Capacité dynamique d'un système audio
Nous abordons ici une notion bien souvent passée sous silence par l'industrie des enceintes acoustiques - pompeusement
qualifiées de "Hi-FI" - parce qu'elle révéle un certain nombre d'absurdité.
Par contre, nous n'aborderons pas dans ce dossier le domaine du "public adress" qu'on utilise habituellement pour sonoriser les gares, et autres lieux
public car ce type de systeme audio n'a aucune prétention en terme de qualité de restitution sonore. Il n'y a donc aucune raison de traiter ce sujet
dans ce dossier (Le "public adress" se distingue par l'utilisation de transformateurs d'impédance en sortie d'amplificateur de puissance mais aussi
juste avant le ou les haut-parleurs...une tension théorique de 50, 70 ou même 100 Volts est mesurable entre les deux transformateurs pouvant etre
distants de plusieurs centaines de mètres. Le but étant de limiter les chuttes de tension dues aux trop grandes longueurs de cable de puissance
situés entre l'ampli et le haut-parleur. Un dossier présentant ce type de produit sera ulterieurement créé sur le site du haut parleur).
Bien, revenons à notre fameuse norme Hi-Fi. Voici ce qu'en disait Jean-michel Lambert du Laboratoire National d'Essais faisant état et l'historique
de la normalisation pendant une journée d'étude sur le sujet le 21 novembre 2001 dans l'Amphithéâtre Z de la CNAM, 292 rue Saint Martin à Paris:
1 - Normes existantes - Historique :
La description des caractéristiques des haut-parleurs et systèmes de haut-parleurs (enceintes) est faite dans la norme internationale 60 268-5.
Cette norme décrit également les méthodes de mesure.
Historique des normes françaises : NF C 97-330 (1973), NF C 97-305 (1990), NF EN 60268-5 (1996). Parallèlement, il existe une norme qui fixe des
critères de qualité pour l'obtention de la marque NF " Haute Fidélité " : NF C 97-405 (1983). Cette norme a été reprise au niveau international par
la CEI 60581-7 (1986) mais n'est plus appliquée.
Le groupe de travail TC 100 du Comité Electrotechnique International de normalisation (CEI) a travaillé récemment sur la révision de la norme
60 268-5, ce qui a aboutit à une nouvelle version en 1999 (pas encore officiellement adoptée).
2 - Principales caractéristiques normalisées et leur mesure (Norme 60 268-5):
· Impédance (Courbe en fonction de la fréquence / fréquences de résonance / facteur Q)
· Tensions, puissances maximales (à court terme et à long terme) et nominales · Efficacité acoustique
· Réponse en champ libre et fonction de transfert (Correction basses fréquences, suppression d'échos par troncature de la réponse impulsionnelle)
· Puissance acoustique et rendement
· Caractéristiques directionnelles
· Non linéarité d'amplitude (distorsions harmonique, de modulation, par différence de fréquence)
· Autres caractéristiques (champ magnétique)
On le voit bien ici, n'est pas enceinte acoustique "Hi-Fi" qui veut!...Des normes sont la pour empecher les escrocs en tous genre d'utiliser
abusivement l'estampille "high-Fidélity" pour gruger le consommateur. Pour autant, entre le matériel jugé acceptable selon la norme en question et
la quête legitime du réalisme sonore, il parrait évident qu'il existe une très grande marge. Nous allons voir à quel point même cette différence est
importante.
En appartée: Je soulignerais le faite que si des "puristes"(au sens noble du terme, et pas les fumistes qui font du pseudo réalisme sonore avec un
comportement quasi narcissique, pédant et/ou meprisant sur du matériel commum) possédent de trés gros systémes audio, ce n'est pas pour épater la
galerie, mais bien pour tenter d'approcher ce fameux réalisme sonore. Ce réalisme sonore rend indispenssable l'utilisation de haut-parleur de tres
haut rendement dotée d'une très importante puissances électrique admissible .
Je vais biensur, comme à mon habitude et en mesure de mes moyens, démontrer ce que j'avance avec le tableau ci dessous.
En commentaire sur les données techniques que vous y trouverez, il y a biensur le nom des instruments en face desquels vous trouverez la puissance
acoustique maximum qu'il est capable de générer. Les niveaux acoustiques en question sont exprimés par deux valeurs. La premiere est la pression
acoustique exprimée en Watt (a ne pas confondre avec la puissance électrique exprimée elle aussi en watt).
Deuxieme appartée concernant cette puissance acoustique exprimée en Watt(avant d'aller plus loin):
Ce paramêtre est utilisé pour le calcul du rendement. Même si il ne faut surtout pas confondre puissance acoustique et puissance électrique parce
qu'ils sont simplement exprimé en Watt, on les utilise pour calculer un rapport exprimé en pourcentage (%) entre la puissance fournie par
l'amplificateur d'une part et la puissance acoustique résultante que fournie l'enceinte ou le haut-parleur d'autre part. Le rapport peut passer en
dessous de 1% pour les plus mauvaises rendement à quelque 3 a 4% pour des haut-parleurs de basse et plus de 20% pour des moteurs d'aigu a chambre de
compréssion et pavillon. Autrement dit: Quand un haut-parleur n'a que 1% de rendement, ca signifie que sur 100 watts électrique fournie par l'ampli,
seulement 1% de cette puissance (soit 1 watt) sera réellement restitué acoustiquement par l'enceinte. Les 99% autres seront tout simplement
transformé en calories (chaleur). Ceci agravant d'autant le phénoméne de compréssion thermique qui a déja été abordé dans un précédent dossier
technique.
Reprenons à présent le commentaire sur le tableau qui suit.
Après avoir parlé de la puissance acoustique exprimée en watt nous trouvons la puissance acoustique ou pression acoustique exprimée en decibel (dB).
Les deux valeurs pourtant visiblement différentes expriment la même chose. Les calculs nécessitaient des paramêtres exprimés en décibel.
Dans ce cas une pression acoustique de 0.156 Watts acoustique correspond bien a une pression acoustique de 103.8 dB SPL (mesuré à 1 mètre dans les
deux cas).
A partir de l'exemple de la contrebasse et en fonction des sensibilités d'enceintes répertoriées de 87 a 102 dB/1w/1m, La puissance électrique sera
différente pour reproduire l'instrument avec un maximum de 103.8 dB de pression SPL ou 0.156 Watt acoustique.
Nota:Il existe encore une troisiéme valeur de pression acoustique, elle est exprimée en pascal...mais nous ne l'utiliserons pas ici car elle
n'est pas utile pour mettre en évidence un probleme de réalisme sonore.
Le but du tableau, donc, est de determiner la puissance électrique maxi, admissible et suffisante du materiel de sonorisation pour lui assurer un
niveau de reproduction dans le but d'une restitution aussi proche que possible du "réalisme sonor". La fameuse "réalité sonor" étant celle
d'une écoute d'un groupe ou d'un orchestre directement en présence des musiciens et en l'absence d'une quelconque sonorisation d'appoint pour ce qui
concerne les concerts de type classique, mais aussi avec une sonorisation d'appoint rendue nécéssaire par l'utilisation d'instruments électronique
tel que le synthétiseur sans laquelle l'instrument resterait muet (nous ne nous occuperons pas de ces instruments, car ils ont précisement besoin
de cette sonorisation d'appoint). Mais dans les deux cas, les instruments ainsi utilisé vont générer une niveau de pression acoustique (en fonction du jeu
du musicien) qui peu s'averer etre particulierment elevé.
Dans le cadre d'une ecoute domestique, d'une ecoute de concert, les exigences ne seront pas du tout les memes...reste a savoir si dans les deux cas
l'exigence de réalisme se trouve etre respectée...
Je vous laisse à présent consulter le tableau et vous retrouve après pour quelques commentaires.
Oui....pour reproduire a un niveau réaliste un instrument comme l'orgue, il faut 3802 watts avec une enceinte de 87 dB de sensibilité (testée à
1 mètre et avec 1 watt de puissance), il en faut encore 1901 Watts pour une enceinte de 90 dB/w/m, 950 watts pour une enceinte de 93 dB/w/m,
475 watts pour une enceinte de 96 dB/w/m, 237,5watts pour une enceinte de 99dB/w/m de sensibilité et seulement 118,7watts pour une enceinte de
102dB/w/m!!!
Après ca, je gages que les propriétaires d'enceintes acoustique de faible (voir tres faible sensibilité) vont très certainement détester ce
tableau si j'en crois les réactions que j'ai déjà pu observer de certaine personne avant de mettre en ligne le dossier que vous êtes en train de
consulter.
Je suis désolé si ma petite démonstration a grandement contribué a jeter le doute dans leur esprit mais il faut quand même admettre que les faits
scientifiques sont indétronables.
Comme je le dis souvent dans mes signatures de post sur bon nombre de forum consacrés de pret ou de loin au domaine de l'audio,
l'acoustique ou l'electronique ce n'est pas de la magie mais de la science et qu'il faut se mefier, pour cette raison, des mystificateurs.
Le tableau ci dessus a été réalisé en ne tenant compte que du niveau globale des instruments ou du groupe d'instrument.
Bien entendu, il faudrait jetter un oeil sur un tableau récapitulatif qui détaille la courbe de réponse de chaque instrument ou du groupe
d'instrument pour avoir une idée precise de l'energie nécéssaire en fonction de la fréquence.
Faute d'avoir un tel tableau, je vous en ai concocté un qui permet d'apprecier la largeur de bande sonor de chacun de ses instruments plus quelques
autres.
Tout naturellement, un commentaire s'impose avec en toile de fond le 1er tableau.
En effet, si l'on revient sur le premier tableau, on se rend compte tout de suite que des enceintes avoisinant les 87 dB de sensibilité vont être
serieusement handicapé pour reproduire un nombre conséquent d'instruments à un niveau réaliste.
Si ca devenait difficile pour certain instrument prit seul comme le piano, cela devient tout bonnement impossible pour un orchestre et ce, quelque
soit sa taille.
Cela devient impossible en terme de pression sonore, mais aussi, a la lumière du second tableau, cela devient inaccessible a titre definitif
concernant la bande passante a couvrir comme c'est le cas de l'orgue.
Je ne connais personnellement pas beaucoup d'enceinte capable de descendre a la limite inférieure de la bande de fréquence audible, soit aux allentours
de 20 Hz.
Une fréquence aussi basse que 20 Hz demande une tres împortante surface de membrane de haut-parleur de grave ...En effet, je rappel que l'energie
dans les basses frequence est relative a deux parametres du haut-parleur:
- sa surface de membrane appélée "Sd"
- l'excursion de cette membrane appelée "Xmax"
Le produit de "Sd" par "Xmax" donne "Vd"
Pour avoir un grand "Vd", soit on posséde une grande surface de membrane, soit les deux, soit une forte excursion quand on a de petites membranes.
Hors la très grande majorité des enceintes handicapés par une faible ou tres faible sensibilité, souffre parallèlelement d'une taille de haut-parleur
de grave qui confine au ridicule. Pour contrecarrer cette petitesse, on oblige ce type de haut-parleur a produire de fortes excursions...ce qui se
traduit rapidement par l'apparition de distortion des que l'ont "pousse" un peu le volume de l'ampli (car on ne peut pas fabriquer des haut-parleur
avec des excursions énormes. En cette matière il y a rapidement des limites mécanique incontournables)
Biensur, toutes les autres voix de l'enceinte
(médium et aigus) doivent générer un niveau sonore en conformité avec le haut-paleur de grave. La nécéssité d'une linéarité sonor de l'enceinte fait
donc que le haut-parleur de grave tire vers le bas le reste des haut-parleur en terme de sensibilité.
Pourquoi alors continuer d'acheter des enceintes aussi mauvaises en sensibilité?
Tout simplement parce qu'elles prennent moins de place dans le salon chez soit. N'excluons pas non plus la "WAF" (l'acceptation par la gente féminine
de l'encombrement que peut representer ces enceintes dans l'appartement commum).
En conclusion:
Tant qu'on continuera de fabriquer des enceintes de petite taille avec des petits haut-parleur a qui on demande de descendre serieusement dans le
grave, on sera handicapé par une sensibilité execrable.
Un handicape - comme je le disais en début de dossier - renforcé par le phénoméne de compression thermique aux effet non négligeable quand on sait
qu'avant d'atteindre le niveau maxi d'un instrument de musique, on aura déja atteint la puissance admissible de l'enceinte.