RFrftools.io
Audio

Profondeur de bits ADC vers plage dynamique

Calcule le SNR théorique et la plage dynamique d'un ADC audio à partir de sa profondeur de bits et de l'amélioration par sur-échantillonnage.

Loading calculator...

Formule

SNR = 6.02N + 1.76 dB, G_OS = 10·log₁₀(OSR)

N— Bit depth (bits)
OSR— Oversampling ratio (×)

Comment ça marche

Un convertisseur analogique-numérique (ADC) à N bits idéal possède un SNR maximal théorique déterminé uniquement par le bruit de quantification : SNR = 6,02N + 1,76 dB. Cette formule est due au fait que chaque bit supplémentaire réduit de moitié l'erreur de quantification et ajoute environ 6,02 dB de SNR. Le décalage de 1,76 dB tient compte de la distribution statistique de l'erreur de quantification supposée être uniformément distribuée. Pour un ADC 16 bits, le SNR théorique est d'environ 98 dB ; pour un CAN 24 bits, il est d'environ 146 dB. Le suréchantillonnage, c'est-à-dire l'échantillonnage à un multiple (OSR) de la fréquence de Nyquist, répartit le bruit de quantification sur une bande passante plus large, ce qui permet à un filtre numérique passe-bas d'éliminer le bruit au-dessus de la bande audio. L'amélioration du SNR due au suréchantillonnage est de 10 ·log( OSR) dB, soit environ 3 dB par doublement de la fréquence d'échantillonnage. Les ADC Sigma-Delta combinent un suréchantillonnage extrême (64 à 512 ×) avec une mise en forme du bruit pour pousser le bruit de quantification vers des fréquences plus élevées, atteignant une résolution de 24 bits aux fréquences audio à partir de convertisseurs internes de 1 bit ou quelques bits.

Exemple Résolu

ADC 16 bits, 1 fois suréchantillonnage (standard 44,1 kHz) : SNR_idéal = 6,02 × 16 + 1,76 = 96,32 + 1,76 = 98,1 dB Plage dynamique = 98,1 dB Gain de suréchantillonnage = 10 · log (1) = 0 dB ADC 16 bits avec suréchantillonnage 4 fois (176,4 kHz) : Gain de suréchantillonnage = 10 · log (4) = 6,0 dB SNR total = 98,1 + 6,0 = 104,1 dB, soit environ 17 bits ADC 24 bits, 1 fois suréchantillonnage : SNR_idéal = 6,02 × 24 + 1,76 = 144,48 + 1,76 = 146,2 dB (Théorique uniquement : les ADC 24 bits réels atteignent 110 à 130 dB en raison du bruit thermique et des imperfections du circuit) ADC 24 bits avec suréchantillonnage 64 fois : Gain de suréchantillonnage = 10 · log (64) = 18,1 dB Total = 146,2 + 18,1 = 164,3 dB (limite théorique de 24 bits + 64 × OS)

Conseils Pratiques

  • ✓Pour l'enregistrement à 24 bits/96 kHz, l'avantage de la plage dynamique effective par rapport à 16 bits ne provient pas de l'amélioration théorique de 48 dB (qui dépasse le bruit de fond de n'importe quelle chaîne analogique) mais de la marge de manœuvre qu'elle fournit lors du gain : enregistrez 10 à 20 dB en dessous de 0 dBFS pour éviter les clips numériques sans risquer de manquer de plage dynamique.
  • ✓L'ADC ENOB (nombre effectif de bits) est le résumé numérique le plus utile : ENOB = (SNR_Measured − 1,76)/6,02. Une interface audio annonçant « 24 bits » avec un SNR mesuré = 118 dB a ENOB = (118 − 1,76)/6,02 ≈ 19,3 bits, ce qui est excellent mais pas 24.
  • ✓Lorsque vous comparez des interfaces audio, comparez les spécifications SNR pondérées A (souvent 3 à 6 dB meilleures que celles non pondérées) avec la même terminaison d'entrée. Le SNR non pondéré est le chiffre le plus prudent et le plus comparable.

Erreurs Fréquentes

  • ✗S'attendre à ce que le SNR ADC réel soit égal à la théorie : un ADC nominalement 24 bits atteint rarement un SNR de 146 dB dans la pratique. Le bruit thermique, la gigue d'horloge, le bruit de référence et le bruit d'alimentation limitent la plupart des ADC audio 24 bits à 110 à 130 dB (18 à 22 ENOB). Consultez toujours la fiche technique pour connaître le SNR/ENOB mesuré.
  • ✗Confondre suréchantillonnage et mise en forme du bruit : un suréchantillonnage simple permet de gagner 3 dB par octave d'OSR. La mise en forme du bruit (utilisée dans les convertisseurs delta-sigma) offre une amélioration bien plus importante en supprimant activement le bruit dans la bande audio au prix d'un bruit plus élevé aux fréquences supersoniques.
  • ✗En utilisant la profondeur de bits comme seule métrique de qualité, la gigue (incertitude temporelle sur l'horloge d'échantillonnage) est convertie en bruit de phase et dégrade le SNR aux hautes fréquences. En pratique, un ADC 24 bits avec une faible gigue d'horloge peut être moins performant qu'un ADC 20 bits bien synchronisé.

Foire Aux Questions

Uniquement si le matériel ADC résout réellement 32 bits, ce qui n'est pas réalisable aujourd'hui avec un circuit analogique en raison des limites de bruit thermique (bruit de Johnson). L'enregistrement « 32 bits flottants » est un format de traitement numérique qui fournit une résolution de 24 bits avec 8 bits d'exposant pour un contrôle automatique du gain, empêchant ainsi l'écrêtage numérique. Il n'ajoute pas de plage dynamique analogique au-delà du SNR mesuré par l'ADC.
La fréquence d'échantillonnage affecte la bande passante (limite de Nyquist) et la marge de suréchantillonnage, et non directement le SNR fondamental dans la bande audio. Des fréquences d'échantillonnage plus élevées permettent d'améliorer l'efficacité du suréchantillonnage et de la mise en forme du bruit, tout en réduisant le repliement dû à la conversion analogique-numérique au-dessus de 20 kHz. Pour une profondeur de bits ADC donnée, l'amélioration du SNR intra-bande résultant du doublement de la fréquence d'échantillonnage est d'environ 3 dB.
Un SNR pondéré A de 100 dB est le minimum pour un enregistrement de qualité professionnelle. Plus de 110 dB, c'est excellent (Focusrite Scarlett, gamme Universal Audio Apollo). Plus de 120 dB, c'est exceptionnel (Prism, Merging Technologies, RME). Pour un enregistrement domestique typique avec des niveaux de bruit ambiant de 30 à 40 dBA, un SNR de 100 dB signifie que le bruit d'interface est inférieur de 60 à 70 dB au bruit de la pièce, ce qui est pratiquement inaudible.

Related Calculators

Audio

Audio SNR

Calculate audio signal-to-noise ratio, dynamic range, and equivalent noise bits from signal and noise floor levels.

Audio

Amp Clipping

Calculate amplifier clipping voltage, power, and dBV level from supply voltage and load impedance.

Audio

Audio Amplifier

Calculate audio amplifier output power, efficiency, THD class estimate, SNR, and input sensitivity for Class A, AB, and D amplifiers.

Audio

Speaker Crossover

Calculate passive 2-way speaker crossover component values for 1st order (6dB/oct) and 2nd order Butterworth (12dB/oct) networks.

Audio

Room Modes

Calculate room axial resonant frequencies and Schroeder frequency for acoustic treatment and speaker placement.

Audio

Speaker SPL

Calculate speaker SPL at any power and distance from the rated sensitivity (dB/W/m) specification.