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DJ Profession & Carrière 2013

Labo Sono - Technique: Protocole de test : Diffusion Systèmes traditionnels
Source: Le Labo sono - août 2011

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Allez ! En route pour quelques pages didactiques sur les évaluations réalisées dans nos bancs d'essais d'enceintes et de systèmes de diffusion. Des systèmes tous plus variés les uns que les autres, des retours, du Line Array, des enceintes actives, passives, deux voies acoustiques, trois voies acoustiques, deux voies d'amplification... Des applications et des concepts très différents qui nécessitent chacun une méthodologie particulière afin de vérifier comment ils répondent à nos besoins?

Nous ferons tout d'abord un petit tour, non exhaustif, des problématiques liées à la mesure d'une enceinte ou d'un système. Une piqure de rappel ne fait jamais de mal. Puis, sur la base de la zone de mesure en champ libre de notre laboratoire (en l'occurrence, le parking sur le toit de la rédaction), nous définirons un protocole standard qui garantira la stabilité des mesures et la répétabilité de celles-ci. Nous définirons les limites et optimiserons notre test. Pour finir, chaque type d'enceinte ou de système ayant sa spécificité, nous listerons les mesures significatives que nous effectuerons pour les cas particuliers afin de pouvoir comparer ces produits si différents les uns des autres bien qu'ayant tous le même objectif : fournir une restitution sonore de qualité en fonction de caractéristiques de conception : ouverture, nombre de transducteurs, taille, puissance, etc.

ISOLER UNE CARACTÉRISTIQUE
Que souhaitons nous mesurer? Le but de la manoeuvre est de pouvoir mesurer la réponse d'une enceinte ou d'un système seul, voir de mettre en avant une caractéristique particulière (la directivité des produits, le couplage dans l'aigu, le filtrage en peigne,... que sais-je encore). Il faut donc pouvoir isoler cette réponse souhaitée ou ce phénomène de tout le reste qui constitue une pollution pour notre mesure (réflexion du sol, bruit de fond, etc). Le plus simple serait sûrement de se construire une chambre anécoïque, appelée aussi « chambre sourde», qui a la propriété d'avoir un temps de réverbération nul (aucune réflexion=seul le son direct est mesuré). Les bureaux d'étude des fabricants d'enceintes sérieux en sont dotés, mais d'un point de vue budget et espace, nous laisserons ce doux rêve... à l'état de rêve. nous allons donc devoir nous pencher sur les contraintes habituelles. Pfff!!!!

LE BRUIT AMBIANT
La première contrainte environnementale est le bruit de fond. Il s'agit du bruit ambiant dû aux voitures qui circulent, aux engins de travaux, etc, que nous pouvons facilement relever à l'aide d'un sonomètre ou d'un logiciel de mesures avec un microphone calibré. Nous devrons donc faire attention à obtenir un rapport signal sur bruit suffisant sur tout le spectre pour que nos mesures soient exploitables. Le bruit de fond usuel sur le toit de notre rédaction est d'une cinquantaine de dBsPL(a). Étant donné que nous effectuons nos mesures avec un niveau d'émission d'une centaine de dBsPL environ, le rapport signal sur bruit est suffisant pour pouvoir distinguer la réponse de l'enceinte du bruit environnemental. Le niveau sonore fourni par l'enceinte est bien supérieur au bruit de la rue, donc nous pourrons valider ce premier point.

LES REFLEXIONS
La deuxième contrainte est de pouvoir isoler la réponse de l'enceinte elle-même (en champ direct) de la réponse de la réflexion de l'enceinte sur les éléments environnants, par exemple le sol, le mur arrière, ou de voitures dans notre cas. Tout ceci constitue le champ réfléchi. Ces réflexions dépendent de plusieurs éléments: la directivité de l'enceinte qui émet le son, la proximité de la source avec l'élément environnant, la taille de cet élément, les fréquences considérées, la différence entre le trajet du son direct (du micro à l'enceinte), et le trajet du son réfléchi (entre l'enceinte, puis l'élément environnant et le micro). Regardons deux secondes le graphique permettant d'illustrer ce phénomène de réflexion. (Fig A) [img: 937 align: center] Le premier point à appréhender est la relation entre le phénomène de réflexion et les fréquences que l'on souhaite analyser. Introduisons maintenant le phénomène de directivité. Pour rappel, plus la surface d'émission d'une source sonore est grande, longue, plus elle sera capable de diriger, contrôler la dispersion («l'éparpillement») de l'énergie sonore dans le sens de la taille de la source. C'est pourquoi avec une banane de Line A rray, on contrôle mieux les basses fréquences dans un plan vertical qu'avec un seul haut-parleur de 10 pouces. Il s'agit là d'un phénomène purement physique. (Fig B) [img: 938 align: center] Pour les hautes fréquences, des pavillons et guides d'ondes permettent de contrôler également la dispersion des fréquences, mais là encore, la physique indique que la taille du pavillon et la qualité de contrôle de directivité sont étroitement liés. Plus la taille du pavillon est importante, plus les fréquences dont le contrôle de directivité est possible sont basses. Concrètement, que cela signifie t- il pour l'analyse de notre phénomène de réflexion? Prenons une enceinte typique avec une ouverture verticale de 40° dans l'aigu et un haut-parleur de 12 pouces. nous allons simplifier grandement les choses en posant, pour l'exemple, que la directivité est identique pour toute la section aiguë, qu'à chaque extrémité de l'ouverture, nous avons les -6dB qui définissent l'angle d'ouverture (mais qui continuent à décroitre en niveau sonore pour les angles plus importants). Pour les 12 pouces, nous considèrerons des fréquences suffisamment basses pour qu'aucune directivité ne puisse être notée. Le haut-parleur émet de la même manière dans toutes les directions (on dit aussi «omnidirectionnel»). Revenons à notre schéma et observons le phénomène pour les basses fréquences (Fig C) [img: 939 align: center] Puis pour les hautes fréquences. (Fig D) [img: 940 align: center] Les illustrations nous montrent que la réflexion sur le sol est fortement corrélée aux fréquences considérées et à la directivité de l'enceinte. En effet dans les basses fréquences, le phénomène de la réflexion sur le sol par exemple sera beaucoup plus marqué ; les premiers soucis à observer seront dans les basses fréquences.

LA SOLUTION???
L'idéal serait de pouvoir séparer les sons émis par l'enceinte et le son réfléchi par le sol. avec les moyens de mesure que nous utilisons, ceci est réalisable avec certaines limites.znos appareils enregistrent la variation de pression de l'air en fonction du temps. avec des intervalles très petits, la pression est mesurée et nous obtenons un graphique de ce type. (Fig E)
Ce graphique, qui ne figure jamais dans les documents constructeur, correspond à ce que le microphone capte quand le son est émis depuis l'enceinte, va directement au micro et/ou est réfléchi puis arrive au micro comme vu précédemment. La limite de la séparation des deux sons va donc être le temps entre les arrivées des différents sons. Nous savons qu'à chaque fréquence correspond une période (T=1/F). Cette période est la principale limite pour séparer des sons. Prenons, par exemple, la fréquence de 200 Hz, qui est souvent affectée par une réflexion sur le sol. Sa période est de 1/200, soit 5ms. Ce qui signifie que le phénomène de mouvement du haut-parleur à 200Hz, puisqu'il part d'un état et doit se terminer à ce même état, va mettre au minimum 5 ms à se produire. Que se passe-t-il si un deuxième phénomène avec une fréquence de 200 Hz arrive à 3 ms après le début du premier? Les phénomènes vont se mélanger, s'entremêler mais ne pourront plus être séparés, ils seront indissociables. Et donc la réponse enregistrée n'est plus celle de l'enceinte, mais celle de l'enceinte plus la réflexion. Dans la réalité, une seule période ne sera jamais suffisante pour garantir de la réussite de la séparation des deux sons. Attention aux conclusions hâtives. Bien maîtriser et comprendre ce qui a été mesuré est impératif. Séparer des sons n'est pas absolument simple pour aboutir à une mesure fiable sur toute la bande passante. Séparer les sons nécessite de pouvoir faire ce qu'on appelle un fenêtrage de nos mesures. qui apporte aussi son lot de pollution. on va s'en sortir, on va s'en sortir !!!

NOTRE ESPACE DE TEST
À sono magazine, nous avons le luxe d'avoir accès à un parking très souvent vide en soirée qui nous permet d'effectuer des mesures dans d'excellentes conditions. nos mesures sont faites en champ libre. Les seuls troubles que nous pouvons rencontrer, problèmes météorologiques mis à part, sont le stationnement de véhicules et... si vous avez bien suivi... la réflexion du sol. nous allons donc définir les conditions qui vont nous permettre de minimiser l'effet de ces réflexions sur nos mesures. Nous allons effectuer nos mesures dans les conditions suivantes : . Centre acoustique de l'enceinte à 2,5 m. . micro de mesure dans l'axe horizontal du centre acoustique de l'enceinte, à une distance de 1,5 m. (Fig F)
Nous l'avons vu, la première problématique remarquable reste la réflexion sur le sol. Le matériau de sol, un enrobé bitumeux, dispose d'un coefficient d'absorption quasi nul (proche de 0,01). Ce matériau nous garantit d'avoir une réflexion de l'onde proche de 100%... autrement dit, toute l'énergie sonore qui va arriver sur le sol va nous être renvoyée. Pas terrible. Pour réduire le phénomène, nous allons revêtir le bitume d'un matériau qui permettra d'absorber une grande partie de l'énergie réfléchie du sol. a chaque séance de mesures, nous disposons sur le sol un panneau de Protisol 200 mm. Cumulé avec la différence de niveau sonore d'environ 5 dB entre le son direct qui aura parcouru 1,5 m et le son réfléchi qui aura parcouru 5,22 m, l'effet d'absorption des panneaux Protisol permettra d'obtenir une différence de niveau entre les deux sons largement supérieure à 15 dB. En l'absence de ce matériau, les 5 dB d'atténuation seraient insuffisants pour réaliser un fenêtrage permettant de séparer clairement le son direct et la réflexion. D'un point de vue temporel, la différence de temps entre les deux fronts d'ondes (son direct/son réfléchi) étant égale à 10,94 ms (5,22 m-1,5m)/3,4 m.s-1 = 10,94 ms), la première perturbation interviendrait sous forme d'une atténuation à 45 Hz (la fréquence dont la demi-période correspond à cette différence de marche), puis se répéterait à 135 Hz, 224 Hz, etc... Nous aurions constitué un beau filtrage en peigne (Fig G).
Une deuxième solution peut être envisagée. Celle d'imposer un angle de tilt à l'enceinte, en la dirigeant vers le sol et avec un micro posé lui-même au sol, dans l'axe de l'enceinte. Nous évitons toute réflexion, mais la problématique avec cette méthode est qu'il faut pouvoir imposer un angle suffisant à l'enceinte ou au système.

LES RÉFLEXIONS LATÉRALES
Le deuxième paramètre à intégrer va être la présence éventuelle de voitures... sur le parking. Je sais, le concept est fou, mais comme nous ne pouvons privatiser le parking, il va falloir faire avec ces éléments perturbateurs constituant de gros volumes très réfléchissant. (Fig H) Dans quelle mesure ces voitures vont-elles nous déranger, et à partir de quand pouvons-nous considérer leur contribution comme nulle? Deux questions se posent ; le niveau de pression acoustique de la réflexion lorsqu'elle arrive au microphone sera-t-il significatif ? Est-il possible de séparer le son direct et le son réfléchi ?

COMMENÇONS PAR CETTE DEUXIÈME QUESTION.
Nous l'avons vu dans la première partie. Tout ceci dépendra de la fréquence considérée et de la directivité de notre système à cette fréquence. Il faudra bien prendre soin d'éviter de focaliser toute l'énergie d'une enceinte vers un élément susceptible de pouvoir réfléchir notre onde sur notre microphone. Un choix soigneux de la position de l'orientation de l'enceinte doit réduire une bonne proportion des problèmes. Nous allons poser comme règle que la différence de niveau sonore entre le son direct et le son réfléchi doit être à minima de 10dB, ce qui correspond à une distance minimale de 10 m entre le trajet du son direct et le trajet du son réfléchi. Tout obstacle devra être situé à plus de 6 m de la source. Un objectif tout à fait réaliste dans notre cas. Et si il nous est possible de fournir davantage de précision en s'éloignant des obstacles, c'est encore mieux. C'est écart de 6 m entre le couple source-enceinte et l'obstacle nous offrira une capacité de séparation des sons allant jusqu'à des périodes de 30 ms (1/ 30 ms = 33 Hz), ce qui est suffisant pour mesurer une enceinte large bande. Pour mesurer un caisson de grave, nous nous placerons dans des intervalles de distances supérieurs. (Fig I) Vous connaissez maintenant mieux nos conditions de mesure. si elles devaient évoluer, nous vous le présenterions, et nous restons bien évidemment ouvert à toutes vos critiques.

ON SAIT COMMENT MESURER, MAIS, AU FAIT, QU'ALLONS NOUS MESURER ???
nous allons devoir trancher dans le vif... nos produits ont chacun leurs applications et ne sont pas tous exploitables pour les mêmes choses. nous allons donc en faire quelques grandes familles, puis nous définirons les mesures standard par famille de produits que Nous retrouverons dans chacun de nos tests.

ENCEINTES DISCOMOBILE
Tout d'abord, nous avons la gamme des petites enceintes de diffusion, petits systèmes souvent utilisés pour des petites prestations ou de la discomobile. Ces enceintes ne peuvent être testées de la même manière que les enceintes de sonorisation professionnelles car elles ne bénéficient pas du même niveau de conception et de fabrication. Ces enceintes qui sont souvent exploitées jusque dans leurs derniers retranchements pour limiter les investissements, doivent offrir une grande polyvalence à leurs exploitants tant d'un point de vue bande passante que complément de système. Pour en juger, nous allons donc les étudier avec ces différentes mesures qui constitueront la base de nos autres tests: . La bande passante de chacun des éléments (enceinte large bande et caisson de grave) pris dans l'axe puis avec une réponse globale. Jusqu'à trois courbes amplitude/ fréquence . La mesure en phase de chacun des éléments et du global. Jusqu'à trois courbes phase/fréquence . La mesure de directivité de l'enceinte large bande en horizontal et en vertical avec une mesure dans l'axe, une mesure à l'angle d'ouverture, deux angles intermédiaires et une mesure 3/4 arrière pour observer l'énergie restante suivant cet angle. Jusqu'à cinq cour - bes amplitude/ fréquence en horizontal et en vertical. . La mesure de distorsion par fréquence à niveau commun. Nous prendrons la mesure au niveau sPL correspondant à la sensibilité énoncée ou si aucune donnée n'est communiquée, à 95dBsPL. . La mesure de distorsion par fréquence à fort niveau. nous prendrons la mesure au niveau sPL max -12dB (pour avoir un ordre d'idée cohérent de l'exploitation à fort niveau, mais sans casser trop d'enceintes....) . La courbe « d'isotimbre » en diffusion de façade. Il s'agit de la zone de diffusion couverte par une enceinte avec un axe vertical à 0° et une hauteur sur pied de 2,5m. La représentation en sera faite sous forme elliptique pour les retours. avec tous ces éléments de test, nous devrions avoir une idée suffisante de la qualité des produits.

LES ENCEINTES PROFESSIONNELLES
Enceintes large bande bien souvent, elles sont censées avoir un niveau de fabrication et de conception supérieur pour une exploitation plus qualitative, plus précise, donc également un niveau de coût supérieur. Les courbes de base resteront les mêmes que pour le premier groupe si ce n'est que des phénomènes plus particuliers seront recherchés, l'analyse sera plus précise et le niveau d'exigences dans nos commentaires plus important. Une mesure supplémentaire sera ajoutée : celle de l'impédance de la section basses fréquences de ces enceintes large bande. si le traitement du signal est fourni par le fabricant, nous en ferons la mesure dès que cela sera possible pour vous fournir la fonction de transfert du traitement appliqué.

LES ENCEINTES DE RETOUR
Comme pour les enceintes professionnelles, nous nous baserons sur les mesures des petits systè mes pour compléter notre analyse avec d'autres mesures. Ces enceintes étant destinées à être posées sur le sol pour restituer un message sonore, qu'à cela ne tienne, nous mesurerons en partie ces enceintes au sol. notre première mesure consistera à comparer la réponse en fréquence dans l'axe dans la configuration normale et la réponse posée sur le sol microphone à hauteur d'oreille debout, le but étant de mettre en évidence le couplage avec le sol produit. Puis, nous déterminerons de manière auditive une sorte d'ellipse de la surface couverte par l'enceinte en position retour et nous en prendrons la mesure amplitude-fréquence avant, arrière, gauche et droite. si un filtrage en peigne prédominant est observable, nous ne manquerons pas d'en assurer la représentation. (Fig L et M) L'ensemble de ces courbes suffira à une analyse des performances et de la qualité des produits testés.

LES CAISSONS DE GRAVES
Cas particulier d'enceintes, nous ne pourrons nous limiter aux mesures initiales. nous effectuerons les mesures suivantes : . La bande passante du caisson de grave posé au sol (micro et caisson) mesuré à 2 m (qui correspondra quasiment à la réponse à 1m d'un point de vue amplitude) (Fig N), la réponse en piston du haut-parleur et de la charge du haut-parleur quand ceci est possible (évent par exemple), 3 courbes amplitudefréquence . La mesure en phase du caisson de grave à 2 m. 1 courbe phase/ fréquence. . La mesure de bande passante étendue quand celle-ci est possible, c'est à dire sans le filtrage. Courbe amplitude-fréquence et phase-fréquence. . La mesure de l'impédance quand celle ci est possible . La mesure de distorsion par fréquence à niveau commun à 2m. nous prendrons la mesure au niveau sPL correspondant à la sensibilité énoncée ou si aucune donnée n'est communiquée à 100dBsPL. . La mesure de distorsion par fréquence à fort niveau à 2m. nous prendrons la mesure au niveau sPL max -12dB (pour avoir un ordre d'idée cohérent de l'exploitation à fort niveau, mais toujours sans casser trop d'enceintes....) . si une fonction de transfert du traitement du signal appliquée au caisson est disponible, nous vous la fournirons également.

LES SYSTÈMES PROFESSIONNELS
Cette évaluation est beaucoup plus complexe que les précédentes, car il s'agit d'un ensemble d'éléments qui entrent en interaction les uns avec les autres et qui doivent fournir un résultat cohérent et qualitatif pour la restitution d'un message, souvent à forte puissance ou pour répondre à une problématique particulière. Impossible de proposer un protocole de mesure « standard ». Nous commencerons par effectuer les mesures de caractérisation des éléments pris individuellement. Dans un second temps, nous nous interrogerons sur l'application et les caractéristiques avancées par le système pour choisir le protocole d'évaluation. Les mesures et les critères évalués seront bien sûr expliqués et analysés. Pour chaque test effectué, nous vous fournirons la réponse dans l'axe, amplitude en fonction du temps qui nous a permis de valider la configuration de la mesure et la fiabilité de celle-ci (absence de réflexions notamment). Nos colonnes incluront également des tests d'écoute importants pour donner une dimension plus palpable à nos conclusions et rendre les tests plus concrets.

L'ÉCOUTE
Mais comment faire pour donner un avis sur un produit en écoute, sans que cela ne prenne une dimension trop personnelle dans la critique. Comment faire pour sortir du traditionnel « le son est un peu chaud », « moins pêchu ».. ? Eric Moutot, notre rédacteur en chef, a sélectionné une liste de titres que nous utiliserons de façon récurrente pour effectuer nos écoutes. Cette liste de titres, qui a été inaugurée avec le dossier du mois de novembre sur les enceintes 10'' + 1'', nous permettra de vous renvoyer vers des morceaux et des instants précis pour vous communiquer nos impressions. Les écoutes seront faites dans les mêmes conditions que la mesure. nous écouterons tous les modes d'utilisation disponibles sur le produit en test. Une écoute, une analyse de mesure. nous aurons ainsi fait le tour de notre produit.et dans tous les sens. Voici fini notre tour d'horizon. Il va nous permettre de démarrer l'année 2013 avec en ligne de mire, une standardisation de nos tests et un apport qualitatif. Ces protocoles constituent une base d'échanges. Libre à vous de nous interpeller. Pour l'heure, certains, après la lecture de cet article, sont certainement proches du petit mal de crâne... Mille excuses!!! Et encore une fois, n'hésitez surtout pas si vous souhaitez voir s'agrandir la famille des réponses qui vous paraissent indispensables pour juger de la qualité d'un produit.

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