Mesures du système audio
electricalEdit analogique
Réponse en fréquence (FR) Cette mesure vous indique sur quelle plage de fréquences le niveau de sortie d’un composant audio restera raisonnablement constant (soit dans une plage de décibels spécifiée, soit pas plus d’un certain nombre de dB par rapport à l’amplitude à 1 kHz). Certains composants audio tels que les commandes de tonalité sont conçus pour ajuster le volume du contenu du signal à des fréquences particulières, par ex., une commande de basse permet l’atténuation ou l’accentuation du contenu du signal basse fréquence, auquel cas la spécification peut spécifier que la réponse en fréquence est prise avec des commandes de tonalité « plates » ou désactivées. Les préamplificateurs peuvent également contenir des égaliseurs, des filtres par example pour lire des LPs nécessitant une correction de réponse en fréquence RIAA, auquel cas la spécification peut décrire à quel point la réponse correspond à la norme. Par comparaison, la gamme de fréquences est un terme parfois utilisé pour désigner les haut-parleurs et autres transducteurs pour indiquer les fréquences utilisables, sans spécifier normalement une plage de décibels. La bande passante de puissance est également liée à la réponse en fréquence – indiquant la plage de fréquences utilisables à haute puissance (puisque les mesures de réponse en fréquence sont normalement prises à des niveaux de signal bas, où les limitations de vitesse de balayage ou la saturation du transformateur ne poseraient pas de problème. Une composante ayant une réponse en fréquence » plate » ne modifiera pas la pondération (i.e., intensité) du contenu du signal sur la plage de fréquences spécifiée. La plage de fréquences souvent spécifiée pour les composants audio est comprise entre 20 Hz et 20 kHz, ce qui reflète largement la plage auditive humaine (la fréquence audible la plus élevée pour la plupart des gens est inférieure à 20 kHz, 16 kHz étant plus typique). Les composantes avec des réponses en fréquence » plates » sont souvent décrites comme étant linéaires. La plupart des composants audio sont conçus pour être linéaires sur toute leur plage de fonctionnement. Les amplificateurs à semi-conducteurs et les lecteurs de CD bien conçus peuvent avoir une réponse en fréquence qui ne varie que de 0.2 dB entre 20 Hz et 20 kHz. Les haut-parleurs ont tendance à avoir des réponses en fréquence nettement moins plates que cela. Le matériel musical à distorsion harmonique totale (THD) contient des tonalités distinctes, et certains types de distorsion impliquent des tonalités parasites à deux ou trois fois les fréquences de ces tonalités. Une telle distorsion harmoniquement liée est appelée distorsion harmonique. Pour la haute fidélité, cela devrait généralement être < 1% pour les appareils électroniques; les éléments mécaniques tels que les haut-parleurs ont généralement des niveaux plus élevés inévitables. Une faible distorsion est relativement facile à obtenir en électronique avec l’utilisation de la rétroaction négative, mais l’utilisation de niveaux élevés de rétroaction de cette manière a fait l’objet de nombreuses controverses parmi les audiophiles. Essentiellement, tous les haut-parleurs produisent plus de distorsion que l’électronique, et une distorsion de 1 à 5% n’est pas rare à des niveaux d’écoute modérément forts. Les oreilles humaines sont moins sensibles à la distorsion dans les basses fréquences, et les niveaux devraient généralement être inférieurs à 10% en lecture forte. La distorsion qui ne crée que des harmoniques d’ordre pair pour une entrée d’onde sinusoïdale est parfois considérée comme moins gênante que la distorsion d’ordre impair. Puissance de sortie La puissance de sortie des amplificateurs est idéalement mesurée et indiquée comme la puissance de sortie Quadratique Moyenne maximale (RMS) par canal, à un niveau de distorsion spécifié à une charge particulière, ce qui, par convention et réglementation gouvernementale, est considéré comme la mesure la plus significative de la puissance disponible sur les signaux musicaux, bien que la musique réelle sans coupure ait un rapport crête / moyenne élevé, et généralement une moyenne bien inférieure au maximum possible. La mesure communément donnée du PMPO (peak music power out) n’a en grande partie aucun sens et est souvent utilisée dans la littérature marketing; à la fin des années 1960, il y a eu beaucoup de controverse sur ce point et le gouvernement américain (ALE) a exigé que les chiffres RMS soient cités pour tous les équipements haute fidélité. La puissance de la musique a fait son retour ces dernières années. Voir aussi Alimentation audio. Les spécifications de puissance exigent que l’impédance de charge soit spécifiée et, dans certains cas, deux chiffres seront donnés (par exemple, la puissance de sortie d’un amplificateur de puissance pour haut-parleurs sera généralement mesurée à 4 et 8 ohms). Pour fournir une puissance maximale à la charge, l’impédance du conducteur doit être le conjugué complexe de l’impédance de la charge. Dans le cas d’une charge purement résistive, la résistance du conducteur doit être égale à la résistance de la charge pour atteindre la puissance de sortie maximale. Ceci est appelé adaptation d’impédance. Distorsion d’intermodulation (IMD) La distorsion qui n’est pas harmoniquement liée au signal amplifié est une distorsion d’intermodulation. Il s’agit d’une mesure du niveau de signaux parasites résultant d’une combinaison non désirée de signaux d’entrée de fréquence différents. Cet effet résulte de non-linéarités dans le système. Des niveaux de rétroaction négative suffisamment élevés peuvent réduire cet effet dans un amplificateur. Beaucoup pensent qu’il est préférable de concevoir l’électronique de manière à minimiser les niveaux de rétroaction, bien que cela soit difficile à réaliser tout en répondant à d’autres exigences de haute précision. L’intermodulation dans les haut-parleurs est, comme pour la distorsion harmonique, presque toujours plus importante que dans la plupart des appareils électroniques. L’IMD augmente avec l’excursion du cône. La réduction de la bande passante d’un pilote réduit directement l’IMD. Ceci est réalisé en divisant la gamme de fréquences souhaitée en bandes distinctes et en utilisant des pilotes distincts pour chaque bande de fréquences, et en les alimentant à travers un réseau de filtres croisés. Les filtres de croisement à forte pente sont les plus efficaces pour réduire les IMD, mais peuvent être trop coûteux à mettre en œuvre en utilisant des composants à courant élevé et peuvent introduire une distorsion de sonnerie. La distorsion de l’intermodulation dans les haut-parleurs multi-pilotes peut être considérablement réduite avec l’utilisation d’un filtre actif, bien qu’elle augmente considérablement le coût et la complexité du système. Bruit Le niveau de bruit indésirable généré par le système lui-même ou par des interférences provenant de sources externes ajoutées au signal. Le bourdonnement se réfère généralement au bruit uniquement aux fréquences de la ligne électrique (par opposition au bruit blanc à large bande), qui est introduit par induction de signaux de ligne électrique dans les entrées des étages de gain. Ou à partir d’alimentations mal régulées. Diaphonie L’introduction de bruit (provenant d’un autre canal de signal) causé par des courants de masse, une inductance parasite ou une capacité entre des composants ou des lignes. La diaphonie réduit, parfois sensiblement, la séparation entre les canaux (p. ex., dans un système stéréo). Une mesure de diaphonie donne un chiffre en dB par rapport à un niveau nominal de signal dans le chemin recevant des interférences. La diaphonie n’est normalement qu’un problème dans un équipement qui traite plusieurs canaux audio dans le même châssis. Rapport de réjection en mode commun (CMRR) Dans les systèmes audio équilibrés, il y a des signaux égaux et opposés (mode différence) dans les entrées, et toute interférence imposée aux deux fils sera soustraite, annulant cette interférence (c’est-à-dire le mode commun). La CMRR est une mesure de la capacité d’un système à ignorer de telles interférences et surtout à bourdonner à son entrée. Il n’est généralement significatif qu’avec de longues lignes sur une entrée, ou lorsque certains types de problèmes de boucle de masse existent. Les entrées asymétriques n’ont pas de résistance de mode commun; le bruit induit sur leurs entrées apparaît directement sous forme de bruit ou de bourdonnement. Plage dynamique et rapport Signal sur bruit (SNR) La différence entre le niveau maximum qu’un composant peut supporter et le niveau de bruit qu’il produit. Le bruit d’entrée n’est pas pris en compte dans cette mesure. Il est mesuré en dB. La plage dynamique fait référence au rapport entre le volume maximal et le volume minimal d’une source de signal donnée (par exemple, de la musique ou du matériel de programme), et cette mesure quantifie également la plage dynamique maximale qu’un système audio peut transporter. Il s’agit du rapport (généralement exprimé en dB) entre le plancher de bruit de l’appareil sans signal et le signal maximum (généralement une onde sinusoïdale) pouvant être émis à un niveau de distorsion (faible) spécifié. Depuis le début des années 1990, plusieurs autorités, dont l’Audio Engineering Society, ont recommandé que des mesures de la plage dynamique soient effectuées avec un signal audio présent. Cela évite des mesures douteuses basées sur l’utilisation de supports vierges ou de circuits d’inhibition. Le rapport signal sur bruit (SNR), cependant, est le rapport entre le plancher de bruit et un niveau de référence arbitraire ou un niveau d’alignement. Dans les équipements d’enregistrement « professionnels », ce niveau de référence est généralement de +4 dBu (CEI 60268-17), mais parfois de 0 dBu (niveau d’alignement standard UK et Europe–EBU). « Niveau de test », « niveau de mesure » et « niveau d’alignement » signifient des choses différentes, ce qui conduit souvent à la confusion. Dans les équipements « grand public », aucune norme n’existe, bien que -10 dBV et -6 dBu soient courants. Différents supports présentent de manière caractéristique des quantités différentes de bruit et d’espace libre. Bien que les valeurs varient considérablement d’une unité à l’autre, une cassette analogique typique peut donner 60 dB, un CD presque 100 dB. La plupart des amplificateurs de qualité modernes ont une plage dynamique > 110 dB, qui se rapproche de celle de l’oreille humaine, généralement d’environ 130 dB. Voir Niveaux du programme. Distorsion de phase, retard de groupe et retard de phase Une composante audio parfaite maintiendra la cohérence de phase d’un signal sur toute la gamme de fréquences. La distorsion de phase peut être extrêmement difficile à réduire ou à éliminer. L’oreille humaine est largement insensible à la distorsion de phase, bien qu’elle soit extrêmement sensible aux relations de phase relatives dans les sons entendus. La nature complexe de notre sensibilité aux erreurs de phase, associée à l’absence d’un test pratique offrant une note de qualité facile à comprendre, est la raison pour laquelle il ne fait pas partie des spécifications audio conventionnelles. Les systèmes de haut-parleurs à haut-parleurs multiples peuvent présenter des distorsions de phase complexes, causées ou corrigées par des croisements, le placement du haut-parleur et le comportement de phase du haut-parleur spécifique. Réponse transitoire Un système peut avoir une faible distorsion pour un signal en régime permanent, mais pas lors de transitoires soudaines. Dans les amplificateurs, ce problème peut être attribué à des alimentations dans certains cas, à des performances à haute fréquence insuffisantes ou à une rétroaction négative excessive. Les mesures associées sont la vitesse de rotation et le temps de montée. La distorsion dans la réponse transitoire peut être difficile à mesurer. Il a été constaté que de nombreuses conceptions d’amplificateurs de puissance autrement bonnes avaient des taux de balayage inadéquats, selon les normes modernes. Dans les haut-parleurs, les performances de réponse transitoire sont affectées par la masse et les résonances des haut-parleurs et des enceintes et par le retard de groupe et le retard de phase introduits par un filtrage croisé ou un alignement temporel inadéquat des haut-parleurs. La plupart des haut-parleurs génèrent des quantités importantes de distorsion transitoire, bien que certaines conceptions soient moins sujettes à cela (par exemple, haut-parleurs électrostatiques, tweeters à arc plasma, tweeters à ruban et enceintes à klaxon avec plusieurs points d’entrée). Facteur d’amortissement Un nombre plus élevé est généralement considéré comme meilleur. Il s’agit d’une mesure de la mesure dans laquelle un amplificateur de puissance contrôle le mouvement indésirable d’un haut-parleur. Un amplificateur doit être capable de supprimer les résonances causées par un mouvement mécanique (par exemple, l’inertie) d’un cône de haut-parleur, en particulier un haut-parleur basse fréquence de masse plus importante. Pour les haut-parleurs classiques, il s’agit essentiellement de s’assurer que l’impédance de sortie de l’amplificateur est proche de zéro et que les fils des haut-parleurs sont suffisamment courts et de diamètre suffisamment important. Le facteur d’amortissement est le rapport de l’impédance de sortie d’un amplificateur et des câbles de connexion à la résistance CC d’une bobine mobile, ce qui signifie que des fils de haut-parleur longs et à haute résistance réduiront le facteur d’amortissement. Un facteur d’amortissement de 20 ou plus est considéré comme adéquat pour les systèmes de sonorisation en direct, car le SPL du mouvement du conducteur lié à l’inertie est inférieur de 26 dB au niveau du signal et ne sera pas entendu. Une rétroaction négative dans un amplificateur diminue son impédance de sortie effective et augmente ainsi son facteur d’amortissement.
MechanicalEdit
Wow et flutter Ces mesures sont liées au mouvement physique d’un composant, en grande partie le mécanisme d’entraînement des supports analogiques, tels que les disques vinyles et les bandes magnétiques. « Wow » est une variation de vitesse lente (quelques Hz), causée par une dérive à plus long terme de la vitesse du moteur d’entraînement, tandis que « flutter » est une variation de vitesse plus rapide (quelques dizaines de Hz), généralement causée par des défauts mécaniques tels que l’arrondi du cabestan d’un mécanisme de transport de bande. La mesure est donnée en % et un nombre inférieur est préférable. Gronder La mesure du bruit de basse fréquence (plusieurs dizaines de Hz) apporté par la platine d’un système de lecture analogique. Elle est causée par des roulements imparfaits, des enroulements de moteur inégaux, des vibrations dans les bandes d’entraînement de certaines platines, des vibrations ambiantes (par exemple, du trafic) qui sont transmises par le montage de la platine et donc à la cartouche phono. Un nombre inférieur est préférable.
DigitalEdit
Notez que les systèmes numériques ne souffrent pas d’un grand nombre de ces effets au niveau du signal, bien que les mêmes processus se produisent dans les circuits puisque les données traitées sont symboliques. Tant que le symbole survit au transfert entre les composants et peut être parfaitement régénéré (par exemple, par des techniques de mise en forme d’impulsions), les données elles-mêmes sont parfaitement maintenues. Les données sont généralement mises en mémoire tampon dans une mémoire et sont cadencées par un oscillateur à cristal très précis. Les données ne dégénèrent généralement pas lorsqu’elles traversent de nombreuses étapes, car chaque étape régénère de nouveaux symboles pour la transmission.
Les systèmes numériques ont leurs propres problèmes. La numérisation ajoute du bruit, qui est mesurable et dépend de la profondeur de bits audio du système, indépendamment des autres problèmes de qualité. Les erreurs de synchronisation dans les horloges d’échantillonnage (gigue) entraînent une distorsion non linéaire (modulation FM) du signal. Une mesure de qualité pour un système numérique (Taux d’erreur binaire) concerne la probabilité d’une erreur d’émission ou de réception. D’autres métriques sur la qualité du système sont définies par la fréquence d’échantillonnage et la profondeur de bits. En général, les systèmes numériques sont beaucoup moins sujets aux erreurs que les systèmes analogiques; Cependant, presque tous les systèmes numériques ont des entrées et / ou des sorties analogiques, et certainement tous ceux qui interagissent avec le monde analogique le font. Ces composants analogiques du système numérique peuvent subir des effets analogiques et potentiellement compromettre l’intégrité d’un système numérique bien conçu.
Gigue Mesure de la variation de la période (gigue périodique) et de la synchronisation absolue (gigue aléatoire) entre la synchronisation de l’horloge mesurée et une horloge idéale. Moins de gigue est généralement préférable pour les systèmes d’échantillonnage. Fréquence d’échantillonnage Une spécification de la vitesse à laquelle des mesures sont effectuées du signal analogique. Ceci est mesuré en échantillons par seconde, ou hertz. Un taux d’échantillonnage plus élevé permet une plus grande bande passante totale ou une réponse en fréquence en bande passante et permet d’utiliser des filtres anticrénelage / anti-imagerie moins raides dans la bande d’arrêt, ce qui peut à son tour améliorer la linéarité de phase globale dans la bande passante. Profondeur de bits Dans l’audio à modulation par code d’impulsion, la profondeur de bits est le nombre de bits d’informations dans chaque échantillon. La quantification, un processus utilisé dans l’échantillonnage audio numérique, crée une erreur dans le signal reconstruit. Le rapport Signal sur bruit de quantification est un multiple de la profondeur de bits. Les CD audio utilisent une profondeur de bits de 16 bits, tandis que les disques DVD-vidéo et Blu-ray peuvent utiliser l’audio 24 bits. La plage dynamique maximale d’un système 16 bits est d’environ 96 dB, tandis que pour 24 bits, elle est d’environ 144 dB. Le tramage peut être utilisé dans le mastering audio pour randomiser l’erreur de quantification, et certains systèmes de tramage utilisent la mise en forme du bruit à la forme spectrale du plancher de bruit de quantification. L’utilisation de trames en forme peut augmenter la plage dynamique effective de l’audio 16 bits à environ 120 dB. Pour calculer la plage dynamique théorique maximale d’un système numérique (rapport Signal/bruit de quantification (SQNR)), utilisez l’algorithme suivant pour la profondeur de bits Q: S Q N R = 20 log 10 ≈ (2 Q) ≈ 6,02 ≈ Q d B {\displaystyle\mathrm {SQNR} = 20\log_{10} (2^{Q}) \environ 6,02\cdot Q\\mathrm {dB}\,\!}
Exemple : Un système 16 bits a 216 possibilités différentes, de 0 à 65 535. Le plus petit signal sans tramage est 1, donc le nombre de niveaux différents est un de moins, 216- 1. Ainsi, pour un système numérique 16 bits, la plage dynamique est de 20 · log (216 − 1) ≈ 96 dB. La précision/ synchronisation de l’échantillon n’est pas autant une spécification qu’une capacité. Étant donné que les appareils audio numériques indépendants sont chacun gérés par leur propre oscillateur à cristal et qu’il n’y a pas deux cristaux exactement identiques, la fréquence d’échantillonnage sera légèrement différente. Cela entraînera la dérive des appareils au fil du temps. Les effets de cela peuvent varier. Si un appareil numérique est utilisé pour surveiller un autre appareil numérique, cela entraînera des abandons ou une distorsion de l’audio, car un appareil produira plus ou moins de données que l’autre par unité de temps. Si deux appareils indépendants enregistrent en même temps, l’un retardera de plus en plus l’autre au fil du temps. Cet effet peut être contourné avec une synchronisation d’horloge de mot. Il peut également être corrigé dans le domaine numérique à l’aide d’un algorithme de correction de dérive. Un tel algorithme compare les taux relatifs de deux dispositifs ou plus et supprime ou ajoute des échantillons des flux de tous les dispositifs qui dérivent trop loin du dispositif maître. La fréquence d’échantillonnage variera également légèrement au fil du temps, à mesure que les cristaux changent de température, etc. Voir aussi Linéarité de récupération d’horloge La non-linéarité différentielle et la non-linéarité intégrale sont deux mesures de la précision d’un convertisseur analogique-numérique. Fondamentalement, ils mesurent la proximité des niveaux de seuil pour chaque bit avec les niveaux théoriques également espacés.