» 25 Déc 2009 17:05
Avant de continuer sur la dynamique, il me semble utile d'apporter quelques précisions concernant les décibels.
Le sujet s'adresse d'abord aux débutants et tout le monde ne sait pas toujours faire la différence entre les dBu, dBV, dBA, dB FS, etc... Ne serait-ce que pour lire la doc, d'un préampli ou d'une enceinte.
Je me permets donc de rappeler quelques définitions:
En électronique comme en acoustique, on utilise le décibel pour exprimer les variations de tension, de pression ou d’intensité sonore. Rappelons que le décibel est une grandeur relative qui permet de comparer deux niveaux. Le nombre de décibels, positif ou négatif, exprime l’écart entre une valeur de référence et une autre valeur. Selon l’usage qu’on en fait, les décibels n’indiquent pas les mêmes grandeurs et n’ont pas les mêmes références. Pour les différencier, on ajoute à l’abréviation dB un suffixe qui permet de savoir à quel décibel on s’adresse. Il en existe des quantités mais pour le domaine qui nous concerne, nous ne retiendrons que trois familles rencontrées en électronique analogique, électronique numérique et en acoustique.
Electronique analogique.
L’unité à laquelle Graham Bell a donné son nom servait à quantifier l’atténuation du signal sur les lignes téléphoniques. Ramenée à son dixième par commodité, l’unité est devenue le décibel. Sa valeur correspondait à la dissipation de 1 milliwatt dans 600 ohms. Naturellement, ce décibel a pris le nom de décibel milliwatt (abréviation dBm). Il est toujours utilisé.
En appliquant la loi de Joule (P.R=U²), on obtient une tension de 0,775 Volt. Pour que l’unité reste utilisable avec des impédances diverses on n’a conservé que la tension comme valeur de référence et on a inventé le dBu qui représente une tension de 0,775 volts, quelque soit l’impédance. Le dBu est très utilisé par les professionnels du son.
Remarque : le repère 0 sur l’échelle d’un VU mètre équivaut à +4dBu, soit 1,228V (niveau de ligne). Rappelons que VU signifie Volume Units.
La tension maximale de sortie d’un appareil analogique professionnel peut dépasser allègrement le niveau de référence de 0,775V. Elle atteint généralement 12,6 volts (+22dB) et parfois 25,8V (+28dB pour mes fabrications). Ce n'est pas le cas pour un appareil numérique.
Retenez que le niveau de référence 0dBu vaut 0.775V et que la modulation du signal produit une variation d’amplitude au dessus et au dessous de cette référence.
Mais des tensions aussi élevées sont inaccessibles pour l’électronique grand public, qui utilise des circuits plus simples. Aussi, on a rapidement inventé un décibel mieux adapté, le dBV. Il équivaut à une tension de 1 Volt. Toutefois, sa valeur est toujours trop élevée et la référence en électronique grand public est devenue -10dBV, soit 0,316V, toujours en usage aujourd’hui.
Electronique numérique
Un signal numérique est constitué d’une suite de bits formant des octets ou des mots dont la valeur varie entre 0000..0 et 1111..1. Ne trouvant pas de corrélation directe avec les autres échelles, on a pris comme référence le niveau maximal admissible, c'est-à-dire la valeur 1111..1. A cette valeur, l’échelle d’un bargraph est pleine d’où le nom dB FS (Full Scale) donné à cette unité (James J. Colotti, Boston 1987).
La référence pour l’électronique numérique est donc 0 dB FS. Elle correspond au niveau maximal admissible par l’appareil, mesurée à 997Hz pour éviter les erreurs parfois présentes aux multiples de la fréquence d'échantillonnage. Les niveaux intermédiaires auront donc une valeur inférieure, toujours négative. Cela vaut aussi bien pour les appareils professionnels que grand public.
L’écart entre la valeur 1111..1 et 0000..0 détermine la plage dynamique. Elle est fixée par le nombre de bits. En théorie, on devrait obtenir 98dB avec 16 bits, 122dB avec 20 bits et 146dB avec 24 bits. Ajouter 1 bit, c'est gagner 6 dB FS. Mais, quand on sait que le bruit dû à l’agitation thermique des électrons dans un fil de cuivre parcouru par aucun courant s’élève déjà à -140dB (à 20kHz et 27°C), on comprend que ces figures restent théoriques et ne sont mises en avant que dans un but commercial. Le bruit résiduel des circuits électroniques, et notamment celui des convertisseurs, ne permet pas d’atteindre ces valeurs. Par exemple, la plage dynamique du codec Dolby Digital 24 bits (AC-3) est de 105dB. C’est déjà prodigieux et bien plus que nécessaire pour les applications qui nous concernent.
Il n’existe pas de corrélation directe entre les dB FS et les dBu, les dB SPL ou les volts. On peut cependant les comparer à partir d’une valeur correspondante, arbitrairement choisi comme référence de travail ou d’écoute. Elle peut se situer à -14dBFS pour un CD 16 bits, -18 (en Europe) ou -20dB FS (aux USA) en son professionnel, -27 (THX) ou -31dB FS (Dolby) pour l’écoute des dialogues d’un DVD ou d’un BluRay. Généralement, le niveau choisi correspond à 0dBu ou -10dBV en sortie de l’appareil mais ce n’est pas toujours le cas. La tension d'entrée ou de sortie dépend parfois de la procédure de calibrage qui elle-même varie suivant l’application.
Acoustique
Le niveau de pression acoustique s’exprime en dB SPL (Sound Pressure Level). Le niveau 0dBSPL correspond au seuil d’audition à 1000Hz chez une personne jeune, soit 0,00002 Pascal = 2.10-5 Pa = 2.10-5 N/m². A l'opposé, le niveau maximal supportable par l’être humain (pas longtemps), correspond à une pression de 20 Pa, soit 120dB SPL. Notons que ces deux extrêmes sont des ordres de grandeur qui changent avec la fréquence et varient d'un individu à l'autre. Rappelons que la réponse de l'oreille n'est pas linéaire et qu'il a fallu créer des courbes de compensation (A, B, C, etc), pour mesurer les niveaux avec un sonomètre. (Lire le post sur la pondération en page 2 du sujet).
La sensation subjective du niveau sonore double à chaque fois qu’on varie d’un Sone ce qui correspond à une élévation ou une diminution de 10dB (à 1000Hz). Voir le post précédent.
La maîtrise des décibels est vitale pour comprendre la dynamique et pour bien utiliser votre matériel. Si quelque chose ne paraît pas clair, posez vos questions.
JPL