrupte, 355 00:19:09.854 --> 00:19:11.188 plus l'oscillation est forte, 356 00:19:11.188 --> 00:19:12.777 ce qui est à peu près vrai, 357 00:19:12.777 --> 00:19:14.900 mais il faut faire attention à la façon de le voir. 358 00:19:14.900 --> 00:19:15.774 Par exemple... 359 00:19:15.774 --> 00:19:19.529 à quoi peut-on s'attendre de notre filtre anti-repliment abrupte 360 00:19:19.529 --> 00:19:23.181 si je l'applique au signal une deuxième fois? 361 00:19:34.136 --> 00:19:37.588 Exception faite de l'ajout de quelques fractions de cycles de délai, 362 00:19:37.588 --> 00:19:39.348 la réponse est... 363 00:19:39.348 --> 00:19:40.857 absolument rien. 364 00:19:41.257 --> 00:19:43.302 Le signal est déja limité en fréquence. 365 00:19:43.656 --> 00:19:46.590 Le limiter une seconde fois ne change rien. 366 00:19:46.590 --> 00:19:50.686 Une deuxième application ne peut enlever des fréquences qui ont déja été enlevées. 367 00:19:52.070 --> 00:19:53.737 Et c'est l'important. 368 00:19:53.737 --> 00:19:56.233 Le gens pensent aux oscillations comme si elles étaient un genre d'artéfact 369 00:19:56.233 --> 00:19:59.945 qui est ajouté par les filtres anti-repliment, 370 00:19:59.945 --> 00:20:01.737 insinuant que les oscillations s'aggravent 371 00:20:01.737 --> 00:20:03.913 à chaque fois que le signal passe à travers. 372 00:20:03.913 --> 00:20:05.950 Nous pouvons constater que dans ce cas-ci, ça n'est pas arrivé. 373 00:20:05.950 --> 00:20:09.492 Alors était-ce vraiment le filtre qui a ajouté les oscillations la première fois? 374 00:20:09.492 --> 00:20:10.537 Non, pas exactement. 375 00:20:10.537 --> 00:20:12.126 C'est une distinction subtile, 376 00:20:12.126 --> 00:20:15.252 mais le oscillations de l'effet Gibbs ne sont pas crées par les filtres, 377 00:20:15.252 --> 00:20:18.836 elles sont une partie intégrante de ce qu'un signal limité en fréquence est. 378 00:20:18.836 --> 00:20:20.798 Meme si nous construisons synthétiquement 379 00:20:20.798 --> 00:20:23.508 ce qui ressemble à une onde carrée numérique parfaite, 380 00:20:23.508 --> 00:20:26.206 elle est toujours limitée par la bande passante du canal. 381 00:20:26.206 --> 00:20:29.140 Souvenons nous que la représentation en escalier est erronée. 382 00:20:29.140 --> 00:20:32.222 Nous avons affaire à des échantillons instantannés, 383 00:20:32.222 --> 00:20:36.148 et un seul signal limité en fréquence passe par tous ces échantillons. 384 00:20:36.148 --> 00:20:39.614 Tout ce que nous avons fait en dessinant notre onde carrée apparemment parfaite 385 00:20:39.614 --> 00:20:43.198 a été d'aligner les échantillons de telle sorte qu'ils paraissent 386 00:20:43.198 --> 00:20:47.785 ne pas avoir d'oscillations si nous jouons à "relions les points". 387 00:20:47.785 --> 00:20:49.449 Mais le signal original limité en fréquence, 388 00:20:49.449 --> 00:20:52.742 avec toutes ses oscillaitons, était toujours là. 389 00:20:54.004 --> 00:20:56.542 Et cela nous mène à un autre point important. 390 00:20:56.542 --> 00:20:59.550 Vous avez probablement déjà entendu que la précision temporelle d'un signal numérique 391 00:20:59.550 --> 00:21:02.409 est limitée par sa fréquence d'échantillonnage; dit autrement, 392 00:21:02.409 --> 00:21:05.140 que les signaux numériques ne peuvent représenter quoi que ce soit 393 00:21:05.140 --> 00:21:08.041 qui se passe entre les échantillons... 394 00:21:08.041 --> 00:21:11.422 insinuant que les impulsions ou les attaques rapides doivent coïncider 395 00:21:11.422 --> 00:21:14.473 exactement avec un échantillon, ou sinon le temps est faussé... 396 00:21:14.473 --> 00:21:16.219 ou même qu'ils disparaissent. 397 00:21:16.711 --> 00:21:20.820 À ce point-ci, nous pouvons facilement voir pourquoi cette conclusion est erronée. 398 00:21:20.820 --> 00:21:23.742 Encore une fois, nos signaux d'entrée sont limités en fréquence. 399 00:21:23.742 --> 00:21:26.036 Et les signaux numériques sont des échantillons, 400 00:21:26.036 --> 00:21:29.340 pas des escaliers, pas "relier les points". 401 00:21:31.572 --> 00:21:34.592 Nous pouvons certainement, par exemple, 402 00:21:36.777 --> 00:21:39.337 mettre le front montant de notre onde carrée limitée en fréquence 403 00:21:39.337 --> 00:21:42.004 là ou nous le voulons entre les échantillons. 404 00:21:42.004 --> 00:21:44.354 C'est parfaitement représenté 405 00:21:47.508 --> 00:21:50.218 et c'est parfaitement reconstruit. 406 00:22:04.620 --> 00:22:06.526 Comme dans le dernier épisode, 407 00:22:06.526 --> 00:22:08.393 nous avons couvert un grand nombre de sujets, 408 00:22:08.393 --> 00:22:10.868 et malgré tout seulement effleuré chacun d'eux. 409 00:22:10.868 --> 00:22:13.620 Et même, mes omissions sont encore plus nombreuses cette fois-ci... 410 00:22:13.620 --> 00:22:16.286 mais c'est un bon point pour s'arrêter. 411 00:22:16.286 --> 00:22:17.833 Ou peut-être un bon point pour commencer. 412 00:22:17.833 --> 00:22:18.708 Approfondissez. 413 00:22:18.708 --> 00:22:19.710 Expérimentez. 414 00:22:19.710 --> 00:22:21.374 J'ai choisi mes démonstrations avec soin 415 00:22:21.374 --> 00:22:23.668 pour qu'elles soient simples et produisent des résultats clairs. 416 00:22:23.668 --> 00:22:26.217 Vous pouvez reproduire chacune d'entre elles par vous-même si vous les désirez. 417 00:22:26.217 --> 00:22:28.766 Mais soyons réalistes, parfois on en apprend plus 418 00:22:28.766 --> 00:22:30.516 sur des beaux jouets en les ouvrant 419 00:22:30.516 --> 00:22:32.553 et en étudiant toutes les pièces à l'intérieur. 420 00:22:32.553 --> 00:22:35.230 C'est bien ainsi, nous somme des ingénieurs. 421 00:22:35.230 --> 00:22:36.350 Amusez-vous avec les paramètres des demos, 422 00:22:36.350 --> 00:22:37.972 modifiez le code, 423 00:22:37.972 --> 00:22:39.774 créez d'autres expériences. 424 00:22:39.774 --> 00:22:40.692 Le code source pour tout, 425 00:22:40.692 --> 00:22:42.398 incluant la petite application demo à boutons, 426 00:22:42.398 --> 00:22:44.361 est disponible à Xiph.Org. 427 00:22:44.361 --> 00:22:45.940 En cours d'experimentation, 428 00:22:45.940 --> 00:22:47.401 vous rencontrerez probablement quelque chose 429 00:22:47.401 --> 00:22:49.950 que vous n'attendez pas et ne pouvez expliquer. 430 00:22:49.950 --> 00:22:51.198 Ne vous en faites pas! 431 00:22:51.198 --> 00:22:54.537 Malgré ma remarque plus tôt, Wikipedia est fantastique pour 432 00:22:54.537 --> 00:22:56.788 ce genre de recherche. 433 00:22:56.788 --> 00:22:59.956 Si vous êtes vraiment sérieux et voulez comprendre les signaux, 434 00:22:59.956 --> 00:23:03.337 plusieurs universités ont du matériel avancé en ligne, 435 00:23:03.337 --> 00:23:07.380 comme les modules "Signals and Systems" 6.003 et 6.007 436 00:23:07.380 --> 00:23:08.798 à MIT OpenCourseWare. 437 00:23:08.798 --> 00:23:11.593 Et évidemment, il y a toujours la communauté Xiph.Org. 438 00:23:12.792 --> 00:23:13.929 Que vous fouilliez plus ou non, 439 00:23:13.929 --> 00:23:14.974 je n'ai plus de café, 440 00:23:14.974 --> 00:23:16.436 alors à la prochaine, 441 00:23:16.436 --> 00:23:19.316 bonne expérimentation!