Numérique et dégradation

© Pierre Voyard
- Créé le 24 novembre 2005

- Dernière mise à jour : 23 novembre, 2014 11:20

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Calculs numériques et distortion du signal ...

Ce texte ne prétant pas être exhaustif et sera complété avec le temps…

Préalable : A partir du moment ou l'on fait intervenir du calcul autre que l'addition ou la soustraction à une modulation quelconque, il y a obligatoirement dégradation du signal.

En cas d'arrondi à la valeur la plus proche il y a obligatoirement approximation, soit en plus, soit en moins. Par exemple :

En numérique, on ne travaille qu'avec des entiers. On peut user d'une valeur d'échantillon de 32750, de 32751, mais pas 32750,7.

Le système arrondira dans ce cas automatiquement à 32751 (valeur la plus proche). S'il s'était agit de 32750,4, la valeur serait restée telle qu'elle.

Maintenant imaginez 2 échantillons côte à côte identiques dont les calculs concernant le 1er échantillon serait arrondi à la valeur inférieure et pour le suivant, à la valeur supérieure ! Ainsi deux échantillons identiques au départ, seraient après calculs, séparés de 2 points ! Le premier d'une valeur de 32750 deviendrait 32749 et le second 32751 !

Faites subir à votre modulation plusieurs fois d'affilée des résultats d'opérations similaires et les écarts se creuseront et la distorsion du signal en sera d'autant augmentée. Cependant :

La dégradation par "arrondi" dépendra en grande part de la qualité des algorithmes utilisés ainsi que de sa quantification (12, 16, 24 bits).

Cette distorsion est très importante et très audible pour les petites résolutions (8, 12,16 bits) et moins audible en 24 bits et suppérieures (mais celle-ci reste audible).

Calculs complexes en chaîne
Le problème en cas d'application de calculs complexes (type compression, réverbération) juste après l'enregistrement est que dans le cas ou le calcul de celui-ci engendre des arrondis, ces approximations (distorsions) ajoutées au signal seront malheureusement généralement suivies de nombreux autres traitements (Changement de volume non linéaires, et moult effets comme écho, réverbération, phasing et autres divers effets). Ainsi cette distorsion emmenée dès la première opération de traitement du signal ne peut aller qu'en empirant et sera amplifiées par les traitements suivants. (Effet de loupe).

Il est capital de se souvenir que l'on doit, autant que possible, éviter toute "intervention" sur le signal, de la plus simple à la plus complexe.

Dans "l'idéal", une fois le signal repiqué sur la machine, une fois celui-ci montée (sélection des différents plans et mise en ordre), aucun traitement autre ne devrait être nécessaire (je me gausse...). Dans tout autre cas, ils contribueront à la dégradation du signal. Il est vrai qu'il ne faut pas rêver et que c'est là, la vision utopique d'un puriste, "le respect absolu de la modulation".

En sus, dans celui d'un signal original considérablement trop faible nécessitant un gonflement excessif, (fort gain à ajouter, de 13 à 24 bits par exemple), cette amplification se traduira par une importante augmentation de la distorsion du signal suite à un effet de loupe et donc augmentation de la distorsion et du souffle perceptibles, arrondi ou pas arrondi.

En raison de tout cela, il est capital de respecter certaines règles lors d'un montage sonore.

Toutes les opérations de calculs qui se traduiront par les pires maltraitements et donc, arrondis, ont tout intérêt à être effectuées et appliquées au dernier moment. Juste avant de mastériser.

Par exemple : Sont aussi à proscrire ou à retarder autant que faire se peut les calculs du genre phasing, flanging et tous les effets "zicos". Les compressions, expansions, fades in et out, modifications progressives du volume, réverbération, écho, et bien entendu, normalisation de type RMS.

Modification de temps
Ne parlons pas des méfaits de toute intervention sur la durée ou sur la hauteur ! D'où l'intérêt du sur-échantillonnage. De convertir la fréquence d'origine en son double ou son quadruple. Ainsi, passer de 44,100 à 88,200 ou 176.4 Khz.

Dans le cas d'une fréquence d'échantillonnage d'origine de 48 Khz, ce sera 96 ou 192 Khz. Plus cette fréquence sera élevée et plus sera réduite l'approximation par arrondi. Sound Forge © par exemple est conçu pour répondre à ces diverses exigences.

Dans le cas d'une numérisation par carte son (entrée analogique). Il y a tout intérêt à ce que la carte soit de qualité et conçue et optimisée pour la ou les fréquences de travail envisagées. Certaines cartes son, par exemple, n'ont leur filtre anti-repliment prévu que pour une seule des fréquences proposées, d'ou l'intérêt de connaître cette fréquence et de n'utiliser que celle-ci aux risques de dégradation irréversibles.

Toujours dans le cas de conversion, un choix parli les pires est d'enregistrer en 44,1 et de convertir cette fréquence en 48 Khz ou un de ses multiples. Nous ne sommes plus dans un rapport simple de 2 mais dans celui d'un raport de 1,08843537 et des brouitlles.

Même dans le meilleur des cas (rapport de 2, 3 ou 4) la dégradation apportée au signal ne sera pas négligeable.

Exemple : Rapport de 2
Sera obligatoirement créé et calculé un échantillon intermédiaire. Ainsi, dans le cas ou 2 échantillons consécutifs d'origine ne seraient séparés en amplitude que d'un point, obligatoirement, l'échantillon rajouté devra être arrondi !

Attention aux cartes son et logiciels usant d'algorithmes simplistes...

Demandez vous toujours quelle sera la finalité de votre enregistrement. CD ? Donc, 44,100. Vous alors tout intérêt à travailler à cette fréquence ou à un de ses multiples.

Cependant, dilemme :
Finalisation en 44,100 et votre DAT optimisé pour le 48 Khz ! Qu'est-ce qui sera le plus destructeur du signal, la conversion en fréquence ou, par exemple, l'utilisation d'une mauvaise fréquence de filtre anti-repliment ? Pour ceux qui auraient effectué des tests en aveugle, votre réponse C'est ici..

Enfin, même si la conversion de 16 à 24 bits d'un enregistrement n'est absolument pas transparente, il est primordial, si l'on dispose du matériel adéquat, de convertir avant tout traitement, de 16 à 24 bits, voir, en 32 bits, ainsi que de sur-échantillonner dans un rapport de 2, 3 ou 4 le signal à traiter, ne serait-ce que pour réduire à leur plus simple expression, toutes les dégradations que l'on va lui faire subir durant les divers traitements.

Vous pouvez bien entendu appliquer tout ce qui a été dit ci dessus à la l'image numérique, animée ou non.

Vous désirez poser une question ? laisser un commentaire ? faire une suggestion ? C'est ici.

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