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Tout sujet traitant d'acoustique et ne relevant pas strictement du traitement de la pièce d'écoute ou de la correction du signal.

L'égalisation large bande et la directivité

Message » 12 Avr 2018 1:16

La House Curve

Il ne viendrait à l'idée de personne de vouloir faire exprès une source avec une courbe de réponse en fréquence qui ne soit pas plate.
Même chose pour un préampli, un ampli, une enceinte... mais lorsqu'il s'agit de la pièce, on constate qu'il en est tout autrement : si on prend un micro de mesure et un égaliseur, et qu'on fait en sorte que la courbe de réponse soit plate à l'endroit d'où l'on écoute, le résultat n'est pas bon.

La pratique indique que la bonne courbe de réponse, mesurée au point d'écoute, est variable en fonction de chaque pièce et de chaque configuration, mais dans tous les cas, c'est une courbe qui descend dans les hautes fréquences.

Voici pourquoi.

Les sons émis par la plupart des sources sonores, en particulier la voix humaine, ont une directivité qui dépend de leur fréquence. Plus le son est aigu, plus il est dirigé vers l'avant de la source d'émission. Plus il est grave, plus il a tendance à se diriger dans toutes les directions.

Image

Il en est de même pour nos enceintes. Les hautes fréquences sont dirigées vers le point d'écoute dans un faisceau assez étroit, tandis que les basses fréquences sont omnidirectionnelles.

Image

Cela n'aurait aucune importance si on écoutait dans une chambre sourde, ou en plein air. Mais les pièces dans lesquelles nos chaînes sont installées ne sont ni l'un ni l'autre, et réfléchissent une grande quantité de ce que les enceintes émettent tout autour d'elles. Cette réverbération est maximale dans les églises, où le son résonne très longtemps, mais elle n'est pas nulle dans nos maisons.
On considère que dans une installation hifi moyenne, la moitié seulement du son qui parvient à l'auditeur provient directement des enceintes, l'autre moitié venant des réverbérations sur les murs, le sol, le plafond et les meubles. Souvent, le son direct est même minoritaire par rapport aux réverbérations !

Combinée à la directivité de nos enceintes, cette réverbération se comporte comme sur ce diagramme :

Image


En direct de l'enceinte nous parvient l'ensemble de la bande passante, du grave à l'aigu (flèches rouge, verte et bleue). Mais la réverbération de la pièce nous renvoie ce que l'enceinte a émis dans d'autres directions, avec beaucoup moins de hautes fréquences (rappelons-nous que ces dernières ne partent que vers l'avant de l'enceinte).
Par exemple les sons émis en diagonale (flèches rouge et verte) sont pauvres en aigu. Et les sons émis vers l'arrière de l'enceinte ne contiennent que du grave.
C'est pour ça que lorsqu'on a une enceinte tout-à-fait neutre, on enregistre au point d'écoute une courbe résultante qui contient plus de grave que d'aigu. Cette courbe de réponse est appelée par les anglophones "house curve". c'est la réponse naturelle de notre pièce à une source sonore moyenne.

Faut-il corriger cela ? Surtout pas, car les sources naturelles, y compris les instruments de musique de taille modeste, se comportent exactement de la même façon ! Ils émettent un ensemble de fréquences lorsqu'ils sont tournés vers l'auditeur, et nettement moins de hautes fréquences dans les autres directions. C'est particulièrement vrai pour la voix humaine.

Or, on enregistre voix et instruments en plaçant les microphones devant eux. Si on veut reproduire fidèlement leur son, il faut donc reproduire ce que le microphone a enregistré et l'envoyer vers l'avant, et envoyer vers les côtés un son appauvri en hautes fréquences.
De cette façon, on reproduit chez soi exactement ce qui se passerait si des musiciens y jouaient réellement.

Ce phénomène explique pourquoi le son d'une enceinte paraît si mauvais en chambre sourde. Il manque les réverbérations habituelles qui sont présentes lors d'un concert de musique acoustique.

Cela explique également pourquoi on a besoin de davantage de réverbération pour une installation stéréo que pour une installation multicanal. La réverbération de la pièce est nécessaire pour remplir l'espace sonore tout autour de nous. Sans quoi deux canaux ne suffiraient pas à reproduire une expérience musicale crédible.

Directivité des enceintes

Toutes les enceintes n'ont pas la même directivité. Le premier facteur qui influe sur la directivité de l'enceinte est sa taille. Plus l'enceinte est petite, moins elle est directive, et inversement.
La raison est que si les hautes fréquences ne se dirigent pas vers l'arrière, c'est parce que le corps de l'enceinte leur fait obstacle. Les basses fréquences, en revanche, oscillent plus lentement, et les vagues de surpression et de dépression ont le temps de faire tout le tour de l'enceinte avant que le haut parleur ne change de direction.

Voici le diagramme de directivité horizontale d'une petite enceinte de monitoring, la KH-120 de Neumann. Le diagramme est donné par le constructeur.

Image

L'axe vertical représente l'angle de mesure par rapport à l'axe de l'enceinte. Les courbes indiquent à partir de quel écartement le son est atténué de -3, -6, -9 dB etc.
A gauche du diagramme, les graves ne sont atténués dans aucune direction. A droite du diagramme, les aigus sont atténués dès que l'on s'écarte un peu de l'axe de l'enceinte.

Voici le même genre de diagramme pour un modèle très semblable, mais nettement plus grand : la KH-420 :

Image

Les courbes représentent aussi des atténuations de -3, -6, -9 dB etc.

En comparant les deux diagrammes, on voit que la petite enceinte n'est plus directive sous 300 Hz, tandis que la grande enceinte ne perd sa directivité que sous 100 Hz.

Il en va de même pour les instruments de musique. Les hautes fréquences d'une contrebasse sont beaucoup plus directives que celles d'un violon, car le corps de la contrebasse fait un écran bien plus efficace aux aigus que le corps d'un violon.

Question ouverte :

Si le respect de la directivité est nécessaire pour reproduire un son semblable au son réel, cela veut-il dire qu'il faut une enceinte de la taille d'une tête humaine pour reproduire à la perfection une voix humaine ? De la taille d'un violoncelle pour reproduire le son d'un violoncelle ?
Est-ce la raison pour laquelle on entend souvent dire qu'aucun système hifi n'arrive à reproduire de façon crédible le son d'un vrai piano ?... Est-ce parce que les cordes de piano sont si longues qu'elles émettent des ondes sonores cylindriques (donc directives dans un plan vertical) au lieu de sphériques (comme toute enceinte de taille raisonnable) ?
Dernière édition par Pio2001 le 16 Avr 2018 20:39, édité 2 fois.
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Message par Google » 12 Avr 2018 1:16

 
 
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Message » 12 Avr 2018 1:17

La directivité de l'enceinte

Une enceinte n'émet donc pas la même courbe de réponse dans toutes les directions.

On a vu un exemple de courbe de directivité horizontale. Qu'en est-il de la directivité verticale ? Voici par exemple ce que ça donne pour le même modèle d'enceinte (KH-120) :

Image

On voit que le 2000 Hz n'est émis ni vers le haut, ni vers le bas (pointes bleues). Pourquoi cela ? Parce que l'enceinte est une deux voies, et que le haut-parleur de grave et le haut-parleur d'aigu ne sont pas situés exactement au même point. Lorsqu'on est au-dessus ou au-dessous de l'enceinte, on est toujours plus proche de l'un des deux haut-parleurs que de l'autre. Or, la fréquence de coupure entre le HP de grave et le HP d'aigu est de 2000 Hz. A cette fréquence, les deux haut-parleurs jouent en même temps, et cela provoque une interférence.

Si on regarde le son que l'enceinte émet globalement dans la pièce, on devrait donc avoir, pour une deux voies classique sans aucun défaut, quelque chose qui ressemble à ceci :

Image

Mais si l'enceinte présente des problèmes de raccord entre la directivité du grave et la directivité de l'aigu, voici ce qui risque d'arriver :

Image

Notez que l'on parle ici d'une enceinte dont la courbe de réponse dans l'axe serait parfaitement plate : cela ne veut pas dire que la courbe de réponse sur les côtés sera bonne !

Dans tous les cas, le pente du fitre a son importance. Plus elle est élevée, moins il y aura d'interférence entre les deux haut-parleurs pour les ondes émises vers le haut et vers le bas :

Image

Au contraire, plus elle est progressive, moins l'écart de directivité entre le grave et l'aigu sera brutal (l'idéal étant de ne pas avoir d'écart du tout au départ) :

Image

Au point d'écoute, seule une partie du son que l'on entend est le son direct. Ces courbes contribuent donc de façon importante au résultat final, puisque ce sont elles qui décrivent le son qui part vers les murs, le sol et le plafond, et qui revient vers nous une fois réverbéré.
Dernière édition par Pio2001 le 12 Avr 2018 23:22, édité 2 fois.
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Message » 12 Avr 2018 23:20

L'égalisation au point d'écoute


Nous avons vu quelques principes très généraux au sujet du son des enceintes et des pièces. Nous allons maintenant tenter de comprendre ce qui se passe au point d'écoute, dans le domaine des moyennes et hautes fréquences.
Ce qui se passe dans le grave en dessous de 200 Hz, est tout-à-fait différent, car des pics de résonances apparaissent. Un autre sujet de disucssion y est consacré : enceintes-haute-fidelite/le-gmep-la-video-adaptation-piece-enceintes-t30086820.html
Jusqu'à présent, j'ai synthétisé des idées générales plutôt bien admises. A présent, ce qui va suivre est un peu plus hypothétique et n'a encore que peu fait l'objet d'expérimentations.


Le son émis par les enceintes est donc renvoyé par les parois de la pièce et finit, après des trajets plus ou moins longs, par atteindre notre point d'écoute, où la courbe de réponse en fréquence est un mélange des courbes représentant le son émis à l'origine.

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La courbe noire est en quelque sorte une courbe de réponse idéale correspondant à ce que donnerait une enceinte parfaite. C'est pourquoi lorsque l'on utilise des systèmes d'égalisation large bande tels que Audissey, DiracLive etc. la "courbe cible" que l'appareil cherche à atteindre ressemble à cela.

Mais en réalité, ce qui nous parvient au point d'écoute est plus complexe.
D'abord, les mêmes fréquences ne proviennent pas de toutes les directions. Les hautes fréquences proviennent surtout des enceintes, qui sont à l'avant dans un système stéréo à deux canaux.

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Et surtout, dans le cas de sons "transitoires", c'est-à-dire très brefs, comme les percussions, le son direct, qui vient de l'avant, arrive en premier et masque, dans notre oreille, les reflexions qui arrivent juste après.

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C'est pourquoi nous sommes en partie capables, à notre modeste niveau, d'isoler le son direct du son réverbéré. L'information donnée par la courbe de réponse au point d'écoute ne rend donc pas complètement compte du résultat sonore.

Image

Si on essaie d'atteindre la courbe cible parfaite en égalisant tout le signal, le résultat va dépendre du comportement de l'enceinte.

Cas d'une enceinte avec une bonne courbe de réponse, mais une mauvaise directivité

Imaginons une enceinte avec une bonne courbe de réponse dans l'axe des haut-parleurs, mais un accident de directivité sur les côtés. Au point d'écoute, le micro de mesure va mesurer un mélange entre le son direct, qui est correct, et le son réfléchi, qui est mauvais :

Image

Et le système de correction va agir ainsi, en réaliser un compromis correspondant à la moyenne des deux :

Image

Une fois la correction activée, on doit donc logiquement s'attendre à ce que l'enceinte se comporte ainsi :

Image

Et le résultat ne sera pas satisfaisant, car notre oreille, contrairement au microphone, devrait pouvoir discerner l'effet le la correction sur le son direct, les deux ne parvenant pas en même temps au point d'écoute.

Image

Cas d'une enceinte avec une mauvaise courbe de réponse, mais une bonne directivité

Prenons maintenant le cas d'une enceinte dont la courbe n'est pas neutre, mais qui présente une directivité régulière.

Le système de correction va mesurer ceci :

Image

Et corriger comme ceci :

Image

L'enceinte va alors retrouver un comportement proche de la perfection :

Image

Et le résultat de la correction sera bien meilleur (je n'ai pas représenté le petit problème de directivité verticale) :

Image

C'est pour cela qu'on dit que seule une enceinte avec une bonne directivité est égalisable.
Dernière édition par Pio2001 le 14 Avr 2018 2:49, édité 1 fois.
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Message » 13 Avr 2018 1:03

Superbe travail Pio, bravo :bravo:

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Message » 14 Avr 2018 0:01

Merci pour le taf ! :bravo:
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Message » 14 Avr 2018 2:52

Salut, j'ai changé le titre du topic.

Et je vous invite à remonter un peu plus haut, j'ai fini la troisième et dernière partie :)
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Message » 14 Avr 2018 16:46

Je viens de tout lire, c’est impeccable ! C’est plus détaillé que ce que j’avais fait sur le topic comment choisir ses enceintes.

Tu veux parler de la longueur d’ondes dans le cas d’une correction complète sur l’ensemble de la réponse en fréquence ?

Je pense que ça mérite d’être expliqué également sur ce post, après, il pourra le lier à celui du GMEP

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Message » 14 Avr 2018 18:57

Pio2001 a écrit:La pratique indique que la bonne courbe de réponse, mesurée au point d'écoute, est une courbe descendente dans les hautes fréquences.
Juste deux détails qui me semblent manquer :
- il faut préciser que l'allure de la courbe mesurée au point d'écoute dépend de la façon de mesurer : par exemple, la courbe va changer si on utilise un fenêtrage temporel ou non.
- l'allure de la courbe dépend aussi de la distance puisque l'atténuation est alors plus importante pour les hautes fréquences
ohl
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Message » 15 Avr 2018 18:34

ohl a écrit:Juste deux détails qui me semblent manquer :
- il faut préciser que l'allure de la courbe mesurée au point d'écoute dépend de la façon de mesurer : par exemple, la courbe va changer si on utilise un fenêtrage temporel ou non.


Bonjour Ohl,
Je ne comprends pas très bien cette histoire de fenêtrage temporel. J'avais compris que c'était un moyen de s'affranchir des réflexions qui arrivent au micro après un certain délai.
On ne peut pas mesurer la courbe de réponse au point d'écoute avec un fenêtrage, si ?

ohl a écrit:- l'allure de la courbe dépend aussi de la distance puisque l'atténuation est alors plus importante pour les hautes fréquences


Oui, d'ailleurs, dans nos salons, ce n'est pas l'atténuation avec la distance qui joue. Elle est négligeable pour ce qui nous concerne en dessous de 10 mètres. C'est le fait que le son direct, chargé en hautes fréquences puisqu'on est dans l'axe du tweeter, diminue en 1/r2 au fur et à mesure que l'on s'éloigne, tandis que le son réfléchi, qui contient moins de hautes fréquences parce qu'il est alimenté depuis toutes les directions, ne diminue pas, tant qu'on reste à l'intérieur de la pièce.

Mais d'autres choses jouent :
-la directivité plus ou moins large de l'enceinte. Plus l'enceinte est directive, plus la house curve est plate (d'après Paul Hales, mesures à l'appui... oui, ça peut paraître bizarre).
-le taux de réverbération de la pièce. J'imagine que plus il est élevé, plus la house curve sera pentue.
-le volume de la pièce. J'ai lu que plus la pièce était petite, plus la courbe était pentue (mais là je ne vois pas pourquoi).

Donc si je dis que cela dépend de la distance, j'en dis trop ou pas assez.
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Message » 15 Avr 2018 18:41

indien29 a écrit:Tu veux parler de la longueur d’ondes dans le cas d’une correction complète sur l’ensemble de la réponse en fréquence ?

Je pense que ça mérite d’être expliqué également sur ce post, après, il pourra le lier à celui du GMEP


Vaste sujet. On ne peut pas en parler sans introduire la fréquence de Schröder. Ce que je vois pour la suite, c'est essayer de faire un peu de pratique pour mettre des cas concrets en face de tous ces principes théoriques. Je posterai certaines de mes mesures pour montrer l'effet du trou à 2000 Hz, et dire s'il faut se soucier de ce problème de directivité.

Ensuite, pour l'égalisation, il y a trois voies : l'égalisation du grave seul, sous la fréquence de Schröder, l'égalisation totale, avec un FIR qui colle à une courbe cible, et l'égalisation indépendante, d'une part de l'enceinte (dans l'axe) et d'autre part du grave (sous la fréquence de Schröder).
Et encore, c'est théorique, dans la pratique, on peut faire plus sophistiqué, et s'amuser à repérer les interférences dues aux parois proches des enceintes et à les égaliser à part, s'il est vérifié qu'elles sont constantes sur toute la zone d'écoute.
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Message » 15 Avr 2018 19:32

En fait, ce que j'aimerais faire, mais je n'ai absolument pas le temps pour ça, c'est comparer les trois types d'égalisation sur mes trois paires d'enceintes et dans mes deux pièces.
J'ai en effet des Dynaudio Gemini avec un défaut simple de courbe de réponse dans l'axe, et des Boston A26 dont j'ignore les caractéristiques.
J'ai aussi deux pièces aussi réverbérantes l'une que l'autre, mais avec des sons totalement différents. L'une avec un son agréable, l'autre désagréable.

Je me demande par exemple si mon égalisation du grave + médium fonctionnerait dans la mauvaise pièce. Je n'ai pas l'impression, car le medium-aigu devrait mal sonner dans cette acoustique. Cela serait peut-être un cas qui montrerait la supériorité de l'égalisation large bande sur les deux autres.
Je me demande aussi si avec une égalisation à part, les Dynaudio et les Boston sonneraient aussi bien que les Neumann. Ce serait vraiment intéressant de le savoir.
Ce serait également utile de savoir si la courbe de RT de la mauvaise pièce suffit à expliquer son mauvais son.

Vous vous rendez compte si on pouvait mesurer la qualité du son d'une pièce avec un simple Umik en égalisant au préalable une paire d'enceinte quelconque, puis en l'utilisant pour mesurer la pièce, et enfin pouvoir choisir la méthode dégalisation la mieux adaptée (large bande au point d'écoute ou basses fréquences + enceinte seule) en fonction de ce résultat ?
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Message » 15 Avr 2018 21:20

Pio2001 a écrit:Je ne comprends pas très bien cette histoire de fenêtrage temporel. J'avais compris que c'était un moyen de s'affranchir des réflexions qui arrivent au micro après un certain délai. On ne peut pas mesurer la courbe de réponse au point d'écoute avec un fenêtrage, si ?
On peut toujours mesurer avec un fenêtrage, la question est de savoir si cette mesure est alors valide pour représenter une certaine perception. Supposons que l'on utilise un fenêtrage de 6 périodes, donc 0,6ms à 10kHz et 60ms à 100Hz, on comprend qu'il y aura plus d'énergie mesurée à 100Hz et que cela va dépendre à la fois de l'enceinte et de la pièce.
Ma remarque était due au fait que la courbe mesurée et visualisée dépend de la méthode de mesure.
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Message » 15 Avr 2018 21:56

Ça me fait penser que la méthode d'égalisation DRC avec Align2 doit être pas mal, elle égalise davantage avec la pièce dans le grave et de plus en plus l'enceinte dans l'aigu.
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Message » 15 Avr 2018 22:08

Pio2001 a écrit:En fait, ce que j'aimerais faire, mais je n'ai absolument pas le temps pour ça, c'est comparer les trois types d'égalisation sur mes trois paires d'enceintes et dans mes deux pièces. ....
Je me demande aussi si avec une égalisation à part, les Dynaudio et les Boston sonneraient aussi bien que les Neumann. Ce serait vraiment intéressant de le savoir....
Questions intéressantes mais il y a bien d'autres paramètres dont il faut estimer l'influence.

Pio2001 a écrit:Ce serait également utile de savoir si la courbe de RT de la mauvaise pièce suffit à expliquer son mauvais son.....
La courbe de RT n'est qu'un aspect un peu "global" de la réponse d'une pièce et ne suffit certainement pas à caractériser l'ensemble de ses qualités et défauts.
ohl
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Message » 16 Avr 2018 17:10

:siffle:

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Bien sûr que ça n'est pas raisonnable ! Mais en HI-FI est-ce le but ? Mario RICCI.
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