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Discussions sur le matériel Haute-Fidélité

Le Rapport Signal Bruit, kesako ?

Message » 22 Fév 2020 14:13

Ouverture de ce sujet pour essayer d'y voir plus clair sur la notion du rapport signal bruit.

De quoi s'agit t-il ?
A quoi ça sert ?
Quelle sont les limites théoriques et les limites utiles ?
Comment faire pour l'entendre ?

Un récapitulatif des échanges sera fait à l'issu sur la premiere page pour avoir l'essentiel de l'info, merci à tous pour votre participation ?
indien29
 
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Message » 22 Fév 2020 14:14

RECAPITULATIF sur le rapport signal / bruit

Amir de l'ASR (Audio Sceince Review) nous décrit les seuils d'audibilité en valeurs absolue, sans tenir compte du bruit de fond de la salle ou de la perception humaine (sans tenir compte des courbes de masquage psychoacoustique ou de sonie égales)

Amir :
> 120dB (> 20 bits): bruit et distorsion inaudibles.
D 109dB — 119dB (18 bits — 20 bits): résolution bien supérieure à 16 bits (CD).
D 96dB — 108dB (16 bits — 18 bits): atteint et dépasse la résolution de 16 bits (CD).
D 85dB — 95dB (14.3 bits — 16 bits): Ne correspond pas à la résolution 16 bits (CD).
85 <85dB (<14.3 bits): les performances sont inférieures au seuil minimal tolérant défini dans ce processus.

Les résultats SINAD sont présentés après la moyenne des canaux R & L. La bande passante est de 20Hz à 20kHz.
Les performances étant physiquement limitées par le bruit et la distorsion du circuit technique, les limites uniques de chaque composant testé peuvent être évaluées à l'aide du rapport SINAD, qui représente la plage de fonctionnement sans bruit et sans distorsion en dB.
SINAD est équivalent à la fois au SFDR et au THD + N, bien que ce dernier soit en pourcentage:
0 dB SINAD = 100% THD + N
SINAD 20dB = 10% THD + N
40 dB SINAD = 1% THD + N
SINAD 60dB = 0,1% THD + N
80 dB SINAD = 0,01% THD + N
100dB SINAD = 0,001% THD + N
120 dB SINAD = 0,0001% THD + N

L’un des moyens les plus simples d’évaluer SINAD consiste à le comparer à la plage dynamique des CD 16 bits. 1 bit équivaut à 6,02 dB, ce qui porte la plage dynamique maximale des CD à 96,3 dB (sans tenir compte des effets du tremblement de mise en forme du bruit dans le processus de mastering numérique, ce qui nuit généralement à 3dB). Cela signifie que l'équipement de lecture doit être capable d'un SINAD d'au moins 96,3 dB pour garantir que toutes les informations du signal audio codé sont reproduites dans leur intégralité.

Pour la perspective, la valeur SINAD mesurée la plus élevée est d'environ 123 dB (20,4 bits) pour l'analyseur Audio Precision APx555.
Il est également utile de considérer les valeurs SINAD en termes de dBFS. 0dBFS référence la sortie maximale d'un signal numérique sans écrêtage. -120dBFS est manifestement inaudible même sans tenir compte des courbes de masquage psychoacoustique ou de sonie égales. Des recherches menées par Louis Fielder en 1981 et 1995 appuient cette affirmation.


Sur une écoute avec des enceintes dans une salle, un Sinad supérieur à 85dB (soit 14,3Bits de résolution) peut être considéré comme une valeur se trouvant au dessus de toute coloration humainement audible (voir plus bas le calcul des plafonds d'audibilité par la limite du bruit de fond de salle).

V4-EchellecomparaisonTHD.jpg

Cliquez pour agrandir

Update du 19novembre 2020

Armin de l'ASR : https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/master-review-index.11398/

https://www.stereophile.com/?ifaud=true

Dans cet article, NwAvGuy fournit quelques directives pour une bonne conception d'amplificateur. Il est «ingénieur électricien de formation (ESB) et de carrière», pas psychoacousticien, et il ne cite pas ses sources, ses limites seront donc traitées comme indulgentes.
NwAvGuy dit que "le bruit doit être de -85 dB en dessous du signal pour être inaudible, ce qui ne correspond qu'à 0,005% THD + N. Mais la musique masque la distorsion, donc 0,01% (-80 dB) est considéré comme acceptable. "Comme je ne fais aucune hypothèse sur l'auditeur ou le matériel d'écoute, je vais ignorer le seuil de -80 dB et choisir -85 dB .
Sa ligne directrice pour la distorsion est < 0,05% équivalent à -66 dBFS .

Clause de non-responsabilité: le spectre FFT indique que le bruit de fond est inférieur à ce qu'il est réellement. Ceci est appelé «gain FFT» et cela nous permet de voir les produits de distorsion qui peuvent être bien enfouis dans le plancher de bruit de l'ampli ou le DAC. Le gain peut être jusqu'à 30 dB à 40 dB inférieur à la réalité. Les commentaires sur les planchers de bruit pour les graphiques suivants sont à titre indicatif seulement.

Image
"Massive 3rd Harmonic Distortion" qui le place au-dessus des 3 seuils.


Ces valeurs correspondent à des conditions anéchoiques ou d'écoutes en champ proche, il faut y rajouter le bruit de fond de la pièce qui varie entre 18dB (chambre sourde) à 30dB (un salon calme la nuit) jusqu'à 45dB un salon en journée, avec une isolation phonique normale des bruits externes...
Dernière édition par indien29 le 19 Nov 2020 18:54, édité 10 fois.
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Message » 22 Fév 2020 14:17

Depuis l'arrivée du percutant ASR (Audio Science Rewiew) : https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php

Nosu avons la possibilité de lire des récapitulatifs de mesures sérieuses et répétitives, permettant de mieux comprendre la performance théorique des électroniques, un tableau récapitulatif vient d'ailleurs d'etre préparé pour avoir un acces rapide à l'information.

https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?pages/Audio_Equipment_Reviews/
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Message » 22 Fév 2020 14:35

Bon et bien je commence !

Le rapport signal / bruit, c'est la différence entre le bruit de fond d'un appareil et son niveau de sortie audio.

La différence est exprimée en Décibels, on peut donc par exemple, avoir un signal musical moyen qui joue à 100dB et la mesure du Bruit de fond de l'appareil, une fois que la musique ne joue pas, qui ronronne à 10dB avec ce même niveau d'amplification.

100dB - 10dB = 90dB de rapport signal / bruit.

J'ai trouvé une belle explication de Denis31 sur le S/N :

Denis31 écrit :

Bonjour
Tout appareil électronique présente en sortie un "bruit de fond" résiduel: c'est un signal très faible, à variation aléatoire. C'est le "shhhh" qu'on peut parfois entendre dans les enceintes en montant le volume en l'absence de signal d'entrée.

Le rapport signal/bruit (Signal to Noise Ratio) est simplement le quotient du niveau nominal du signal de sortie (la musique) par le niveau du bruit. Comme il est énorme on l'exprime en dB,
SNR=20Log(signal/bruit)

98db signifie donc que le bruit est quasiment 100000 fois plus faible que le signal utile (la musique). Cela correspond à un appareil très silencieux. 87dB est un peu moins silencieux, mais c'est déja très bien pour un ampli.

Pour donner un ordre de grandeur le rapport entre le niveau le plus fort et le plus faible contenus sur un CD n'est "que" 96dB. La lecture d'un 33 tours en conditions parfaites donne un SNR de 60 à 70dB.

Le rapport signal/bruit ne peut jouer sur la qualité sonore que si il devient vraiment faible. Dans ce cas certains détails de la musique pourraient se retrouver "noyés" dans le bruit.
Cela peut être le cas si quelquepart dans la chaîne de reproduction, le signal est trop atténué par rapport au bruit de fond constant: par exemple avec une électronique à gain très élevé sur une enceinte à très haute sensibilité, on pourra entendre le "shhhh" même à la position d'écoute en l'absence de musique, ou si la musique est attenuée à la source pour avoir un niveau d'écoute faible.

Le bruit électronique n'est pas gènant pour les enceintes, ni pour la fiabilité.
Dernière édition par indien29 le 13 Oct 2020 12:19, édité 2 fois.
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Message » 22 Fév 2020 14:45

Il est donc évident que plus l'appareil à un rapport signal / bruit élevé, plus il est exempt de défaut, plus il est silencieux, mais on comprends aussi qu'il y a un seuil d'audibilité ou le bruit de fond de l'appareil n'est pas audible.

Si on reprends l'exemple de notre appareil dont le S/N est de 90dB, il joue à 100dB et son bruit est à 10dB, imaginons qu'il y ait un silence profond dans la musique, on entends donc uniquement les 10dB du bruit de fond de l'appareil...
Mais pour entendre 10dB à sortir des enceintes, il faut etre dans un lieu très silencieux, en fait, on a aucune chance d'entendre 10dB sur des enceintes, car le bruit de fond de pièce est généralement supérieur...

Un appartement ou une maison en ville en journée à un bruit de fond moyen situé entre 35 et 50dB...

Un maison à la campagne peut afficher 25dB
Un studio d'enregistrement, 20dB
Une salle anéchoique, 15dB ?

Dans aucune de ces conditions, nous ne percevrions nos 10dB de bruit de fond, équivalent à un niveau d'écoute de 100dB...

Il faut par contre regarder en détail ce qui compose le bruit, si le S/N est de 100dB mais que la mesure est lissée, il faut voir s'il n'y a pas un pic de bruit de fond qui pourrait etre audible.
L'ASR offre la lecture de ces valeurs.

On peut considerer un appareil très silencieux lorsqu'il offre 90dB de rapport signa/bruit.
100dB sera plutot la norme en studio, le bruit de fond de pièce (le Noise Room en Anglais, ou abréviation NR) y étant plus bas.

Evidement, plus on ecoute fort, plus le bruit de fond de l'appareil devient prépondérant, maintenant, les enregistrements qui offrent une plage dynamique de 90dB ou plus... n'existent pas, on est déjà content d'en trouver avec plus de 15dB de dynamique (différence de niveau sonore entre les nuances musicales, pianississimo et fortississimo), on entendra donc plus le bruit résiduel de ces appareils entre les plages sonores...

Les amplificateurs doivent donc faire l'objet d'une attention toute particulière sur leur rapport S/N et plus particulièrement la chaine des gains d'une manière générale, avec une attention très forte si la chaine comporte des transducteurs à fort rendement.
Dernière édition par indien29 le 22 Fév 2020 18:55, édité 2 fois.
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Message » 22 Fév 2020 14:58

Il y en a qui écoutent au casque....
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Message » 22 Fév 2020 15:37

Tu as raison !

Plus on avance sur la distance critique, qui est le point d'équilibre entre le champ direct (le son qui sort des enceintes) et le champ diffu (le son de retour des murs) moins le bruit de fond de salle impact l'écoute.

Une écoute au casque, surtout fermé exonère du bruit de fond de salle, le bruit de fond des électroniques n'est donc pas masqué.

Pour des raisons physiologiques, on supporte malgré tout moins de pression acoustique au casque, avec un rapport S/N supérieur à 90dB au casque, compte tenu du niveau d'écoute, je pense il n'y a rien à entendre.

Dans un studio, sur les grandes écoutes et à fort niveau, c'est plus sensible, le niveau crete peut etre supérieur à 115dB et le bruit de fond de pièce est faible, c'est donc plus critique.
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Message » 22 Fév 2020 15:55

Echanges sur ce sujet sur l'ASR, ou un pro fait le calcul et indique qu'un amplificateur, en milieu domestique extrêmement calme (bruit de fond de salle inférieur à 30dB :D ) un rapport signa / bruit de 65dB serait suffisant, en tenant compte de la courbe d'isosonie sous les 200Hz

https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/what-matters-about-sinad-measurements.7375/

Traduction :

Même si «nous avons toujours utilisé 1watt pour les mesures de THD +N», vos tests arbitraires de 5w pour les amplificateurs de haut-parleurs ne sont pas moins valables, peut-être plus!

Mais jusqu'à 0,05% de Thd + N, soit environ 64dB de SINAD comme pour le Behringer A500 n'est pas un problème, car dans la plupart des cas, il sera inaudible, c'est ce qui est finalement ce qui compte.

Le SINAD est le signal du bruit total et de la distorsion, parfois THD + N qui est une mesure de la fidélité audio.]

Voici un «test de gedanken» (expérience de pensée) avec un avertissement qu'il contient de l'arithmétique (rien de plus) :

En commençant par écouter et en travaillant à l'envers, disons que vous suivez la référence de 85dB SPL standard SMPTE cinema \ studio mastering, 20dB en dessous de la pleine échelle (FS), qui permet des pics de canaux individuels non déformés de 105SPL, ou environ 108 avec cinq (5) canaux surround pilotés .

Les auditeurs en milieu domestique (salons) utilisent généralement 10 dB de moins (75 SPL), ceci est perçus comme «niveau de concert» pour les sons acoustiques classiques, jazz ou de film (il n'y a pas de référence pour la pop \ rock, car même les dommages auditifs ne sont pas la limite).

Les 20 dB entre le «niveau de référence» et le «FS» sont conçus comme une «marge» pour préserver la dynamique qui se produit dans les sons naturels et réalistes de la musique, de la parole et de l'ambiance.

Insérez maintenant un haut-parleur de qualité (de qualité moniteur) avec une sensibilité relativement élevée de 91 SPL pour une écoute de 1w dans un espace contrôlé acoustiquement à 1m - soit ~ 2w à 1,4m d'écoute en "champ proche", ~ 5w à 2,5m " son médium.

" Pour ces trois niveaux, chaque canal d'amplificateur de puissance devrait fournir 20 dB de puissance supplémentaire (facteur de crete), soit 100 W, 200 W ou 500 W pour passer les crêtes de 105 SPL sans écrêtage.

Un haut-parleur à sensibilité de 88 dB plus courant pour un usage domestique (référence 75 SPL) aurait besoin de 1/10 de la puissance mais de la moitié de la sensibilité, ou des niveaux de puissance de 20, 40 ou 100 w à 1 m, 1,4 m ou 2,5 m - moins de puissance dans un généralement vivant, pièce acoustiquement non contrôlée.

Le test ultime est de savoir si SINAD est audible.
Cela sera limité par le bruit ambiant de l'espace d'écoute.

Ma salle de contrôle et mon studio sont tous deux inférieurs à 30 SPL non pondérés ou ~ 25 pondérés A, mais ISO: 226 (Fletcher-Munsen) s'applique principalement en dessous de 200 Hz, nous utiliserons donc non pondéré dans cet exemple.

Le bruit 30 SPL est de 55 dB en dessous de la référence 85 SPL, ou de 45 dB en dessous du niveau d'écoute domestique nominal de 75 SPL, et suppose une maison inhabituellement calme.

Nous pouvons discerner des signaux de 15 à 20 dB sous le bruit, donc pour être inaudibles, les artefacts d'amplificateur pour une écoute domestique typique doivent être de -65 dB en dessous de 1 w, 2 w ou 5 w par leurs distances d'écoute respectives. -65 dB est inférieur à 0,05%.

Donc, si SINAD est <0,05%, l'amplificateur n'est pas perçu comme ajoutant de fausses colorations au son.

Ainsi, pour le canal de l'amplificateur de puissance Behringer A500, vous mesurez THD + N d'environ 0,047%.

Dans un environnement familial typique, ce serait aussi bon que nécessaire.

Et tandis que les pointes mesurées pour son alimentation pourraient être meilleures, les pointes harmoniques individuelles, paires et impaires, sont généralement en baisse> 80 dB - très probablement inaudible même dans un studio silencieux et contrôlé acoustiquement.

SINAD pour la plupart des amplificateurs semble mieux à la puissance la plus élevée - pourquoi ils sont souvent les seuls chiffres publiés par le service marketing d'un fabricant - mais tant qu'ils couvrent les pics sans écrêtage, ce sont les pourcentages 1 \ 2 \ 5w qui importent le plus, car la plupart du temps c'est ce que nous entendons.
Dernière édition par indien29 le 19 Nov 2020 19:04, édité 2 fois.
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Message » 22 Fév 2020 17:01

Excellente initiative de post :bravo:

Que signifie: Rapport Signal sur Bruit (IHF A pondéré) : 100 dB ?


Sinon je me suis toujours posé une question sur la somme des bruits de fond d'une chaîne complète, le seul point de sortie effectif étant les enceintes, comment estime-t-on le SNR final d'un préamp de 90db couplé à un bloc de puissance dont le SNR est à 100db ?
Je suppose que le SNR le moins bon l'emporte ?
4AD
 
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Message » 22 Fév 2020 17:34

Bonjour,

les décibels n'ont qu'une valeur de comparaison
ne pas confondre les dB acoustiques d'un sonomètre avec les dB du S/N ou le gain d'un ampli ou préampli
ils n'ont rien à voir entre eux
la pondération est la mesure avec une courbe de réponse non plate, mais selon des normes, comme la "A"
sinon, pour moi, la mesure à 1 W ne sert à rien, surtout en Sinad, il faut la mesurer à P max avant écrêtage

Michel...
Dernière édition par MickeyCam le 22 Fév 2020 17:38, édité 1 fois.
MickeyCam
 
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Message » 22 Fév 2020 17:37

Exactement, le "gain" d'un composant d'une chaine HiFi est calculé en dB (log 20) car ce sont des tensions
indien29
 
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Message » 22 Fév 2020 18:00

4AD a écrit:Excellente initiative de post :bravo:

Merci 4AD, ça sert surtout à mettre en perspective les fausses idées reçues sur la performance d'une electronique dont en pense que l'on pourrait percevoir à l'infini les performances d'un rapport signal Bruit très élevé...

Il n'en est rien, la limite du bruit de fond de la pièce remet les pendules à l'heure, ainsi dans un salon, on entendra pas de différence entre 2 amplis, Dac ou autre, dont le rapport S/N est supérieur à 85, voir 90dB....

C'est pour ça que les tests ABX ne permettent pas de les différencier... dès lors que l'on dépasse ces seuils d'audibilité (une petite pensée pour HongKongFufu, rapport au post sur l'Esoteric :zzzz: )

4AD a écrit:Que signifie: Rapport Signal sur Bruit (IHF A pondéré) : 100 dB ?

"IHF", je ne sais pas ce que c'est, on parle plutot de THD (Total Harmonic Distortion en Anglais, ou DHT en Français)

La pondération, c'est la limitation de la largeur de la bande passante, par exemple, la pondération A se focalise sur la plage fréquentielle la plus sensible à l'oreille (voir la courbe d'isosonie), contrairement à une pondération C, on écarte les distortions qui se trouvent dans les basses fréquences, l'oreille y est moins sensible.

Image

4AD a écrit:Sinon je me suis toujours posé une question sur la somme des bruits de fond d'une chaîne complète, le seul point de sortie effectif étant les enceintes, comment estime-t-on le SNR final d'un préamp de 90db couplé à un bloc de puissance dont le SNR est à 100db ?
Je suppose que le SNR le moins bon l'emporte ?

Les bruits de fond s'additionnent, différents éléments mesurés indépendamment pourraient ne pas faire apparaitre de défauts audibles, alors que la somme de ces défauts pourraient le devenir.

En réalité, compte tenu de la performance générale des sources, des Dacs, si ces électroniques sont bien desinés, bon composants, bonne conception, il n'y a pas de différences humainement audibles dans un salon, ils sont souvent au dessus de 90dB de Sinad, parfois à des prix ridiculement bas.

Tu as par exemple ici un classement de l'ASR des Sinad des Dacs :

Image
Click pour agrandir

Ce qui est dans le rouge, c'est ceux qui ont un risque d'audibilité de bruit (90dB et moins)

Dans le vert, on est dans le domaine de l'inaudible, le classement continue car l'instrument de mesure le permet (pas l'oreille évidement)

Les amplis, entre les THD que donnent les constructeurs, généralement très optimistes et la réalité, il y a un monde, les mesures de l'ASR permettent de voir ce que ça donne, ici un lien filtré des amplis déjà mesurés :
https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?pages/Audio_Equipment_Reviews/
Faut donc bien regarder coté ampli


Les distortions largement perceptibles sont celles des enceintes, les petites, dès lors que l'on monte le volume, affichent de fortes distortions dans les basses fréquences, voir dans les fréquences supérieures, l'enceinte est donc le maillon faible d'une chaine HiFi moderne.
Sur les enceintes, il y a pleins d'autres problèmes, la disto n'en est qu'un, pas forcément le plus grave...

Les distortions / colorations apportées par la salle sont les plus nuisibles, la géométrie de la pièce, son volume, son temps de réverbération sont les facteurs limitants de toutes installations, les basses fréquences sont très, voir radicalement perturbé, le grave majoritairement est celui de la pièce, pas des enceintes ou de l'amplis.
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Message » 22 Fév 2020 18:47

Bravo, merci pour l'initiative et les explications !

Il faudrait ajouter une notion : la presbyacousie dont tout le monde souffre plus ou moins, personne n'y échappe..


La presbyacousie creuse l'écart avec le signal sur bruit...
tonylb
 
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Message » 22 Fév 2020 23:01

Super l'indien ton nouveau fil sur le rapport signal sur bruit. :thks:

Merci aussi pour ta juste mise en relation entre le bruit de fond d'une électronique et le bruit de fond du lieu d'écoute.

Et enfin bonne idée de mettre en avant l'innovant site Américain ASR (Audio Science Revue).
Igor Kirkwood
 
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Message » 22 Fév 2020 23:03

Merci Igor ! :thks:
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