Tout sur les benchmarks audio - Ce que veulent dire les mesures

Les ingé­nieurs du son s’ac­cordent géné­ra­le­ment à dire que quelques mesures suffisent à avoir une idée des perfor­mances d’un maté­riel audio. Voici donc les six mesures que allons faire régu­liè­re­ment : le niveau (level), la distor­sion harmo­nique (THD+N, pour Total Harmo­nic Distor­sion + Noise), la réponse en fréquence (Frequency Response), le rapport signal sur bruit (Signal to Noise Ratio), la diapho­nie (Cross­talk) et enfin la phase.

Le niveau et le gain (en dB, la valeur la plus élevée est la meilleure)

Ici, nous mesu­rons simple­ment le niveau de sortie maxi­mum (ou l’am­pli­tude) de l’ap­pa­reil avant distor­sion, qui peut être exprimé, entre autres, en dBV. Le gain, utilisé pour les amplis et préam­plis, donnera le rapport entre le niveau en sortie de l’ap­pa­reil et le niveau en entrée. Avec un certain niveau en entrée, plus le niveau en sortie sera fort, plus le gain sera élevé. Pour les préam­plis, le gain est une donnée impor­tante, car certaines sources faibles et certains micros requièrent un gain élevé pour un enre­gis­tre­ment correct.

Géné­ra­le­ment, les ingé­nieurs aiment bien utili­ser le déci­bel (dB) pour mesu­rer le niveau, car c’est une mesure loga­rith­mique permet­tant d’ex­pri­mer de grands écarts avec de petits nombres. Le déci­bel est en vérité un rapport entre deux valeurs et lorsque l’on fait des mesures, il convient de choi­sir une réfé­rence. Le dBV fait réfé­rence au Volt, 0dBV étant égal à 1 Volt. À chaque fois que l’on ajoute 6 dB, le voltage est doublé. Il existe aussi le dBu, 0dBu étant égal à 0,7746 Volts. En audio pro, le 0 des Vumètres est égal à + 4dBu, tandis que le maté­riel plus grand public utilise un niveau nomi­nal moins élevé de — 10dBV. Néan­moins, pas mal d’équi­pe­ments permettent de choi­sir entre ces deux niveaux.

La distor­sion harmo­nique (en dB, la valeur la plus faible est la meilleure)

Cette donnée permet de mesu­rer tout ce qui, à l’ori­gine, ne fait pas partie du signal, et donc ce qui est indé­si­rable. Par exemple, les appa­reils qui tentent de repro­duire une sinu­soïde pure intro­duisent systé­ma­tique­ment de la distor­sion qui se traduit par des harmo­niques qui n’étaient pas là initia­le­ment. Si le signal est une sinu­soïde de 1 kHz, les harmo­niques sont souvent des multiples (2, 3 ou 4 kHz et plus). La mesure THD addi­tionne donc la tota­lité des harmo­niques, le but des construc­teurs étant géné­ra­le­ment d’avoir le moins de distor­sion possible. Mais on parle souvent de THD+N, qui prend aussi en compte le bruit de l’ap­pa­reil, c’est-à-dire l’éner­gie qu’il produit indé­pen­dam­ment du signal en entrée. Le bruit provient géné­ra­le­ment des alimen­ta­tions, des inter­fé­rences ou encore des compo­sants. Il convien­dra donc de choi­sir du maté­riel avec un THD+N le plus petit possible.

Le niveau de THD+N est souvent exprimé en volts RMS ou en dB, mais on préfè­rera regar­der le rapport (en dB ou %) entre le niveau de bruit et distor­sion et le niveau total. Un ampli a géné­ra­le­ment un THD+N de 0,01 % ou –80 dB (en dB, les valeurs sont toujours néga­tives, car le niveau de la distor­sion et du bruit est infé­rieur au niveau du signal total).

La réponse en fréquence (dévia­tion en dB, la valeur la plus faible est la meilleure)

Certains lecteurs doivent déjà connaitre cette mesure, qui donne les niveaux de sortie en fonc­tion de la fréquence. Géné­ra­le­ment, on obtient un joli graphique avec en abscisses, les fréquences (en Hertz) et en ordon­nées, les niveaux (souvent en dB). Le but est d’ob­te­nir une réponse en fréquence la plus « plate » possible, afin que l’ap­pa­reil retrans­crive toutes les fréquences de la même manière. L’ap­pa­reil de mesure va donc envoyer un signal qui balaiera toutes les fréquences (un « sweep ») et pourra ainsi tracer la courbe de réponse de l’ap­pa­reil en test.

Une fois la mesure faite, on peut calcu­ler la dévia­tion entre 20 Hz et 20 kHz, qui permet de mettre un chiffre sur la « linéa­rité » de la réponse en fréquence. Si les valeurs des niveaux varient entre 0 et –3dB, alors on dira que la dévia­tion est égale à ± 1,5dB. Plus ce chiffre est petit, plus la réponse en fréquence est « plate » et meilleur est l’ap­pa­reil testé.

Le rapport signal sur bruit (en dB, la valeur la plus élevée est la meilleure)

Le rapport signal sur bruit, ou SNR de son petit nom (Signal-to-noise ratio), permet de mesu­rer la quan­tité de bruit dans le signal. Cette quan­tité dépend géné­ra­le­ment du niveau du signal en sortie : quand on pousse un ampli ou préam­pli, le bruit rapplique ! Pour faire la mesure, on regarde d’abord le niveau de bruit quand il n’y a rien en entrée sur l’ap­pa­reil à tester, puis le niveau avec un signal en entrée, et on divise ce dernier par le premier. À l’ins­tar du THD+N, on utilise géné­ra­le­ment le dB, et quand le THD+N, qui divise le niveau de bruit et distor­sion par le signal, donne des nombres très bas (0.01 % ou — 80dB), le SNR, qui divise le signal par le bruit, donne des nombres élevés (comme 100 dB, par exemple). En audio, on fera les mesures dans le domaine de fréquences qui nous inté­resse, c’est-à-dire entre 20 Hz et 20 kHz, car fina­le­ment ce qu’il se passe au-dessus et en-dessous est peu signi­fi­ca­tif. Il peut même arri­ver de pondé­rer le résul­tat en appliquant des filtres afin de coller à la courbe de réponse de l’oreille humaine. En effet, nos esgourdes sont plus sensibles à certaines fréquences, et du bruit à 30 Hz sera moins impor­tant qu’à 2 kHz. Sur du maté­riel audio, on cher­chera donc à avoir un SNR le plus élevé possible.

La diapho­nie (en dB, la valeur la plus faible est la meilleure)

Appe­lée cross­talk par nos amis anglo­phones, la diapho­nie est un résul­tat impor­tant dès qu’un appa­reil propose plusieurs canaux audio. Il s’agira de mesu­rer ici les fuites d’un canal sur un autre. Pour cela, on envoie un signal sur un canal (le gauche sur un appa­reil stéréo, par exemple), et on mesure le niveau de sortie sur le canal adja­cent (le canal droit) qui lui, n’a aucun signal en entrée. Dans un monde parfait, on ne devrait rien avoir sur le canal droit, et la diapho­nie serait nulle. Sauf qu’en pratique, il arrive de récu­pé­rer du signal sur le canal supposé muet. La mesure consiste alors à divi­ser le niveau du résidu par le niveau du signal sur le canal stimulé. On aura donc un rapport, souvent exprimé en dB.

La phase (en degré, la valeur la plus faible est la meilleure)

En audio, la phase fait réfé­rence à la rela­tion tempo­relle entre deux signaux de même fréquence. Chaque onde sinu­soï­dale a une ampli­tude et une fréquence (nombre de cycles par seconde), géné­ra­le­ment repré­sen­tées par un graphique avec sur l’axe des abscisses, le temps, et l’axe des ordon­nées, l’am­pli­tude. La période d’une onde sinu­soï­dale est la durée d’un cycle. A la fin de la période, et donc du cycle, l’onde revient au point initial. On peut décou­per le cycle en degrés, de 0 à 360 : quand vous faites un tour complet sur vous-même (360 degrés), vous reve­nez au point initial.

On voit sur le graphique ci-contre que l’onde atteint son ampli­tude posi­tive maxi­male à 90 degrés, revient à zéro à la moitié de sa période (180 degrés) et atteint son ampli­tude néga­tive maxi­male aux trois-quarts de sa période (270 degrés) pour enfin reve­nir à zéro à la fin de son cycle (360 degrés).

Deux ondes sinu­soï­dales sont dites « en phase » lorsqu’elles commencent leur cycle en même temps. Elles sont « hors phase » lorsque leurs cycles ne sont pas synchro­ni­sés, comme sur ce graphique :

Un déca­lage de phase est souvent inau­dible sur un seul canal. Mais lorsqu’il y a au moins deux canaux impliqués et qu’il sont en déca­lage de phase, cela peut provoquer des varia­tions de niveau (addi­tions ou sous­trac­tions) à certaines fréquences. Pour une onde sinu­soï­dale simple (une seule fréquence), on pourra entendre des baisses et hausses de niveaux. Pour une onde complexe (combi­nai­son de plusieurs fréquences), certaines fréquences seront modi­fiées (ampli­fi­ca­tion, atté­nua­tion ou même annu­la­tion) et d’autres non, ce qui affec­tera la réponse en fréquence des signaux combi­nés. Le déca­lage de phase dans le maté­riel audio est parfois dû à la présence de délai dans le circuit, causé en analo­gique par certains compo­sants ou par des DSP en numé­rique. Si certains canaux ont du délai et d’autres non, il y aura alors un déca­lage de phase entre eux. Dans un équi­pe­ment audio, plus le déca­lage de phase est petit, mieux c’est.

Vous connais­sez main­te­nant les six prin­ci­pales mesures effec­tuées en audio, et les résul­tats n’au­ront désor­mais plus aucun secret pour vous !