DSP

Le traitement numérique du signal (DSP) a parcouru un long chemin depuis ses débuts dans les années 1980 en tant que technologie de manipulation de la réverbération pour les studios. De plus en plus de fabricants audiophiles – Cambridge Audio, Cabasse, Devialet, Dutch & Dutch, KEF, Naim, Klipsch, Totem, PSB, McIntosh, pour n’en citer que quelques-uns – ont adopté la technologie DSP dans leurs produits, permettant aux consommateurs d'améliorer l'acoustique de leur salle d'écoute et d’optimiser leurs équipements. Selon certains, ce n'est que le début.

Traitement numérique des signaux en audio

Le DSP peut s'appliquer à l'audio pendant la production en studio et lors de la lecture à domicile. Les puces DSP, disponibles dans le commerce, sont des microprocesseurs spécialisés optimisés pour l’audio numérique, capables d'effectuer diverses manipulations du signal. 

Voici une liste partielle des capacités du DSP :

• Fonctionner comme un filtre ou un égaliseur pour modifier la réponse en fréquence de différentes manières.
• Servir de filtre actif avec des filtres numériques pour synchroniser les haut-parleurs d'une enceinte. 
• Égaliser la sortie audio selon les caractéristiques acoustiques de la pièce pour corriger les problèmes de son.
• Modifier la synchronisation des fréquences pour améliorer l’image sonore, la profondeur et la largeur de la scène. 
• Proposer une correction non seulement pour la pièce, mais aussi pour la position de l’auditeur.
• Rendre les sons à faible volume plus audibles à l’aide d’une courbe Fletcher-Munson personnalisée.
• Réaliser l’annulation adaptative du bruit, notamment dans les casques.

Si l’usage du DSP est bien implanté dans les studios, son utilisation dans la reproduction à domicile se démocratise. Par exemple, le logiciel de gestion musicale Roon a intégré une fonction DSP appelée Muse, accessible via une application sur ordinateur ou smartphone. Muse permet de gérer la marge audio pour éviter l’écrêtage, de convertir les taux d’échantillonnage (par exemple, l’upsampling) et d’offrir un égaliseur paramétrique qui permet de personnaliser le son en fonction de la pièce d’écoute ou des pistes. Les utilisateurs avancés peuvent aussi explorer des fonctions plus complexes d’égalisation et de configuration de pièce.

Observations de l'industrie

Pour mieux comprendre ce que le DSP peut accomplir et ce que l'avenir pourrait lui réserver, j'ai discuté avec plusieurs fabricants qui l'intègrent déjà dans leurs produits ou qui aspirent à le faire un jour. J'ai également tenté de trouver quelques sceptiques pour m'expliquer pourquoi le DSP serait une mauvaise idée, mais en vain. Le DSP a-t-il un avenir dans le haut de gamme, ou restera-t-il principalement une niche réservée aux marchés pro-audio ou grand public à bas prix ? Explorons la question.

Un héritage audio

Bill Dudleston, de Legacy Audio, conçoit des enceintes depuis le début des années 1980. Il fut l'un des premiers à adopter les processeurs DSP pour haut-parleurs, et sa société, basée dans l'Illinois, propose deux produits destinés au grand public : le Wavelaunch et le Wavelet. Ces appareils, qui peuvent être utilisés avec d'autres enceintes que celles de Legacy Audio, sont des filtres actifs numériques capables de fonctionner comme des égaliseurs paramétriques. Ils permettent d'éliminer ce que Bill appelle un « tsunami de basses » sous les 500 Hz, provoqué par les réflexions sur les murs, le sol et le plafond des pièces.

L’étalonnage avec un Wavelaunch ou un Wavelet se fait à l’aide d’un microphone placé à environ 1,20 mètre directement devant une enceinte, tandis qu’un générateur de son balaie les fréquences de 10 Hz à 20 kHz. Le microphone capte le son direct et réfléchi, qui est ensuite transformé en un ensemble de données et envoyé dans le cloud. Des calculs mathématiques y sont effectués pour produire les algorithmes utilisés par le processeur afin de corriger la réponse acoustique de la pièce, en commençant par résoudre les problèmes dans le domaine temporel, puis en ajustant les fréquences. Bill explique que le résultat final est une meilleure image stéréo, une plus grande profondeur de la scène sonore et des détails auparavant inaudibles à cause de l'excès de basses fréquences. Les algorithmes DSP permettent une reproduction précise des ondes sonores atteignant non seulement la position d’écoute, mais aussi l’ensemble de la pièce.

Bill compare le potentiel d'amélioration offert par le DSP aux images visuelles que nous voyons à la télévision. Il demande : « Qui voudrait revenir à l'époque de la télévision à tube cathodique, qui était à la pointe du progrès dans les années 1980 ? Les téléviseurs d'aujourd'hui sont tellement performants qu'ils rivalisent avec les meilleurs écrans de cinéma actuels. Et la vidéo contient bien plus de données que l'audio. »

« Les problèmes de l'audio sont différents de ceux de la vidéo, mais il existe des solutions », poursuit-il. « L'alignement temporel est un domaine avec lequel les fabricants de haut-parleurs luttent depuis des années. Pourtant, grâce au DSP, il est plus facile et plus efficace que de simplement reculer le tweeter par rapport au plan avant du baffle de l'enceinte. Il suffit de laisser le tweeter devant, mais de retarder son timing pour l'aligner avec le woofer. Comment faire plus facilement et mieux qu'avec le DSP ? »

Bill a fourni quelques images avant et après (capture d’écran 2) pour illustrer comment ses processeurs contribuent à éliminer les résonances indésirables.

Il explique : « Le tracé des ondelettes montre le nettoyage des réflexions par trajets multiples en dessous de 500 Hz, qui altèrent la qualité de la reproduction [image du bas]. Les images comparent les fréquences entendues dans une pièce non corrigée à celles d’une pièce corrigée par DSP. Ici, nous voyons que la pièce corrigée présente beaucoup moins d’énergie dans les basses fréquences que la pièce non corrigée. Ce son non corrigé a pour effet de masquer une grande partie des détails présents dans le signal audio, en donnant un son plus gonflé par des basses fréquences qui n’étaient pas dans l’enregistrement original, ni dues à la conception du haut-parleur. »

La capture d'écran 2 montre la gamme de fréquences (de 20 Hz à 20 kHz) sur l'axe horizontal. L'axe vertical est une échelle de temps en millisecondes (zéro en haut). Les couleurs représentent l'intensité du champ sonore, le rouge le plus profond étant le plus fort. Remarquez la grande langue de couleur sur le premier graphique (non corrigé), qui indique une onde forte et retardée de son réfléchi dans la gamme de fréquences d'environ 90 à 200 Hz. Ce son est clairement audible même pour une personne malentendante. Le son corrigé ne présente pas cet excès de résonance que l'on observe dans le son non corrigé. C'est la puissance de la correction acoustique par DSP.

Où Bill voit-il le DSP se diriger dans le domaine de l'audio ? Principalement dans les enceintes bibliothèque. Tout comme le DSP est devenu omniprésent dans les moniteurs de studio, Bill pense que les enceintes bibliothèque grand public, équipées d'amplificateurs internes et de filtres DSP, deviendront la norme. Les filtres passifs cesseront d'exister. Cela rendra finalement le matériel audio à prix abordable bien plus attrayant pour les audiophiles avertis.

L'approche de Danville

La société Danville Signal, basée dans le Minnesota, propose des solutions DSP qui peuvent être mises en œuvre par des fabricants de haut-parleurs ou des particuliers. L'un de ses produits est un préamplificateur/crossover DSP à 8 canaux appelé dspNexus 2/8, qui, comme son nom l'indique, peut convertir 2 canaux stéréo en 8 canaux. Il utilise des modules internes évolutifs et peut être employé avec des haut-parleurs individuels ou des subwoofers externes. Danville a déjà intégré ses conceptions DSP dans des moniteurs de studio. Pour installer le dspNexus 2/8, il faut déconnecter le filtre interne de l'enceinte et utiliser des amplificateurs individuels pour alimenter chaque haut-parleur. Cela peut être fait assez facilement dans certaines enceintes, telles que les Magnepan MG 1.7i, comme l'a démontré Danville lors de l'AXPONA de cette année.

Pour illustrer l'efficacité de son approche DSP, Danville a utilisé un commutateur passif-actif sur les crossovers des Magnepans. Chaque enceinte Maggie étant équipée de trois haut-parleurs planaires, un amplificateur a été utilisé pour le mode passif en pleine gamme, tandis que trois amplificateurs par canal ont été utilisés pour le mode DSP. Les amplis étaient identiques partout. Selon Al Clark, propriétaire et PDG de Danville, aucun étalonnage de la pièce n'a été effectué, mais les enceintes ont été égalisées pour offrir une réponse plate. Un bruit rose a été utilisé pour ajuster les fréquences, et quelques pièges à basses ainsi que des absorbeurs ont été placés dans la pièce. Ensuite, avec le commutateur passif-actif, Al a réalisé des tests A/B — avec et sans DSP — en diffusant des extraits identiques de musique orchestrale à partir de Qobuz.

Ce qui s'est passé, c'est qu'avec le filtre en mode passif, les Maggies ont atteint leur excursion maximale, atteignant le fond sur les passages orchestraux les plus forts et provoquant un brouillage du son en raison de la fuite des basses fréquences dans les panneaux de médium. Mais la même enceinte avec DSP n'a pas eu ce problème. Les basses étaient plus fortes, mais cela n'affectait pas les médiums. Pas un seul visiteur parmi nous n'a dit que le son passif était meilleur. Même le magazine The Absolute Sound a été impressionné, décernant à la salle Danville Signal un « Best of Show ».

Les produits DSP de Danville sont également utilisés dans les étages phono pour mettre en œuvre la courbe RIAA. Ils fonctionnent avec des cellules MC de haut niveau pour obtenir un rapport signal/bruit supérieur à 125 dB. Il s'avère également que le DSP est particulièrement efficace pour éliminer les pops et clics gênants des enregistrements vinyles sans altérer le reste du signal audio.

Les clients de Danville sont généralement des fabricants de haut-parleurs. Al précise qu'il faut commencer par un bon haut-parleur. Le DSP n'est pas une solution miracle qui résout tous les problèmes. La programmation du dspNexus s'effectue à l'aide d'un logiciel appelé Audio Weaver. Fabriqué par DSP Concepts, il est conçu pour permettre à un non-programmeur d'utiliser le DSP. Danville propose sur son site web des vidéos montrant comment l'utiliser.

En ce qui concerne la place du DSP dans notre hobby, Al affirme que le DSP fait lever quelques « sourcils de Spock » sceptiques dans l'industrie, mais il est convaincu que dans un avenir assez proche, cette technologie sera universellement acceptée comme un moyen de fournir un nouveau niveau de qualité audio, sans les inconvénients ou effets secondaires pouvant survenir dans le domaine analogique. En d'autres termes, Al pense que le DSP a un avenir prometteur dans le domaine de l'audio. L'acceptation du DSP dans les moniteurs est déjà largement répandue dans l'audio professionnel. Quant à l'audio grand public, Al estime que « ce n'est qu'une question de temps ».

Partie 2.