VU-mètres, peak-mètres et autres bidules-mètres.

J'avais écrit il y de ça quelques années un article sur un forum audio aujourd'hui moribond.

Autant que ça serve, en voici une version légèrement mise à jour.

PRÉAMBULE

La première question que l'on doit se poser lorsqu'il est question de mesurer le niveau de modulation, c'est : "dans quel but ?".

L'objet de la mesure peut être soit de faire fonctionner les différents appareils d'une chaîne audio dans leurs plages de fonctionnement appropriées, soit de ne pas dépasser un maximum autorisé par les possibilités des machines, ou par une norme obligatoire (radio, TV), soit même d'avoir une confirmation visuelle de l'équilibre dynamique d'un programme en TV ou en Radio par exemple.

Les indicateurs de niveaux utilisés dans chacune de ces situations seront différents. Le contrôle de la continuité de l'équilibre dynamique d'un programme radio-diffusé requiert un indicateur ayant des caractéristiques totalement différentes de celles d'un peak-mètre d'enregistreur numérique.

La vocation de tous ces "bidule-mètres" est de mesurer une tension électrique et de l'afficher sur une échelle graduée. Ce qui les différencie ce sont le niveau de référence, l'échelle et la balistique.

Pendant longtemps, le meilleur moyen de mesurer une tension électrique était le galvanomètre à aiguille. Celui-ci a une caractéristique de réponse dynamique (balistique) fixée par ses caractéristiques électromécaniques, souvent assez lente.

L'arrivée des indicateurs lumineux a permis d'augmenter les possibilités de mesure en offrant des systèmes de visualisation plus rapides et reflétant mieux les niveaux instantanés, éventuellement de mémoriser les crêtes, ou d'amortir le retour pour améliorer la lisibilité.

Le premier a donné un produit standard : le VU-mètre, dont les caractéristiques ont été définies par les américains. Chaque technicien se doit de savoir de quoi il retourne et être capable d'interpréter les indications d'un VU-mètre et les traduire en tension. En réalité, ce terme est beaucoup utilisé abusivement pour qualifier des "chose-mètres" dont les caractéristiques sont parfois très éloignées de celle d'un VU-mètre.

Le second a donné naissance à une famille nombreuse d'indicateurs de niveau allant de l'émulation du VU-mètre à aiguille au peak-mètre PPM, en passant par tout une sous-branche de "bâtard-mètres" de caractéristiques plus ou moins exotiques.

Dans le monde pro, nous nous devons de travailler avec des matériels sérieusement calibrés et respectant des normes, cela permet l'échange de programmes entre diffuseurs ayant établi eux aussi des normes de niveaux. Ces normes existent pour l'Europe, ce sont celles de l'IEC (International Electrotechnical Commission), et notamment les normes CEI 60268-10 pour l'analogique et CEI 60268-18 pour le numérique, et plus récemment, la fameuse R128, ou ITU 1770-2.

DANS LE DETAIL

Nous cherchons à mesurer une tension, c'est évident, mais aussi et surtout les variations de celle-ci en fonction du temps. Pour indiquer les plus infimes variations d'un signal, il faut que le niveau indiqué soit le plus proche possible du niveau instantané, ou niveau crête.

Alors qu'un VU-mètre n'atteint 90% du niveau d'un signal qu'au bout de 300ms, le crête-mètre PPM en affiche 80% en 10ms. Le crête-mètre vrai (Fast PPM) indique lui en général l'intégralité des crètes dont la durée est d'au moins trois échantillons en numérique, mais il n'y a pas de norme à ma connaissance. C'est l'équivalent du Sample Peak Meter du domaine numérique.

La conséquence de la lenteur du VU-mètre est qu'il existe une différence importante entre la réalité du niveau crête d'un signal et ce qu'indique le galva. Cette différence s'appelle l'erreur d'intégration. C'est après avoir constaté que cette différence (facteur de crête) était en moyenne de 8 à 12dB pour la parole qu'il a été décidé de fixer le 0VU à -8dBu. Le facteur de crète est égal à la valeur crète du signal divisé par la valeur efficace. Le VU-mètre est indiqué pour avoir visuellement une indication du niveau sonore d'un programme. L'intégration des crêtres permet de s'en affranchir. Par conséquent, l'indication du niveau d'un signal sans dynamique est surévaluée.

C'est en général à ce moment que les jeunes techniciens que j'ai croisés durant ma carrière commencent às'emmèler les pinceaux. En effet, il est largement connu (?) que lorsqu'un VU-mètre indique 0 pour un signal continu, le niveau électrique est de +4dBu. Mais cette valeur intègre le fait que la sensibilité des amplificateurs de ligne est de +12dBu. Nous retrouvons donc nos petits : 0VU =>-8+12 = +4dBu.

L'échelle des indicateurs est en général logarithmique comme l'est celle des dB, mais en fonction de l'usage, elle est décalée. Ainsi le VU-mètre commence à -20 et culmine à +3, celle du crête-mètre PPM débute à -50 et s'arrète à+5. Le crête-mêtre vrai que l'on trouve courrament sur les équipements numériques s'arrète à... "Over" ! Et juste en dessous on trouve 0dBfs. Le bas de l'échelle est variable, souvent entre -80 et -60 dBfs. L'apparition des crête-mètres «informatiques» permet à certains constructeurs d'offrir le choix de la "longueurde l'échelle" à l'utilisateur.

LES UNITES, LES RÉFÉRENCES

Il existe «plusieursdB». Le dB est une échelle, il ne fait référence àaucune tension. Le symbole dB ne signifie en fait pas grand chose s'il n'est pas accompagné d'un suffixe indiquant au minimum la référence permettant de donner une valeur à un barreau de cette échelle, en général le barreau "0".

Le 0dBm correspond à une tension de 0,775V obtenue sur une charge de 600Ω, soit une puissance de 1mW. Ce dBm indique en réalité la puissance du signal.
Le 0dBu (ou dBv) correspond à une tension de 0,775V, la référence à la charge est abandonnée.
Le 0dBV correspond à une tension de 1V.
Le 0dBfs ne correspond àaucune tension, il s'agit d'une mesure de niveau de quantification numérique.

Selon les norme de l'IEC, la convention d'alignement entre ces appareils en Europe devrait être la suivante :

0VU = +4dBu = -9PPM = -18dBfs.

On voit qu'il y a une relation de tension entre les différents dB, à l'exception notable du dBfs qui n'indique pas une tension, mais un niveau dans le domaine numérique.

C'est làque ça se gâte car différentes habitudes ont donné différents étalonnages. En toute logique, le 0dBfs devrait indiquer le niveau nominal de travail augmenté d'une réserve de sécurité. Ou si on exprime la chose différemment, ce devrait être le niveau efficace plus le facteur de crête plus une éventuelle sécurité. Si chacun voit midi à sa porte dans le domaine de la musique, il n'en est pas de même dans les offices de radio ou de TV parce qu'on y mélange des équipements analogiques et des équipements numériques dans une chaîne audio complexe, divisée sur de nombreux sites et exploitée par de nombreux personnels, et qu'on est normalement obligé par les autorités àrespecter les recommandation de l'IEC ou de l'UER.

Parfois, nous ne savons pas si nos indicateurs logiciels respectent ces normes, et notamment la partie qui fixe la balistique des indicateur de crête. Lorsque ce sont des crête-mètre vrais (FPPM), l'indication est pratique pour l'enregistrement, cela permet de savoir si le signal dépasse le niveau d'écrêtage numérique. Mais si on utilise un crête-mètre respectant les préconisations de la norme CEI 268-18, on peut avoir des indications de crêtes inférieures de 3 ou 4 dB, l'imprudent qui chatouille trop souvent le rouge obtiendra un signal écrêté.

En France, l'usage est d'aligner le 0VU sur -18dBfs comme le recommande la norme européenne. Ce qui amène par conséquent le 0dBfs à +22dBu (rappel: 0VU = +4dBu). Cela permet d'éviter que l'équipement analogique ne sature avant le 0dBfs, et cette réserve permet aussi de travailler avec un matériel sonore pourvu d'un facteur de crête élevé sans risque d'écrêtage numérique en enregistrement.

Dorénavant, certains organismes (Radio France, les radios publiques allemandes, etc) alignent leur 0VU à +3dBu.

On trouve des références allant de -20 à -14dBfs pour 0VU.

LE BON NIVEAU ?

Une fois établie la relation entre la mesure en analogique et en numérique, et avoir défini ce qu'est la mesure d'un niveau crête et celle d'un niveau moyen, on comprend qu'un signal modulé en continu à -18dBfs déplace l'aiguille du VU-mètre sur 0.

Si on considère que le +4dBu (0VU) est un niveau de travail normal en analogique en valeur efficace, on sait qu'on peut admettre des crêtes allant jusqu'à 18dB au dessus de ce niveau.

Dans une chaîne purement numérique, il est admissible de ne considérer que le niveau crête et de ne se préoccuper que de ne pas atteindre ou dépasser le 0dBfs. Mais dans la réalité, cela n'apporte aucun surcroît de qualité. En 24 bits, le niveau de performance de la chaîne numérique est plusieurs dizaines de dB au dessus de celle de la chaîne analogique, et du système d'écoute (incluant le local et les oreilles de l'auditeur, audiophiles non compris, évidemment ) en terme de seuil de bruit.

Alors le niveau de modulation "normal" devrait se situer aux alentours de -18sBfs en valeur moyenne. Le souci, c'est que le plus souvent, nous n'avons plus d'outils de mesure du niveau moyen. Alors il faut se rabattre sur de bonnes habitudes de travail, et constater qu'il est inutile d'aller chatouiller le 0dBfs avec un signal sans dynamique. Et surtout, la plus grosse marge de progrès lorsqu'il s'agit d'améliorer le rapport signal/bruit d'un enregistrement est à chercher au niveau des préamplis, des micros, et surtout du local dans lequel on enregistre.