Analyse de la réponse en fréquence et des temps de déclin d'un signal stéréo

Analyse de la réponse en fréquence et des temps de déclin d'un signal stéréo

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Un collage de Kevin Fielding entouré de diverses installations audio qu'il a aidé à mettre au point (photo avec l'aimable autorisation de Kevin Fielding)

Beaucoup d'entre nous utilisent leur salle d'écoute comme un lieu d'évasion du monde et de ses problèmes, afin de décompresser et de recharger nos batteries. En tant qu'audiophile, j'ai découvert que plus la qualité sonore de ma pièce est bonne, plus je peux me connecter émotionnellement à ma musique. Cela ne devrait pas être une surprise, car la dégradation ou la distorsion du son peuvent être des obstacles à l'illusion musicale - si vous pouvez entendre les « raccords » disjoints dans la lecture, il est plus difficile de croire que la musique est réelle ou authentique. L'obtention d'un son de qualité dépend bien sûr du matériel lui-même et de sa synergie, mais l'acoustique de la pièce joue également un rôle important, en raison des réflexions indirectes qui interfèrent avec les réflexions directes.

Je suggère aux audiophiles qui envisagent d'installer des traitements acoustiques dans leur pièce d'utiliser leurs oreilles et de prendre des mesures acoustiques avant de le faire. Les mesures des domaines fréquentiel et temporel effectuées à la position d'écoute peuvent aider à expliquer ce que l'oreille perçoit. La réponse en fréquence est-elle lisse ou irrégulière ? Le temps de décroissance des basses est-il trop long, ce qui rend les médiums boueux ? Même si nos oreilles doivent toujours être l'arbitre final de la qualité du son, les mesures peuvent nous guider vers le son que nous voulons, nos oreilles se chargeant de la mise au point finale.

Dans cet article, j'aborderai les bases de la prise de mesures, des conseils sur les paramètres de mesure et les variables importantes pour l'analyse de la réponse en fréquence et du temps de décroissance.

Les bases de la mesure

Si l'obtention d'un « bon » son est un exercice subjectif, un son « cohérent » est mesurable (entre autres, un rapport signal/bruit élevé, une réponse en fréquence agréable, des temps de décroissance équilibrés, etc.) Mais les mesures peuvent conduire sur la mauvaise voie ; par exemple, il y a souvent plusieurs façons d'obtenir une réponse en fréquence souhaitable, et si l'une d'entre elles utilise une absorption excessive dans la pièce, alors, d'après mon expérience, le son sera bizarre, même si les mesures semblent bonnes sur un écran. L'objectif à atteindre est tout aussi important que la méthode utilisée pour y parvenir. Si l'on procède correctement, les oreilles auront moins de réglages à faire. 

Un audiophile désireux de mesurer sa pièce devra investir dans un microphone omnidirectionnel (il existe de nombreux modèles USB qui se branchent directement sur votre ordinateur) et dans un logiciel de mesure. Dayton Audio vend une grande variété de microphones et son logiciel OmniMic est très facile à apprendre et possède une bonne interface utilisateur. Room EQ Wizard (REW) est un logiciel gratuit doté de nombreuses fonctionnalités, mais dont la courbe d'apprentissage est plus raide. Il existe d'autres logiciels spécialisés dans la combinaison de mesures et de corrections dans le domaine des fréquences et du temps, comme Audiolense, mais ils sont destinés aux utilisateurs expérimentés.

Le microphone doit être positionné comme une approximation de la tête de l'auditeur, à hauteur d'oreille, et pointé horizontalement au point médian entre les enceintes principales ou verticalement vers le plafond, ce qui permet de mesurer davantage les effets de la pièce. Le logiciel choisi doit être doté de ses propres pistes de test afin que le microphone puisse les enregistrer et les afficher dans les graphiques du logiciel pour qu'elles puissent être examinées.

Conseils :

  • Jouez les tonalités de test au même volume que votre musique. 
  • Une mesure de qualité nécessite un environnement calme. Il peut donc être nécessaire de débrancher temporairement le réfrigérateur, de fermer les fenêtres et d'éteindre le système de chauffage, de ventilation et de climatisation. 
  • Mesurez un canal à la fois pour que les problèmes éventuels soient plus faciles à repérer et à traiter.
  • Utiliser un 1/24ème lissage des mesures de la réponse en fréquence pour détecter les problèmes qui sont masqués lorsqu'un lissage moins granulaire est utilisé (par exemple, 1/6ème, 1/3ième).
  • Utiliser un 1/3ième d'octave pour les mesures du temps de décroissance, de sorte que la granularité révèle des problèmes de décroissance qui seraient masqués par un intervalle de 1 octave.
  • Utilisez une fenêtre de mesure du temps de déclin d'au moins 500 ms afin que le microphone ait suffisamment de temps pour prendre en compte les effets de la pièce. Si la fenêtre est plus longue (par exemple 750 ms), la mesure du temps de décroissance sera plus précise, mais au prix d'une lecture moins précise de la fréquence.

Mesures de la réponse en fréquence

Le diagramme de réponse en fréquence standard indique 20 - 20 kHz sur l'axe horizontal et l'intensité sonore en décibels sur l'axe vertical. L'idéal est d'obtenir une ligne horizontale lisse indiquant que toutes les fréquences ont la même intensité sonore, mais c'est rarement le cas, à moins que vous ne mesuriez à l'extérieur, sans murs ! L'ouïe humaine étant moins efficace dans les basses fréquences, il est courant d'augmenter l'intensité sonore au fur et à mesure que la fréquence diminue. Par exemple, 20 ou 30 Hz peuvent sembler plus faibles de plusieurs décibels (par exemple de 3 à 10 dB) que les fréquences moyennes et élevées. L'intensité des basses est une préférence personnelle, c'est pourquoi l'expérimentation est essentielle. Vous devriez pouvoir créer une courbe cible dans le logiciel de mesure (ou sous forme de fichier texte en dehors du logiciel, puis importé dans le logiciel), qui sert de cible à la réponse en fréquence que vous espérez obtenir. Le logiciel doit afficher la courbe cible et la réponse en fréquence réelle afin que les écarts soient facilement repérables. (Harman International a effectué des recherches sur les courbes cibles et le son que les gens trouvent agréable, un sujet que je vous recommande d'explorer sur Internet). Vous remarquerez que les fréquences les plus élevées diminuent en raison de l'impédance de l'air qui agit comme un absorbeur naturel des petites longueurs d'onde.

J'aime enregistrer mes données de mesure et les importer dans un tableur pour permettre une analyse plus approfondie*.

Variables importantes de la réponse en fréquence

La feuille de calcul donne un aperçu de variables importantes, telles que les crêtes et les creux de fréquence (notes excessivement fortes ou faibles respectivement) causés par l'effet de la pièce sur le son ; les taux d'erreur entre les réponses en fréquence réelles et cibles, qui peuvent être dus ou non aux crêtes et aux creux ; et la différence d'intensité sonore entre les enceintes. J'ai développé certaines de ces variables ci-dessous.

Zone d'analyseDescription des variables
Pics et nulsNombre de notes effectives affectées : Cette mesure permet de déterminer si une crête ou un nul constitue un problème important ou mineur. Plus le nombre de notes affectées par une crête ou un nul est élevé, plus la qualité du son est mauvaise. L'idéal est d'en avoir le moins possible et à peu près le même nombre pour chaque canal. Les crêtes très élevés ou les nuls profonds qui sont très larges et couvrent un grand nombre de fréquences sont les pires, tandis que les crêtes plus étroites qui n'affectent qu'une ou deux notes sont les moins préjudiciables.
 Statistiques de base : Inclut des mesures pour la quantité, la moyenne et les valeurs maximales de crête ou de nullité par canal. Pour des raisons de symétrie, il est préférable d'essayer d'avoir le même nombre de pics que de zéros, et des valeurs moyennes similaires entre chaque haut-parleur principal.
 Distribution : Cette variable montre comment les crêtes ou les nuls sont répartis dans les régions des basses/moyennes/hautes fréquences. Il est typique de voir plus de choses se produire dans les basses que dans les autres régions.
 Taux d'erreur : Cela représente la distance entre la réponse en fréquence et la courbe cible. Plus la distance est grande, plus l'erreur est importante. La quantification du taux d'erreur par région basse/moyenne/haute de chaque haut-parleur permet de comparer les deux haut-parleurs. Les deux devraient afficher des taux très similaires.
Différence d'intensité sonore entre les canauxDistribution : Lorsqu'une note jouée par un haut-parleur est plus forte que lorsqu'elle est jouée par l'autre, la différence peut être causée par une crête ou un nul, mais pas toujours. Cette mesure montre comment les notes d'intensité sonore entre les canaux sont réparties dans la région des graves/médiums/hautes. S'il n'y a qu'une seule note qui est plus de 3dB moins forte/plus forte que l'autre canal, l'oreille s'y adaptera. S'il y en a plusieurs, elles risquent d'être gênantes.

Mesures du temps de décroissance

L'autre domaine de mesure de l'acoustique des salles est le temps de décroissance, c'est-à-dire le temps que dure une note jusqu'à ce qu'elle s'estompe complètement dans le bruit de fond. Une mesure « T30 » ou « T40 » est généralement utilisée pour indiquer le temps de décroissance et représente le temps qu'il faut à un son pour chuter de 30 et 40 décibels, respectivement. Si votre bruit de fond est en moyenne de 30 dB et que vous écoutez de la musique à 70 dB ou plus, l'utilisation de la métrique T40 peut fournir des données plus pertinentes (70 - 30 = 40 dB, ce qui correspond à la métrique T40) que celles fournies par la métrique RT60. La plupart des pièces résidentielles ne sont pas assez grandes pour supporter le RT60, plus communément utilisé pour les salles de concert et autres espaces publics.

Variables importantes du temps de décroissance

Un échantillon de variables importantes relatives au temps de décroissance est présenté ci-dessous et comprend une courbe cible, des statistiques générales, des taux d'erreur entre les courbes réelles et les courbes cibles, et la symétrie entre les canaux. Ces variables ne font normalement pas partie des applications logicielles, c'est pourquoi l'importation des données dans une feuille de calcul permet une manipulation et une analyse plus poussées des données.

Zone d'analyseDescription des variables
Courbe cible du temps de décroissanceCourbe cible : Il s'agit du même concept que la courbe cible de la réponse en fréquence. En règle générale, une chaîne stéréo doit avoir un temps de décroissance compris entre 200 et 500 millisecondes (ms) pour éviter de sonner trop mort ou trop vivant. Le temps de décroissance dans les médiums doit être cohérent entre les deux canaux et diminuer progressivement dans les hautes fréquences. Pour les basses, qui ont naturellement des temps de décroissance plus longs, le temps de décroissance le plus long doit être environ le double des valeurs moyennes du temps de décroissance des médiums, mais inférieur à 500 ms.
 Statistiques de base : Envisagez de calculer des mesures statistiques de base (par exemple, la moyenne, la médiane, le point médian, le minimum, le maximum) afin de déterminer dans quelle mesure les deux canaux sont similaires.
 Taux d'erreur : Tout comme l'idée de l'erreur de réponse en fréquence, cette mesure évalue à quel point les intervalles d'un tiers d'octave réels s'écartent de la courbe cible idéale. Des taux d'erreur à un chiffre ou à faible double chiffre sont tout à fait acceptables.
 Symétrie : Il est idéal que les deux canaux aient les mêmes temps de décroissance d'un tiers d'octave. Minimiser les écarts entre eux est préférable pour éviter de les percevoir.

Contrairement au diagramme de réponse en fréquence, dont l'apparence est standard, il existe plusieurs types de diagrammes pour les mesures de temps de décroissance, notamment le diagramme en cascade, populaire mais complexe, qui affiche à la fois l'intensité de la réponse en fréquence et les temps de décroissance, et le spectrogramme en ondelettes, un diagramme coloré qui affiche à la fois l'intensité des fréquences et de la décroissance sous la forme d'une palette de couleurs. Il existe d'autres graphiques.

Dans mon prochain article, je me concentrerai sur le décryptage de l'analyse et sur les mesures correctives à envisager, le cas échéant, pour améliorer la qualité du son. Des graphiques de mesure de l'acoustique d'une pièce réelle avant et après seront inclus.

*Si vous avez besoin d'aide afin de mieux interprèter les données acquises il me fera plaisir de vous offrir mes services.

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Fielding Acoustic Consulting se spécialise dans l'installation et l'optimisation de la stéréo à deux canaux. Kevin Fielding est un musicien et un audiophile convaincu qui travaille depuis longtemps dans le domaine de l'analyse des données. Il peut être contacté à l'adresse kevinfielding@hotmail.com.

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