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Banc de test numérique intégré

(ATS-1 d'Audio Précision)

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rhodeschwarz

Analyseur Audio Rhode et Schwarz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sonometre

Sonometre B&K

1950-1975

Crédit photo:Aconit

les necessaires mesures en audio

 

LES PONDERATIONS

 

Confrontés au problème de la mesure de la sonie, les acousticiens ont défini les pondérations en fréquence à appliquer aux mesures de la pression acoustique brute :

 

La pondération A

(A weighting)

Elle correspond à la sensibilité de l'oreille à des sons purs de faible niveau de pression acoustique, autour de 40 dB SPL. Son usage est obligatoire pour certaines mesures légales du bruit tenant simplement compte de la plus grande fragilité de l’oreille aux aigus, pour mesurer la nocivité d’un son. De nombreuses lois et règlements dans le monde entier exigent des évaluations du niveau de pression acoustique pondéré suivant la courbe A. La pertinence des résultats obtenus avec ces pondérations a fait l'objet de nombreuses études. L'usage généralisé de la pondération A, même dans le cas de l'exposition à des niveaux sonores importants, par exemple pour la musique ou les bruits industriels, a cependant rencontré des objections.

 

La pondération B

Elle correspond à la sensibilité de l'oreille à des sons purs dont le niveau de pression acoustique se situe vers 60 dB SPL. Elle a peu d'utilisation actuellement, mais elle est une composante de celle qui sert à l'analyse de la sonie des programmes de télévision.

 

La pondération C

Elle correspond à la sensibilité de l'oreille à des sons purs de niveau de pression acoustique plus élevé, supérieurs à 80 dB SPL, utilisée pour les niveaux de crête ou pour quantifier la gêne.

 

La pondération D

est spécifique à la mesure d'émission sonore des réacteurs d'avion.

 

On appelle pondération Z ou « linéaire » la réponse non pondérée, de 10 Hz à 20 kHz.

 

Les pondérations peuvent être définies soit comme des fonctions mathématiques dites "de transfert" définissant des filtres électroniques, soit comme des tableaux de valeurs par octave ou tiers d'octave. Ces pondérations font l'objet d'une norme de la Commission Electrotechnique Internationale, basée sur la préconisation initiale de l'American Society of Acoustics de 1936. Les normes incluent les durées d'intégration de la mesure dans le temps : rapide sur 0,125 s, lent sur 1 s, et la possibilité d'enregistrer le niveau maximal d'impulsions brèves. La mesure sonométrique est simple en champ libre avec un sonomètre qui permet de sélectionner la pondération désirée. Dans les nombreux autres cas où il faut évaluer la sonie subsistent de nombreux problèmes de méthode.

 

courbes de pondération

Courbes des différentes pondérations

 

 

Une fois défini ce que l'oreille peut faire ou pas face à un ensemble de paramètres reproductibles et maîtrisés, il importe maintenant d'effectuer des mesures objectives sur le matériel considéré, quelle que soit la catégorie à laquelle il appartient (quelle que soit sa place dans la chaîne, en fait).

 

 

 

labo-perso

 

 

 

 

 

MESURES SUR LES AMPLIFICATEURS

 

En termes simples, les essais en laboratoire ont deux fonctions principales:

La première consiste à vous avertir, vous, le consommateur, sur toutes propositions fausses ou trompeuses que les fabricants pourraient faire sur les performances de leurs produits.

La seconde consiste à ajouter un point de vue objectif aux observations subjectives de l'évaluateur sur le son d'un produit et, le plus important, créer des critères vérifiables permettant de comparer des produits similaires. L'objectif est de fournir les informations techniques audio les plus pertinentes et de présenter les données de manière cohérente dans le temps pour permettre une comparaison aisée, même sur une large gamme de tailles, de modèles et de prix au long de plusieurs années.

 

Voià dans l'absolu ce qui devrait être fait au minimum et de manière systématique dans les laboratoires de mesures amenés à tester du matériel Haute-Fidelité:

 

On procède d'abord à la connexion du récepteur A/V, processeur de surround ou amplificateur à mesurer, autrement désigné comme dispositif sous test (DsT) au secteur à travers un circuit dédié. Le DsT est raccordé par un autotransformateur variable secteur, ce qui permet d'ajuster la tension d'entrée à une valeur stable de référence. Cela donne une tension cohérente et connue pour tous les appareils testés. Des résistances de puissance à faible inductance (appairées et sélectionnées à la main) sont raccordées à chaque sortie haut-parleur en tant que charges pour les amplificateurs. Un analyseur audio type Audio Precision, Brüel&Kjaer, Rhode&Schwarz (ou équivalent) est connecté aux entrées CD analogique et aux hauts parleurs, un lecteur de DVD est connecté à une entrée numérique optique Toslink. Un affichage vidéo est également relié via une sortie HDMI ou vidéo composite, au besoin, pour naviguer dans les menus à l'écran. L'appareil en test est réglé sur les paramètres nominaux au travers du menu système, avec les égalisations, corrections de salle, niveaux, correcteurs de tonalité à zéro ou désactivés. Les entrées et mode de décodage doivent aussi être établis et réglés de manière neutre. Quand tous les réglages sont établis, le moniteur vidéo est débranché pour éviter l'influence possible de ce dernier pendant le test.

Le mode d'écoute choisi est celui qui bypasse autant que possible tout traitement et le volume est ajusté pour obtenir en sortie 2,83V RMS avec une charge de 8 ohms (correspondant à 1 Watt) en sortie, l'entrée étant fixée à 100mV et 1000Hz à partir d'un générateur à très faible distorsion (0,0025% pour l'ATS1, 0,1% en 1975 pour le B&K), cela va sans dire.

 

Rapport signal sur bruit réponse en fréquence, distorsion et diaphonie:

(Noise ratio, Crosstalk)

Après une période préalable de mise en chauffe, l'analyseur mesure le rapport signal sur bruit. Celui-ci indique le niveau auquel le bruit de fond apparaîtra sous le signal utile. Un ampli silencieux a moins tendance a générer des bruits tels que souffle ou ronflement qui peuvent affecter la qualité du signal, particulièrement à bas niveau. Le nombre retenu est représenté sous forme négative, par exemple -90 ou -110dB. A titre de comparaison, le rapport signal sur bruit d'un CD 16 bits standard est de l'ordre de 96dB alors qu'un enregistrement en 24 bits est théoriquement capable d'atteindre 114 dB, bien que ce chiffre soit rarement atteint. Les tests sont réalisés avec différentes configurations de liaison à la terre, jusqu'à trouver la meilleure, qui sera conservée pour la suite des tests.

 

La mesure de réponse en fréquence doit être établie, en mode "bypass" de 10 Hz à 50kHz (sans corrections, ni traitements), puis à nouveau, cette fois en mode "processeur" (équipements Home-theatre), finalement une derniére fois si le mode multi-canal est disponible. La réponse en fréquence indique de quelle façon se comporte un appareil et de quelle manière il reproduit le signal en entrée sans ajouter ou retirer des informations, sans amplifier ou atténuer des fréquences qui pourraient conduire à une coloration du son en sortie. Alors que typiquement, la réponse en fréquence d'un système de haut-parleurs présente des bosses et des creux dans le spectre, celle d'un amplificateur se doit d'être absolument plate dans la zone des 20Hz à 20kHz.

Si aucun humain n'est capable d'entendre les 50kHz, pourquoi faire une mesure aussi étendue? Parce qu'au-delà de ce que les fabricants prétendent et le fait que les formats audio soient capables d'encoder des signaux de fréquence aussi élevée, il nous appartient de savoir véritablement comment l'appareil se conduit quand il est poussé dans ses retranchements et s'il n'existe pas d'effet pervers qui pourrait mener à un comportement non conforme dans la gamme audible.

 

 

BPamp

Ci-dessus, évolution THD en fonction de la puissance d'un ampli

 

 

Après la réponse en fréquence, mesure de la distorsion harmonique totale (DHT) plus bruit (Total Harmonic Distortion). En quelques mots, cela permet de définir la distorsion harmonique relative non désirable et l'ensemble du bruit que l'appareil en test ajoute au signal utile.

Alors que la plupart des équipements modernes produisent un résultat mesurable en un dixième de pour-cent ou moins, certains appareils exotiques, pourtant hautement respectés pour leurs qualités audio, ont parfois fourni des résultats surprenants, connus pour être supérieurs à 1%. Il faut cependant prendre en compte les méthodes de mesure utilisées, qui influent sur le résultat et le chiffre final: toutes les formes de distorsion n'ont pas les mêmes conséquences, ou ne sont pas nécessairement audibles. Aussi faut-il utiliser le standard adopté par l'industrie en injectant un signal à 1kHz qui produit 2,83V en sortie sur une charge de 8 ohms. (Mesures à 1 W suivi ou non des mêmes mesures à puissance max, voir ci-dessous).

 

Toujours en mode by-pass, mesure de la diaphonie : cette fois le signal n'est injecté que sur un canal à la fois et on regarde ce qui apparaît sur le canal non sollicité, puis on procède à l'inverse avec l'autre canal. Il est évident que l'apparition du signal de gauche à droite, ou le contraire, doit être minimale. Une mesure de -35dB est acceptable sur une cellule de lecture phono, pas sur un ampli où l'on doit se situer en dessous de -60dB pour que le test commence à être concluant. Pour un appareil home cinema, une mesure de réponse en fréquence avec Dolby Digital par canal s'impose également.

 

Puissance: Une mesure de l'amplitude de sortie en regard de la DHT (distorsion Harmonique Totale) doit complèter les tests. Deux taux sont prédéfinis, à savoir 0,1% et 1% et la mesure se fait avec les deux canaux chargés, sur 8 ohms puis sur 4 ohms. Dans le cas particulier des multi-amplificateurs, les test sont faits avec 5 ou 7 canaux sur 8 ohms, toujours avec un signal identique sur les entrées, en phase, de 1kHz. Dans le cas d'électronique tout-en-un, la mesure est faite sur 8 puis 4 ohms avec 0,2%THD et 1%THD. Le fait est que souvent ces appareils ont une THD supérieure à 0,1%, quel que soit le niveau et il est rare de faire des mesures sur des appareils multicanaux, ces derniers disposant rarement d'entrées analogiques ou numériques non compressées permettant un accès à plus de deux canaux.

Peut-être vous demandez-vous pourquoi utiliser deux taux différents de distorsion? La majorité des constructeurs utilisent une contre-réaction (CR ou feedback) négative dans leurs circuits. Cette CR a pour effet de lisser la réponse en fréquence et réduire la distorsion, parmi d'autres choses qui pourraient finalement affecter la sonorité générale de l'appareil. C'est pourquoi les fabricants aiment mesurer la puissance maximum au niveau de distorsion le plus bas, car c'est là et sur le papier, que leur fabrication parait la plus impressionnante. A l'inverse, ceux qui utilisent peu ou pas de CR négative préfèrent la mesure de puissance à 1% ou plus. C'est notamment le cas pour les appareils à tubes. Pour les auto-radios, les Home-theatre intégrés, les "sound systems", la puissance est souvent donnée avec une THD de 10%! Pourtant, dans ces cas, les auditeurs doivent s'attendre à vivre une mauvaise expérience dans leur living-room lors de l'écoute d'un produit qui "prétendait" à un taux faible.

La mesure de la puissance RMS continue avec un nombre précis de canaux en fonctionnement et en phase répond, notamment, à la spécification 1974 de la Federal Trade Commission, ceci afin de ne pas induire en erreur le consommateur. Et ici se dresse un écueil, rencontré déjà depuis des dizaines d'années: la musique ou le son d'un film ne sont pas équivalents, loin s'en faut, à une sinusoïde pure à 1kHz et les sollicitations d'un amplificateur sont loin d'être les mêmes. Donc pourquoi continuer ainsi à torturer ces pauvres composants? Ce type de test est connu comme "test de synthèse", car s'il n'est pas représentatif des conditions réelles, il donne une très bonne approche des capacités globales de cette partie oh combien importante, relativement coûteuse et cependant cachée: la section alimentation de l'appareil. Il n'est pas envisageable que le plaisir de l'auditeur soit gâché à un moment où il regarde son film favori et que l'amplificateur, sollicité sur ses sept canaux, soit incapable de délivrer la puissance demandée, alors qu'il semblait le faire quand seuls, deux étaient en service....Cela d'autant moins s'il s'agit d'un appareil réputé "haut de gamme" (donc "haut en prix"....)

 

La mesure de la vitesse de balayage (Slew rate) représente la vitesse de variation maximale que peut reproduire un amplificateur. Elle est exprimée en Volts par microseconde (V/µs). Elle se mesure à l'aide d'un oscilloscope et d'un générateur de fonctions, car cette fois on injecte un signal carré et on observe sa déformation. On prendra garde à ce que la mesure soit effectuée dans la bande passante audio. Le chiffre résultat doit être aussi bas que possible (2 à 4V/µs est une bonne approche). Cette mesure donne une idée de la réaction aux transitoires (brutales variations de niveaux ou attaques très franches)

 

Le facteur d'amortissement (Damping factor, nombre exprimant un rapport sans unité, le plus élévé possible, quand il est mentionné), désigne en fait " l'indépendance" de l'ampli par rapport à sa charge. Ce qu'il faut garder à l'esprit, c'est qu'un rapport de 20 ou plus est correct. Le reste relève du débat entre "puristes" que les lois de la physique devraient ramener à plus d'humilité...

 

 

LES WATTS

 

Pour l'expression de la puissance, voici un rapide aperçu réaliste de ces notions, le reste étant de l'argumentaire commercial pur, éloigné de la physique élémentaire car

La puissance fournie par un amplificateur dépend de la charge qui lui est appliquée...

 

Rappel de la loi d'Ohm (maintenant apprise dès la classe de troisième):

 

P = U.I = R.I² avec

 

U : tension en Volts;

I : intensité en Ampères ;

R résistance de charge en Ohms, souvent désignée ici par la lettre Z)

 

De ce fait, si un ampli délivre une tension de 10 Volts par exemple, on aura :

Avec une charge de 8 Ohms , P = 10² / 8 = 12.5 W

Avec une charge de 4 Ohms , P = 10² / 4 = 25 W

 

Bien.

 

Les "vrais" Watts ou puissance efficace s'expriment... en watts RMS (root mean square) ou watts efficaces, ou watts sinus.

 

Mais comme de petits malins ont voulu surjouer dans la "littérature technoïque" utilisant sans vergogne des appellations qui restent exotiques, on trouve:

 

La puissance crête, en multipliant la puissance efficace par racine de 2 (env 1,4fois)

 

La puissance crête à crête, en multipliant la puissance efficace par 2 racine de 2 (env. 3 fois)

 

La puissance musicale, (watts musicaux) en multipliant la puissance efficace par deux

 

La puissance DIN, (Watt DIN) (norme Allemande) où 100 W DIN correspondent à 60 W RMS.

 

Très peu utilisée, la "puissance impulsionnelle" peut-être de 2 à 100 fois supérieure à la puissance RMS correspondante.

 

A l'inverse, mais très peu utilisée également, la puissance moyenne s'obtient en multipliant la puissance efficace par 0.9

 

La puissance PMPO (Watt PMPO : peak music power output ) est utilisée pour les enceintes amplifiés de type multimédia (PC ou autres matériels audio de bas de gamme) : il faut diviser cette unité par au moins 30 pour avoir une idée de la puissance efficace...

 

La puissance indiquée par le constructeur de l'ampli est donnée pour un taux de distorsion harmonique précis et aussi faible que possible, il est donc possible d'excèder la puissance annoncée, avec le risque toutefois d'augmenter la distorsion et/ou d'endommager les haut-parleurs.

Pour mémoire, la puissance d'un haut-parleur ne définit que sa puissance maximum admissible.

 

 

 

 

 

MESURES SUR LES HAUTS PARLEURS ET ENCEINTES

 

Evaluer la qualité de haut-parleurs est l'un des aspects les plus difficiles de la mesure audio, sans doute aussi la plus pertinente, puisque les haut-parleurs ont longtemps été généralement reconnus comme le «maillon faible» de la chaîne.

 

La méthode standard pour tester une enceinte nécessite une chambre entièrement anéchoïque, dite "chambre sourde" avec un sol-grille acoustiquement transparent, dans laquelle aucune réflexion n'est possible, le son émis, jamais réfléchi, étant intégralement absorbé. Le microphone de mesure est normalement monté sur une perche profilée (pour éviter les reflexions) et placé à 1 mètre en avant des unités dans l'axe du transducteur de hautes fréquences. Bien que cette manière de procéder produise des résultats reproductibles, comme dans un espace dit «en champ libre» ou ouvert, la mesure n'est pas représentative de la performance dans une pièce, en particulier une petite pièce. De surcroit, pour obtenir des résultats valables à basses fréquences, une très grande chambre anéchoïque est nécessaire, avec de grands coins absorbants de tous côtés. La plupart des chambres anéchoïques ne sont pas conçues pour des mesures précises jusque 20Hz.

 

chambre sourde

 

Mesures en champ semi-ouvert : Une alternative est de mettre simplement le haut-parleur sur le dos pointant vers le ciel ouvert, sur​​l'herbe... Les réflexions au sol seront encore existantes, mais grandement réduites dans le milieu de la bande de fréquence, car la plupart des transducteurs sont directionnels, et ne rayonnent aucune très basses fréquences vers l'arrière. Aux basses fréquences, la réflexion au sol est toujours en phase, de sorte que la réponse mesurée aura augmenté dans cette zone, mais c'est ce qui arrive généralement dans une chambre de toute façon, où la paroi arrière et le sol fournissent tous les deux un effet similaire. Cette méthode permet un bon exemple de représentation à l'utilisation lorsque l'on cherche à obtenir une réponse plate en champ semi-ouvert. Les haut-parleurs corrigés pour donner en «espace libre» (champ ouvert) une réponse plate, seront toujours très généreux en basses, ce qui explique pourquoi les enceintes de monitoring comportent des commutations «demi-espace» et «quart d'espace» (en coin) qui apportent une atténuation en dessous d'environ 400Hz.

 

Les mesures effectuées à 2 ou 3 m dans la position d'écoute réelle entre deux haut-parleurs peuvent être beaucoup plus révélatrices de ce qui se passe réellement dans une salle. Aussi affreuse que puisse être la réponse en fréquence résultante, il s'agit d'une base pour l'expérimentation réelle avec des panneaux ou des résonateurs absorbants. Les deux enceintes doivent être alimentées, car c'est la seule façon de stimuler le mode basse fréquence de la pièce de façon représentative. Placer l'enceinte dans un coin serait préjudiciable. Il faut cependant positionner le microphone précisément à égale distance des deux haut-parleurs pour éviter un effet de filtre en peigne, succession de pics et de creux alternés. On agira en déplaçant le micro d'un côté à l'autre pour une réponse optimale sur des fréquences de 1 kHz, 3 kHz, 10kHz.

 

Bien que les meilleurs haut-parleurs modernes puissent produire une réponse en fréquence plate à +/-1 dB de 40 Hz à 20 kHz dans des conditions anéchoïques, des mesures à 2m dans une vraie salle d'écoute peuvent être considérées comme bonnes si elles se situent à +/- 12dB. Des efforts pour produire quelque chose qui donnerait une réponse plate en dessous de 100 Hz sont susceptibles d'expérimentations sans fin !

C'est là que réside le véritable défi de la qualité audio....

 

 

 

 

 

APPAREILS ELECTROMECANIQUES

 

Continuons dans le monde de la Hi-Fi avec les appareils du TRIAS, donc en voie de disparition (ou pas...), savoir les platines tourne-disques et les magnétophones...

 

 

MESURE DU RUMBLE (ou ronronnement)

 

Cette appellation concerne le bruit de fond généralement à basse voire très basse fréquence généré par le système d'entraînement de la platine tourne-disques, éventuellement une influence de son alimentation (le secteur 220 Volts est à 50 Hz), la transmission des vibrations par le sol, tout signal grave en fréquence qui ne trouve pas son origine dans le sillon du disque.

 

 

Rumble

 

 

MESURE DES FLUCTUATIONS DE VITESSE

 

Wow and flutter, traduit par pleurage (faibles variations) et scintillement (variations rapides). Ce type de défaut apparait particulièrement sur les tourne-disques mais aussi les magnétophones.

 

Wow and flutter

 

 

De petites variations de vitesse, de l'ordre de 0,08% peuvent devenir audibles dans certaines conditions, particulièrement sur des notes de piano, de hautbois dans une pièce semi-réverbérante où l'écho produit se superpose à la note jouée qui vient de varier. Le pleurage pour sa part est clairement perçu comme une variation lente de hauteur, un genre de vibrato...

 

 

 

 

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micro-mesure

Micro de mesure B&K

1950-1975

Crédit photo:Aconit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Generateur

Générateur Basses Fréquences

Modèle 1022 Bruel & Kjaer

1950-1975

Crédit photo:Aconit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

graph-recorder

Enregistreur graphique B&K

1950-1975

Crédit photo:Aconit

 

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