[tuto] Convolution avec foobar

C'est ici que vous pouvez parler des solutions de dématérialisation des sources Hifi ou Home-Cinéma.

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vvolant
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[tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » lundi 9 décembre 2013 22:17

Intro

il est reconnu qu'à partir d'un certain niveau dans une installation hifi, la pièce d'écoute joue un rôle aussi important que les autres maillons de la chaine. En effet de part sa géométrie et les matériaux qui la composent, les ondes se réfléchissent de façon à former en certains endroits des pics ou des creux à certaines fréquences, ce qui déforme le signal sonore. A cela s'ajoute que les ondes réfléchies arrivent en retard par rapport au premier front, ce qui créer une sorte d'écho perturbateur.
Il convient donc de traiter ce problème:
1- en traitant la pièce (correction passive) à l'aide de bass traps, matériaux amortissants, ou diffusants etc... judicieusement placés et ayant une surface suffisante. Cette méthode à l'avantage de ne pas toucher au signal. Par contre elle coute cher, est difficile à mettre en oeuvre sans connaissances adaptées, et ne parlons pas de l'aspect esthétique souvent rédhibitoire dans un environnement domestique.
2- la correction active consiste à déformer le signal d'entrée (avant l'amplification) de façon à compenser les effets de la pièce sur le signal sorti des HPs. Cette correction se fait très souvent sur un signal numérique. Une des méthodes de traitement est la convolution, une opération mathématique assez abstraite qui consiste à mesure la réponse du système (pièce comprise) à une impulsion sonore, et à multiplier l'inverse de cette réponse au signal d'entrée (la musique). L'avantage de cette méthode est de traiter à la fois les problèmes de fréquence et les problèmes temporels.

Je vais ici décrire comment je m'y suis pris pour effectuer cette convolution dans le logiciel de lecture foobar. J'espère que ça vous facilitera le travail en vous permettant de vous concentrer, non pas à la recherche d'outils, mais aux réglages qu'ils permettent.

1- La mesure
Comme dit précédemment nous avons besoin de mesurer la réponse impulsionnelle du système.

Matériel:
- 1 PC muni d'une carte son de bonne facture ayant une entrée ligne
- 1 micro (j'utilise le behringer ECM8000), placé à la position d'écoute
- 1 préampli micro ou alim fantome
- du câble pour brancher le micro à son préampli. Préférer du câble symétrique si les distances sont longues
- du câble pour brancher le préampli à l'entrée ligne de la carte son
- la carte son doit sortir sur votre (pre)ampli

Logiciel:
plusieurs logiciels peuvent faire l'affaire. Je conseillerais toutefois d'utiliser le même logiciel qui servira par la suite à générer les filtres de convolution. J'en ai essayé deux: align2 et DRCdesigner. Les deux utilisent en arrière plan le même logiciel DRC, mais en facilitent l'accès.

on trouve align2 ici:
http://www.ohl.to/about-audio/audio-softwares/align2
il faut également télécharger octave pour générer les graphes permettant de visualiser les caractéristiques du système:
http://sourceforge.net/projects/octave/ ... 0binaries/
Pour align2 et Octave, ils doivent être installés dans un répertoire sans espaces (éviter donc Program Files)

On trouve DRCdesigner ici:
http://www.alanjordan.org/DRCDesigner/D ... rHelp.html
DRCdesigner ne permet pas de visualiser les résultats sous forme de graphes.

Préalable:
la convolution n'est efficace qu'au point d'écoute (on peut aussi faire des moyennes à plusieurs points) et il faut que les enceintes D et G soient à même distance de ce point d'écoute.

Mesure avec align2
- Dans la barre de menu, choisir la fréquence d'échantillonnage avec laquelle on va travailler: 44,1kHz ou 48 kHz. Perso j'ai choisi 48KHz au final car avec 44kHz le résultat était tout pourri.
- Dans le menu setup, indiquer le chemin de octave et cliquer aussi sur Create sweep files pour générer les fichier .wav qui serviront à la mesure
- Dans le menu measure, choisir un nom de répertoire puis cliquer sur les boutons RecordL puis RecordR, ce qui jouera les sine sweep G puis D et enregistrera le signal pris par le micro dans le répertoire choisi.
il faut faire des réglages de volumes en sortie et entrée (via le préampli micro) pour que le signal retourné par le micro soit suffisant mais ne clippe pas. S'il y a clipping c'est indiqué dans la fenêtre align qui s'ouvre lors de la mesure (perso je monitore ça via le mixeur de ma carte son)
- utiliser ensuite le menu create graphs -> 2 channels pour générer les graphes:
---choisir AES-EBU dans graph limits,
---choisir un nom de répertoire où seront stockés les résultats,
---choisir la courbe de réponse du micro si on en dispose (pour l'ECM8000 il y en a une déjà fournie dans C:\align2\files\mic
---dans choose IR 1 et choose IR 2, choisir les fichiers .wav issus de la mesure du step précédent: C:\align2\measurements\<répertoire choisi>\<repertoire choisi>-ir-L<num de mesure>.wav et C:\align2\measurements\<répertoire choisi>\<repertoire choisi>-ir-R<num de mesure>.wav
=> la génération est assez longue, plusieurs minutes
- on peut ensuite visualiser les graphes dans le menu view graphs, pour se faire une idée de la réponse de son système.

Mesure avec DRCdesigner
Suivre l'aide en ligne qui est bien faite: http://www.alanjordan.org/DRCDesigner/D ... rHelp.html


A suivre.... avec la génération des filtres de convolution, l'utilisation dans foobar et enfin la mesure du résultat.
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par Fred de Nantes » mardi 10 décembre 2013 12:37

Bravo
On attend la suite !

:bravo:

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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par bible » mardi 10 décembre 2013 13:29

Excellente initiative.
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » mardi 10 décembre 2013 23:25

2- la génération des filtres de convolution
c'est l'opération cruciale, celle qui va permettre de générer un fichier de correction du signal en fonction de la mesure effectuée en étape 1

Avec align2
Tout d'abord il convient de générer sa courbe cible pour la correction en fréquence.
Certaines courbes types sont disponibles dans le répertoire:
D:\align2\files\target\48.0KHz (ou 44kHz si vous avez fait la mesure en 44kHz - en réalité 48KHz ou 44kHz ne change rien pour définir la courbe cible). Vous pouvez créer votre propre fichier cible sous forme d'un fichier texte.
Cette fameuse courbe cible est constituée de points de coordonnées. L'abscisse est la fréquence en Hz, l'ordonnée est le gain en db, ou l'atténuation si on met des valeurs négative, par rapport au 0db. Il faut ensuite imaginer des droites joignant les points.
Pour ma part j'ai voulu respecter le caractère de mes enceintes et ne pas vouloir atteindre une courbe idéale. Le but était de corriger la pièce, pas les enceintes. Je me suis donc servi des graphes générés précédemment en étape 1 pour "tracer" une courbe sans accidents mais qui suit la pente qui semble naturelle pour mes enceintes.
Il faut faire attention ici à ne pas demander un "rattraper" une valeur cible dans des régions ou l'enceinte ne peut pas physiquement aller, par exemple dans les trop basses fréquences, ou s'il y a un creux à la fréquence de coupure pour les multi voies, sous peine d'écrouler l'ampli et peut être d'abimer les HPs.

Ensuite pour générer les fichiers de correction:
- Aller dans le menu EQ->DRC
- Dans la case DRC type, choisir une force de correction allant de faible à très forte: pour celà choisir un fichier .drc dans le répertoire C:\align2\files\drc\48.0KHz (ou 44kHz si vous avez fait la mesure en 44kHz)\
- Dans la case Target curve, choisir la courbe cible définie précédemment
- Dans la case mic response, choisir le fichier de correction du micro utilisé pour la mesure (voir étape 1)
- Dans la case main IR left, choisir le fichier de réponse impulsionnelle pour la voie gauche, le même que celui choisi pour générer les graphes à l'étape 1
- Dans la case main IR rights, choisir le fichier de réponse impulsionnelle pour la voie droite, le même que celui choisi pour générer les graphes à l'étape 1
- choisir dans la droite de la fenêtre les "advanced parameters": ils sont obligatoires sinon align2 génère une erreur sans vraiment dire ce qui ne va pas:
---HF window, j'ai laissé 1 (je ne sais pas à quoi ça sert)
---MF exponent, j'ai laissé 1 (je ne sais pas à quoi ça sert)
---LF window, j'ai laissé 150 (je ne sais pas à quoi ça sert)
---Correction, j'ai mis 100%
---Fmin, c'est la fréquence minimal à partir de laquelle débute la correction. J'ai mis 10 car j'ai défini la pente qui correspond à mes enceintes dans la courbe cible. Sinon attention à ne pas mettre une valeur trop basse.
---Fmax, c'est la fréquence maximale jusqu'où s'applique la correction. J'ai mis 20000
---psychoaccoustic target: on définit ici si la correction va s'effectuer à phase minimale ou phase linéaire, j'en dirai un mot plus bas.
---create new directory: si on veut stocker les filtres dans un répertoire différent
- appuyer ensuite sur le bouton Process DRC et le tour est joué

Align2 va générer 4 fichiers, deux pour la voie D, deux pour la voie G. Pour chaque voie il génère un fichier avec phase mini (contient les lettres SDMC), un fichier avec phase linéaire (contient les lettres SDLC). D'où je me demande l'utilité de choisir dans les advanced parameters vu qu'il fait les deux. Les fichiers sont des .wav qui se trouvent dans C:\align2\measurements\<nom du répertoire choisi>\convolution

Phase mini ou linéaire?
Pour être honnête cela dépasse ma compréhension fine. Pour faire un résumé de ce que j'ai compris:
- les filtres à phase linéaire vont appliquer le même retard (du au processing) sur toutes les fréquences traitées, préservant ainsi la cohérence de phase du signal.
- les filtres à phase mini ne possèdent pas cette caractéristique, ils introduisent un léger déphasage.
- Par contre l'inconvénient des filtres à phase linéaire est qu'ils vont générer une impulsion symétrique, c'est à dire que l'écho de l'impulsion principale va se retrouver après celle-ci (ce qui est naturel) mais aussi avant celle-ci. On appelle ça un pré-echo et ce n'est pas naturel du tout (imaginez entendre l'echo de votre voix dans les montagnes avant d'avoir crié). Les filtres à phase minimale mettent tout l'écho après l'impulsion principale.
Il y a des algos pour corriger le pré-echo que l'on peut régler dans DRCdesigner mais pas dans align2.

Avec DRCdesigner
Encore une fois l'aide en ligne est bien faite.
- La definition de la courbe cible se fait dans l'onglet target designer, elle est graphique, ce qui est plus rapide à faire mais moins précis je trouve que le fichier texte
- La génération des filtres se fait dans deux onglets:
--- generate standard filters: on sélectionne le taux d'échantillonnage (mieux vaut prendre le même que la mesure). Note: avec DRCdesigner on peut monter à 96kHz. On sélectionne par boite à cocher les forces de correction des filtres que l'on souhaite générer (on peut générer plusieurs filtres en une seule opération), on sélectionne le fichier de calibration du micro et on clique sur le bouton "generate selected filters". Cela à pour effet de générer les filtres stéréo (un seul fichier stéréo et non un par voie comme align) correspondant aux boites cochées.
Note: on ne choisit pas les fichiers de mesures car DRCdesigner prend automatiquement les dernières mesures. Les fichiers de sortie sont au format .wav, ils sont situés dans c:\DRCDesigner\Convolver\Filters et leur nom contient la force de correction appliquée.
---generate custom filters: pour moi le gros intérêt de DRCdesigner est là! on peut sélectionner des paramètres de correction différents selon la plage de fréquence (basses, medium ou hautes), ce qui permet de mettre des corrections plus fortes là où il y a plus de problèmes. on sélectionne ici aussi le taux d'échantillonnage, puis un template par un radio button en bas de la fenêtre qui permet de charger les paramètres définis pour les forces de correction par défaut. On peut ensuite modifier ces paramètres pour avoir un filtre perso. Les paramètres modifiables sont la force de correction pour les fréquences basses, médium, hautes, un chiffre de contrôle du pré-echo pour les régions basses et médium (ce qui me fait dire que les filtres sont à phase linéaire), et un gain max en db qui sera appliqué lors de la correction (pour limiter les gains calculés automatiquement afin de ne pas abîmer les appareils).
Appuyer sur le bouton "generate custom filters" et le tour est joué.

Prochaine étape: utiliser les filtres dans foobar.
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » jeudi 12 décembre 2013 23:20

3- Utilisation des filtres dans foobar
C'est la partie la plus facile.
Installez foobar2000 si ce n'est déjà fait: http://www.foobar2000.org/download

Foobar va avoir besoin d'un plugin de convolution, foo_convolver. J'utilise personnellement une version modifiée qui permet de ne pas avoir de blanc losque l'on active/desactive le plugin en live.
Ce plugin s'appelle foo_dsp_convolver, on le trouve là: http://www.hydrogenaudio.org/forums/ind ... opic=85106

Vous allez avoir également besoin d'un plugin de resampling. Il y en a un fourni de base mais un autre est meilleur, il s'agit de SoX. Là aussi j'utilise une version modifiée qui permet de ne pas resampler des fréquences spécifiées. On le trouve là: http://www.hydrogenaudio.org/forums/ind ... opic=67373

Les plugins sont des fichiers .dll qu'il faut copier là: C:\foobar2000\components

Pour les utiliser, lancer foobar, aller dans le menu File -> Preferences, puis cliquez sur Playback->DSP manager. Vous avez une liste de DSP tout à droite, vous y trouverez les 2 mentionnés ci-dessus. Il faut les faire passer dans la liste de gauche qui contient les plugins actifs, en mettant SoX au dessus, pour qu'il soit appliqué avant le convolver.
En effet vous avez généré avec align2 ou DRCDesigner un filtre de convolution à une certaine fréquence d'échantillonnage. Il faut jouer les morceaux dans foobar à cette même fréquence, d'où le resampler.

Sélectionnez SoX dans la colonne des plugins actifs et cliquez sur Configure Selected: celà va permettre de sélectionner dans quelle fréquence d'échantillonnage vont être convertis les morceaux joués. Il y a également un réglage possible de phase du filtre (cf phase mini ou linéaire) dont pour le moment je ne me suis pas occupé.

Une fois SoX configuré, faites de même avec convolver et choisir comme filtre soit le fichier .wav généré avec DRCDesigner, soit un fichier .wav stéréo fabriqué à partir des deux fichiers D et G générés avec align2
Pour ce faire, dans align2, allez dans le menu convert et avec les boutons "choose left .wav" et "choose Right .wav", sélectionnez les deux filtres monos que vous voulez rassembler en un fichier stéréo, puis cliquez à droite sur le bouton "Merge to stereo". Le fichier obtenu sera placé dans le même répertoire que les deux .wav mono et son nom sera une concaténation des deux.

Une fois convolver configuré, il suffit de lancer un morceau et d'écouter.
pendant la lecture on peut faire basculer le plugin convolver de la colonne des DSP actifs à la colonne des DSP disponibles, afin d'activer /désactiver la convolution à la volée et de pouvoir comparer immédiatement le changement à l'oreille.

A ce stade vous pouvez déjà bien vous amuser.
Pour ma part le changement à l'écoute est tellement flagrant que j'ai trouvé ça déroutant. On n'est pas dans une modification de l'ordre de l'optimisation finale plus ou moins perceptible mais bien dans quelque chose d'assez radical. J'ai éprouvé le besoin de mesurer le résultat pour vérifier ce que donnaient mes réglages. C'est l'objet du prochain message...
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par Rey51 » vendredi 13 décembre 2013 18:30

Ayant un peu de temps cet après midi, je décide de m'attaquer à la convulution.
Première erreur : J'ai allumé le pré-phono avant l'ordi. Résultat les galettes ont défilé et la convolution n'a pas progressé. :ange:
A suivre.
De toutes façons avec un tel tuto je suis obligé d'essayer. :ok:
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » samedi 14 décembre 2013 20:34

tu es tombé dans le piège Reynald :lol:

Bon je finis le tuto pour débutants comme moi.

4- Mesure du système filtré
J'ai pas mal galéré pour cette étape, cherché sur internet des solution, rien trouvé. Jusqu'à ce que je trouve une astuce toute bête.
foobar permet de convertir des fichiers d'un format dans un autre, par exemple des wav en mp3....
Lors de l'étape de conversion, j'ai découverts qu'il permet d'appliquer les mêmes filtres DRC que lors de la lecture.
Il suffit donc de convertir les fichiers sine sweep .wav de align2 en d'autres .wav filtrés, puis de refaire une mesure exactement comme en étape 1 en remplaçant les fichiers lus par align2 par les nouveaux que l'on vient de créer.
Dans foobar, ouvrir les fichiers sine sweep de align2, puis dans la liste de lecture, faire un clic droit sur le fichier droit, choisir l'option convert. Une fenêtre s'ouvre, cliquer sur "Processing" sur la droite de la fenêtre, une autre fenêtre s'ouvre, il faut choisir les filtres Sox et Convolver. Il faut les re-configurer comme vous l'avez fait en étape 3. Clicker sur back, puis sur le bouton convert. Foobar demande où vous voulez enregistrer le fichier résultat. Choisissez un endroit que vous retrouverez ;-) puis cliquez sur enregistrer.
Faire la même chose avec le fichier gauche.
Ensuite remplacez (sauvez les avant) les fichiers sine sweep D et G de align2 (pour rappel ils sont dans C:\align2\files) par ceux que vous venez d'enregistrer et refaite une mesure de votre système corrigé avec la même procédure que l'étape 1. Vous entendrez un sine sweep tout bizarre à certaines fréquences mais c'est normal il est modifié par la convolution.
Refaites les graphes avec align2+octave pour vérifier le résultat.

5- Pour aller plus loin
DRCdesigner et align2 ne sont que des interfaces simplifiées permettant en background de faire générer les filtres par le logiciel DRC. Ce dernier possède énormément de paramètres sur lesquels il est possible de jouer, encore faut-il se plonger dedans, ce que je n'ai pas encore fait.
Lorsque l'on choisit la force de correction dans align2, celà fait appel à un fichier de paramétrage de DRC qui se trouve là: C:\align2\files\drc\<fréquence>\<force>.drc
Ca a beau être un .drc, il s'agit en réalité d'un fichier texte sur lequel on peut jouer à mon avis pour faire joujou avec des paramètres de DRC qui ne sont pas visibles dans l'interface graphique.
On retrouve ces mêmes fichiers avec DRCdesigner.

Voilà, je vous invite maintenant à mener vos essais et à donner vos retours sur l'effet produit, les meilleurs réglages, ou d'autes astuces que je n'ai pas mentionnées.
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par Rey51 » samedi 14 décembre 2013 20:47

Merci pour toutes ces explications. Avec ces tutos pour moi ce n'est déjà pas simple, alors sans aide je pense que je n'aurais même pas essayé.
J'ai hate d'entendre un son sortir de cette usine à gaz. :mrgreen:
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » samedi 14 décembre 2013 22:39

quand on l'a fait une fois ça ne parait plus si compliqué.
Et tu verras tu ne seras pas déçu.
Par contre interpréter les graphes, jouer sur les paramètres, et au final ajuster tout ça pour corriger mais pas trop, ça c'est pas facile.
Il faut certainement y passer du temps.

Si on ne vaut pas faire cet effort et qu'on a 10000euros à dépenser, il vaut probablement mieux se tourner vers une solution type trinnov...
A noter que ce type d'appareil reprend les mêmes principes de filtrage, mais c'est mis en oeuvre par des professionnels qui ont la maitrise de ce qu'ils font. En contre partie ils doivent produire un appareil industrialisable et qui marche dans à peu près toutes les pièces, donc forcément des compromis.
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par Eric62 » dimanche 15 décembre 2013 09:59

Le Trinnov ST2 Pro est à 3510€ et le micro 3D à 595€ chez Digital Audio Service. :wink:
Nous savons tous les deux que le monde sommeille par manque d'imprudence - Brel (Jojo)
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » dimanche 15 décembre 2013 19:01

oui en effet 10000 c'est le haut de leur gamme (amethyst)
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par Eric62 » dimanche 15 décembre 2013 19:22

Qui regroupe alors aussi une partie préamp 11 sources et Phono ainsi que le micro 3D. :wink:
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » dimanche 15 décembre 2013 19:23

et même un dac
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par bible » lundi 16 décembre 2013 10:02

C'est le seul appareil Trinov que j'ai écouté au salon cet Améthyst. Belle bête entouré de blocs Nemo et 800D !
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Re: [tuto] Convolution avec foobar

Message par vvolant » mardi 17 décembre 2013 22:16

le monsieur qui a développé DRC a mis une doc qui explique les calculs que fait le logiciel, ainsi que les paramètres modifiables:
http://drc-fir.sourceforge.net/doc/drc.html
Ces paramètres sont ajustables dans les fichiers de configuration utilisés par align2 ou DRCdesigner
il donne une sorte de méthode à l'oreille pour optimiser les filtres, en augmentant graduellement certains paramètres, en en diminuant d'autres, jusqu'à obtenir ou au contraire faire disparaitre des artefacts.
Après quelques essais, les différents réglages produisent effectivement des différences très audibles, le problème pour moi étant de définir la limite de l'artefact.
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