Pour les interfaces audio avec préampli micro, le bruit à bas niveau / haut gain est un paramètre de performance clé.
C'est pourquoi je mesure toujours l'EIN lorsque j'évalue une interface.
Mais qu'est-ce que l'EIN, et comment le mesurer ?
J'ai pensé qu'il valait la peine d'ajouter une proposition de méthodologie que tout le monde pourrait utiliser.
Bien entendu, cette méthodologie est sujette à discussion et à amélioration.
(Vous trouverez l'original de cet article ici, sur Audiosciencereview.com)
Bruit d'entrée équivalent (EIN = Equivalent Input Noise)
Votre préampli micro produit un certain bruit à la sortie, pour un gain donné.
Imaginons un instant un préampli parfait, n'ajoutant aucun bruit par lui-même, et donnant exactement le même gain.
Le bruit d'entrée équivalent (EIN) est le niveau de tension de bruit qui donnerait le même niveau de bruit que votre vrai préampli micro
s'il était fourni par un générateur à l'entrée de ce préamplificateur idéal - sans bruit - et amplifié par la même quantité de gain.
Pourquoi est-ce utile pour mesurer le bruit d'un préampli micro ?
Si vous mesurez le Rapport Signal sur Bruit (SNR) d'un préampli micro, la valeur variera fortement en fonction du gain du préampli.
Exemple : A 60dB de gain, votre SNR sera 20dB plus bas qu'à 40dB, si le bruit propre du préampli est le même.
Tout simplement parce que vous amplifiez davantage le bruit propre.
Il n'est donc pas facile d'établir un lien entre le SNR et le bruit réel du préamplificateur.
Dans la vie réelle, en pratique, nous aimerions savoir ce qu'un SPL de source donné, à une distance donnée, avec un micro donné, nous donnera en termes de bruit à la sortie du préampli.
Nous voulons comparer ce bruit pour différents amplificateurs.
Et nous aimerions également comparer le bruit pour différents gains.
C'est ce que nous donne l'EIN.
Comment mesurer l'EIN ?
Pré-requis
Pour mesurer l'EIN, vous avez besoin d'une « charge » de test
Il faut donc d'abord préparer des charges de test
- Prenez 2 fiches XLR-3 mâles.
- Soudez une résistance à film métallique de 150 ohms entre les broches 2 et 3 de l'une des fiches et marquez-la « 150 »
- Soudez un conducteur en cuivre entre les broches 2 et 3 de l'autre fiche et marquez-le « Short » (pour "Court-circuit").
Il nous faudra également un logiciel de mesure.
J'utilise dans cet exemple l'excellent (et gratuit) REW.. Si vous ne l'avez pas encore installé sur votre PC, faites-le.
1. La méthode rapide, non précise, simplifiée
Lisez d'abord le manuel ou les spécifications de l'interface
a. Quel est le niveau d'entrée maximum de l'interface sans pad ni trim, et pour quel gain ?
Prenons l'exemple d'un RME UCX II : RME indique que le niveau d'entrée maximum est de 18dBu à 0dB de gain pour les entrées micro.
b. Quel est le gain maximum ?
Presque toujours, l'EIN est maximum au gain maximum.
Quel est donc le gain maximum ?
Pour le même RME UCX II, il est de 75dB, comme nous l'avons vu plus haut.
Assurez-vous que l'alimentation fantôme est désactivé pour l'entrée micro que vous voulez mesurer
Puis mesurez
c. Insérez la fiche XLR « 150 » dans l'entrée micro.
Réglez le gain au maximum
Utilisez la fonction RTA (Real Time Analyzer) de REW (ou n'importe quel logiciel FFT), réglez-le sur une bande passante (BW) de 20Hz-20kHz, fenêtre FFT « rectangle », 32 moyennes, et mesurez le bruit (en dBFS).
Note : Il n'y a pas de signal :
Il n'y a pas de signal, donc le SNR ne vous donnera rien. Ne regardez même pas la valeur du niveau de bruit. Regardez uniquement la valeur efficace totale en dBFS.
Ainsi, pour le REW, utilisez la valeur en haut à droite.
d. Calculer l'EIN
[EIN (dBu) ] =
[Niveau d'entrée maximal (dBu)] - ([Gain mesuré (dB)] - [Gain pour le niveau maximal (dB)]) + [Niveau de bruit mesuré (dBFS)] - [Gain pour le niveau maximal (dB)]. + [Niveau de bruit mesuré (dBFS)]
= 18 - (75 - 0) + -70 dBu
= -127 dBu
Simple, n'est-ce pas ?
Notes
- Ici, j'ai mesuré sans pondération.
Si vous mesurez votre bruit avec la pondération A, votre EIN sera pondéré A.
Dans l'exemple ci-dessus, REW vous donne les deux : Le niveau de bruit est de -72 dBFS (A), donc [EIN (A) (dBu)] = -129 dBu (A)
(ce qui, soit dit en passant, est 1 dB de mieux par rapport aux spécifications). - Il s'agit d'une approximation, donc ne vous réjouissez pas des chiffres après le point.
OK, et maintenant si vous voulez obtenir une valeur plus précise ?
Cela va devenir un peu plus compliqué.
2. La méthode précise
Pour ce faire, vous aurez également besoin d'un multimètre numérique (DMM) True RMS (idéalement étalonné).
Précautions à prendre
L'EIN est généralement mesuré avec une charge d'entrée connectée qui ressemble à un microphone.
Bien entendu, nous n'utiliserons pas de microphone, qui capterait les bruits ambiants.
Nous utiliserons plutôt une résistance.
Comme chaque résistance génère son propre bruit thermique - fonction de la résistance et de la température - nous devons normaliser la valeur de la résistance.
En général, on utilise une résistance de 150 ohms.
Par ailleurs, le niveau de bruit est fonction de la largeur de bande pour laquelle il est mesuré.
Habituellement, nous considérons 20Hz-20kHz
Certains vendeurs considèrent 10Hz-30kHz ou une autre bande passante.
Si le profil de bruit est plat et que la mesure n'est pas pondérée, il est facile d'estimer l'impact de la largeur de bande.
Si une pondération est appliquée, c'est un peu plus délicat.
Enfin, la température de la résistance doit rester autour d'une valeur normalisée.
Habituellement 20°C.
Cette partie est un peu délicate, mais nous verrons plus tard comment nous pouvons réduire l'impact des fluctuations de la T°.
Pour les curieux qui ne le savent pas encore, voici la formule du bruit thermique pour une résistance pure.
avec, dans notre cas,
a. Mesurer le niveau d'entrée maximum au gain maximum
Cette étape est cruciale, car il s'agira de votre seule référence à une tension dans la mesure.
Si vous voulez obtenir des mesures précises, vous ne devez pas vous fier aux spécifications du fabricant en termes de niveau d'entrée maximal ou de gain exact.
Il est préférable de mesurer le niveau d'entrée maximal réel pour le gain envisagé
En d'autres termes, vous voulez mesurer avec précision [Niveau d'entrée maximum (dBu)] - [Gain (dB)] dans l'équation ci-dessus.
La bonne nouvelle est que vous ne devez mesurer qu'une seule valeur.
La mauvaise nouvelle est que cette valeur est assez faible.
Avec ma RME UCX II, à 75dB de gain, la valeur d'entrée maximale est d'environ 1mV.
Et vous voulez, disons, une précision de 0,05dB. C'est une erreur inférieure à 0,6%.
Ce n'est pas facile si vous ne possédez pas un millivoltmètre correct, précis et calibré.
Les bons millivoltmètres sont assez chers.
C'est pourquoi je n'en possède pas.
Voici comment je procède, avec un multimètre True RMS normal étalonné qui coûte environ 200€.
Cette méthode est basée sur le fait que les interfaces modernes sont très linéaires par rapport au niveau.
Mais on ne peut pas vraiment se fier au niveau de sortie d'une interface pour des mesures de tension précises, puisque la tension réelle qu'elle délivrera dépendra de son impédance de sortie et de l'impédance d'entrée du préampli micro auquel on le connectera.
Je préfère donc utiliser une entrée d'interface de niveau ligne. Je l'utiliserai donc comme un millivoltmètre.
Cela sera beaucoup plus précis que notre Multimètre standard.
Mais il nous faut la calibrer.
C'est à ça que va nous servir le Multimètre.
Je règle l'entrée du micro que je veux mesurer sur le gain minimum (Alimentation fantôme OFF).
J'utilise une des sorties symétriques de mon interface. (Il peut s'agir de n'importe quel DAC décent, en fait)
J'y envoie une onde sinusoïdale de 1kHz (à partir du générateur de REW).
Je branche cette sortie en parallèle à l'une des entrées ligne de l'interface et à mon entrée micro, à l'aide d'un câble XLR en Y.
À ce stade, l'entrée micro est encore au gain minimum.
Je règle mon niveau de sortie juste en dessous du fond d'échelle de la plage la plus basse de mon multimètre numérique True RMS, car c'est là qu'il sera le plus précis.
Dans mon cas, c'est 500mV, donc j'envoie, disons, 499mV rms à mon interface et je mesure la valeur exacte en dBFS sur l'entrée haute impédance de mon interface.
Je note cette valeur et la valeur Vrms du Multimètre (DMM).
Ensuite, j'abaisse le niveau de sortie à environ 10 dB en dessous du niveau maximum attendu de l'entrée micro au gain maximum (voir la méthode rapide pour l'estimer).
Je maximise ensuite le gain de l'entrée micro et je regarde le niveau (en dBFS, de 20Hz à 20kHz) sur l'entrée micro et l'entrée ligne.
(Si votre entrée micro a, disons, plus de 0,1% de THD à ce niveau, baissez le niveau de quelques dB).
Compte tenu de ces mesures
[Niveau d'Étalonnage mesuré DMM (V rms)]
[Niveau d'étalonnage de l'entrée ligne (dBFS)]
[Mesure du niveau d'entrée ligne (dBFS)]
[Mesure du niveau micro (dBFS)]
Mon niveau d'entrée maximum est alors
[Niveau d'entrée micro max (dBu)] = 20 * LOG10([Niveau d'étalonnage mesuré DMM (V rms)]) - 10 *LOG10 (0.001*600)
- Niveau d'entrée de ligne d'étalonnage (dBFS)] + [Niveau d'entrée de ligne de mesure (dBFS)].
+ [Niveau d'entrée ligne de mesure (dBFS)]
- [Mesure du niveau micro (dBFS)]
Vous devriez obtenir une valeur précise.
b. Mesurez le bruit avec la fiche « 150 » dans l'entrée micro.
(C'est exactement la même mesure que le point c. de la méthode simplifiée ci-dessus.)
Vous obtenez [Bruit (dBFS)]
Vous pouvez alors calculer un EIN plus précis
[EIN (dBu)] = [Niveau d'entrée micro maxi (dBu)] + [Bruit (dBFS)]
Bon, d'accord, mais cette valeur fluctue avec le temps.
Pourquoi ?
La température de la résistance.
Le bruit de la résistance est loin d'être négligeable.
Si l'interface chauffe, la température de la résistance augmentera aussi.
Pour un bon préampli, elle peut même être plus élevée que le bruit du préampli lui-même.
Mais je ne peux pas le mesurer. Qu'en est-il ?
c. Mesurer le bruit avec la prise « Short » dans l'entrée micro
Si nous mesurons le bruit avec la fiche court-circuitée, le bruit thermique de notre « résistance » va devenir très faible.
Négligeable si on le compare au bruit du préampli.
Avec la méthode décrite ci-dessus, on obtiendrait
[EIN Short (dBu)] = [Niveau d'entrée micro maxi (dBu)] + [Noise Short (dBFS)]
on peut alors déduire le bruit thermique théorique d'une résistance de 150 ohms pour obtenir un EIN normalisé à 150 ohms 20°C, sans impact de la température.
Le bruit thermique de la résistance est de -130,92 dBu, ou 220nV rms.
[EIN (dBu)] = 10 * LOG10( 10^([EIN Short (dBu)]/10) + 10^(-130.92/10))
Par ailleurs, le bruit du préampli en V rms est alors le suivant
[EIN Short (V rms)] = 10^(([EIN C/C (dBu)]+10*LOG10(0.6))/20)
(Bien sûr, si vous faites l'étape c., vous n'avez pas besoin de l'étape b.)
Mais vous trichez ? Un peu, bien sûr.
Mais nous disposons maintenant d'une mesure stable et précise qui peut être comparée à n'importe quelle valeur de l'EIN 150.
Elle est beaucoup plus reproductible.
Et elle correspond toujours exactement à la valeur que nous obtiendrions si nous pouvions mesurer l'EIN directement tout en maintenant la température de la résistance à exactement 20°C
et avec une valeur de résistance d'exactement 150 Ohm
Et si vous voulez comparer l'EIN avec une autre valeur de résistance (comme 200 ohms), vous pouvez tout aussi bien le calculer.
Voici un exemple pratique, avec l'UCX II
Notez que, ci-dessus, j'ai également mesuré l'EIN 150 Ohm directement (graphique non illustré).
J'ai ensuite enregistré la température ambiante pendant la mesure et la valeur réelle de la résistance.
Après avoir calculé un facteur de compensation à partir de ces valeurs, pour normaliser aux conditions standard de 150 ohms / 20°C, la mesure corrigée est presque identique à la valeur déduite de la mesure courte, à -127 dBu contre -126,70 dBu.
Le bruit interne du RME UCX II au gain maximum est de 282 nVrms.
Pour vérifier, j'ai également mesuré le Short avec Virtins Multi Instrument 3.9.11.1
Commentaires bienvenus...
Je vous invite aussi à indiquer ci-dessous vos propres mesures
Merci de spécifier
1. Interface exacte utilisée
2. Marque de "Gain" pour laquelle vous avez mesuré
3. Comment vous avez estimé le niveau maximal d'entrée pour ce gain et quelle valeur vous avez retenue
4. Résistance utilisée (C/C ou 150 ohm)
5. Pondération (de préférence non pondérée)
6. Logiciel utilisé pour la mesure, avec confirmation de la bande passante choisie
