Rapport signal/bruit

[glouglou2436]

J'ai un ampli qui annonce un rapport signal/bruit de 100 db sur les entrées ligne et de 80 db sur l'entrée phono.
Mon lecteur CD annonce un rapport signa/bruit de 118 db et ma platine vinyle annonce un rapport signal/bruit de 73 db.
Négligeons toutes les autres sources de dégradation du rapport S/B (câbles, cellule ...) et posons la question: sur mon système ...
Quel est le rapport signal/bruit pour une écoute CD?
Quel et le rapport signal/bruit pour une écoute vinyle?
A vos calculettes ...

[Scytales]

Impossible à calculer sans connaître les niveaux des signaux pour lesquels ces rapports sont établis et ni les niveaux réels des signaux dans la chaîne.

Par ailleurs, ces rapports ne sont pas forcément comparables entre eux, dans la mesure où la bande passante sur laquelle le bruit est pris en compte n'est pas précisée et que ces bandes passantes peuvent parfaitement être différentes. Il n'est pas non plus précisé l'application d'un éventuel filtre de pondération du bruit (A ou une variante). Même si cela peut avoir un effet marginal, les impédances d'entrée et de sortie pour lesquels ces rapports sont spécifiées ne sont pas précisées.

Enfin, quel serait l'intérêt ou le but de l'exercice ?

[Themisto]

Impossible à calculer sans connaître les niveaux des signaux pour lesquels ces rapports sont établis et ni les niveaux réels des signaux dans la chaîne.

Par ailleurs, ces rapports ne sont pas forcément comparables entre eux, dans la mesure où la bande passante sur laquelle le bruit est pris en compte n'est pas précisée et que ces bandes passantes peuvent parfaitement être différentes. Il n'est pas non plus précisé l'application d'un éventuel filtre de pondération du bruit (A ou une variante). Enfin, même si cela peut avoir un effet marginal, les impédances d'entrée et de sortie pour lesquels ces rapports sont spécifiées ne sont pas précisées.

A mon avis, on peut dire du moins que le SNR de l'écoute CD sera strictement inférieur à 100dB et celui de vinyle strictement inférieur à 73dB. Non?

[glouglou2436]

Je le pense également.

[Scytales]

Et bien, non, justement.

Pour le montrer, je vous propose de raisonner à partir de deux des appareils proposés par glouglou2436, l'amplificateur intégré et le lecteur de CD, et avec un seul des paramètres que j'ai énumérés, le niveau, en négligeant tous autres facteurs.

L'amplificateur intégré est spécifié pour avoir un rapport signal sur bruit de 100 dB sur l'entrée ligne.

Qu'est-ce qu'un rapport signal sur bruit ? C'est le rapport entre deux grandeurs : la tension du signal (le numérateur) et la tension de bruit (le dénominateur).

Dans le cas de notre amplificateur intégré, de quelles tensions de signal et de bruit parle-t-on ? Évidemment, celles qu'on observe sur la sortie haut-parleur : c'est ce qui nous intéresse. En général (mais ce n'est pas systématique), le rapport signal sur bruit est spécifié au niveau de sortie qui correspond à la puissance nominale.

Mais quelle est le niveau sur l'entrée ligne ? Glouglou2436 ne le précise pas, mais prenons pour raisonner une sensibilité relativement typique pour un intégré (le raisonnement serait le même pour toute autre sensibilité) : une tension d’entrée de 150 mV (0,15 V) pour obtenir la puissance maximale en sortie.

Première question, qu'il faudra garder à l'esprit : il faut 150 mV à l'entrée pour obtenir la puissance maximale en sortie, certes, mais sur quelle position du réglage de volume ?

L'entrée de l'amplificateur intégré peut être un circuit actif. Il a donc un rapport signal sur bruit à l'entrée (un circuit passif a aussi un rapport signal sur bruit, mais le niveau de bruit est généralement beaucoup plus bas, puisqu'il n'y a pas d'amplification).

Passons maintenant à un cas très pratique : branchons le lecteur de CD sur l'entrée ligne. Glouglou2436 n'a pas précisé le niveau de sortie nominal, qui est celui où le rapport signal sur bruit d'un lecteur de CD est généralement spécifié. Typiquement, le niveau de sortie nominal d'un lecteur est de 2 V (parfois moins, souvent plus).

Le lecteur de CD produit donc un niveau de signal maximal très supérieur au 150 mV nécessaire pour obtenir la puissance maximale en sortie de l'intégré. Entre 150 mV et 2 V, il y a un écart de 22,5 dB. Le rapport signal sur bruit de l'entrée active de l'amplificateur intégré va donc être significativement plus grand qu'avec 150 mV, puisque le terme de signal (le numérateur) est beaucoup plus grand alors que le terme de bruit (la tension de bruit propre de l'étage d'entrée) est le même (en première analyse). Certes, le rapport signal/bruit sur l'entrée ligne de l'intégré est plus grand, mais qu'observe-t-on en sortie, là où cela nous intéresse ? En sortie, le signal sera fortement écrêté, puisqu'on alimente l'amplificateur avec une tension 13 fois plus élevé que ce qui est nécessaire pour qu'il atteigne sa puissance maximale.

Qu'à cela ne tienne : diminuons le volume jusqu'à obtenir en sortie la même tension avec 2 V à l'entrée que celle que nous obtenions avec 150 mV à l'entrée. A ce stade, on pourrait se dire : nous avons aligné les niveaux de sorties dans les deux cas, donc le rapport signal sur bruit en sortie est le même, puisque le niveau de sortie est le même et que le bruit de fond de l'amplificateur est le même.

Et bien, pas forcément !

En effet, la tension de bruit qu'on observe en sortie de l'intégré est le résultat de la contribution de tout ce qui est branché avant l'intégré, et de tout ce qui se trouve avant le réglage de volume de façon générale, additionné au bruit propre de tout ce qui se trouve après le réglage de volume.

Si ce qui domine dans le bruit de fond de l'amplificateur, c'est le bruit des circuits qui se trouvent après le réglage de volume, il y a de fortes chances que le rapport signal sur bruit ne change pas, du moins pas significativement, entre le cas où l'intégré est attaqué avec 150 mV et le cas où l'intégré est attaqué avec 2 V bien que le rapport signal/bruit de l'étage d'entrée ligne soit très supérieur.

Mais si la contribution au bruit de fond à la sortie de l'amplificateur contient une proportion significative du bruit des circuits avant le réglage du volume, voire que ce bruit soit une contribution dominante du bruit de fond de sortie, la situation est très différente.

Car lorsque nous avons diminué le réglage de volume en passant d'un signal d'entrée de 150 mV à 2 V pour ne pas saturer la sortie de l'amplificateur, nous avons non seulement diminué le niveau du signal (le numérateur dans le rapport signal/bruit) à l'entrée de l'étage de puissance, mais aussi la tension de bruit (le dénominateur), car le réglage de volume ne sait pas discriminer entre tension du signal et tension de bruit. Or, si la tension de bruit est atténuée par le réglage de volume, le niveau de bruit qui se présente à l'entrée de l'étage de puissance de l'amplificateur va générer moins de bruit en sortie par rapport à un réglage de volume plus élevé. En effet, le bruit en sortie de l'intégré est notamment la tension de bruit à l'entrée de l'étage de puissance de l'amplificateur multiplié par le gain de cet étage. Moins à l'entrée, moins en sortie, exactement comme pour la tension du signal.

Dans le cas où la contribution en bruit des étages d'entrée de l'amplificateur et de ce qui est branché dessus est dominant, diminuer le réglage de volume permet donc de diminuer le niveau de bruit en sortie de l'intégré. Si en plus, le rapport signal sur bruit à l'entrée ligne de l'intégré est plus élevé (parce que le terme de signal dans le rapport est plus élevé), on peut en fait se retrouver dans une situation dans laquelle le rapport signal sur bruit en sortie est plus élevé que celui qui est spécifié (le point de départ du raisonnement).

D'ailleurs, j'aimerais souligner à ce stade que c'est l'une des raisons pour lesquelles beaucoup d'amplificateurs de puissance ont un réglage de niveau à l'entrée : non seulement ce réglage permet d'ajuster le niveau de sortie, notamment pour éviter la saturation, mais, judicieusement réglé, il permet parfois d'améliorer le rapport signal sur bruit en fonction des performances du préamplificateur en amont.

Comme on le voit, l'étude du rapport signal/bruit d'une chaîne complète n'est pas trivial. Je me suis arrêté au simple problème des niveaux, dans un cas simple, en négligeant les autres facteurs.

Au terme de ce raisonnement, je maintiens donc ma position : impossible de déterminer le rapport signal/bruit d'une chaîne complète à partir des spécifications individuel de chaque maillon sans connaître et appréhender la totalité des facteurs en jeux dans chaque cas particulier. Il est impossible de se rassurer, ou de se faire peur, à partir des seules valeurs de rapport signal/bruit.

Je pense aussi que l'exercice est assez vain.

Pour paraphraser Coluche, qui se moquait des publicitaires qui vantaient les lessives qui "lavent plus blanc que blanc", je dirais qu'on ne peut pas obtenir plus silencieux que le silence. Si on n'entend pas de bruit de fond sortir des haut-parleurs de sa chaîne dans les cas les plus difficiles, c'est que le rapport signal/bruit est suffisant !

[MickeyCam]

Bonjour,

voilà comment je mesure un rapport signal/bruit d'un ampli ou préampli :

j'utilise un audio analyser HP-8903B, un oscilloscope et un wattmètre BF
la sortie 1000 Hz de l'a-a vers l'entrée de l'ampli
la sortie de l'ampli vers le wattmètre équipé d'une résistance de 4 ou 8 ohms 100 W
l'oscillo en sortie également pour surveiller la tronche du signal
et également la même sortie vers l'entrée mesure de l'audio analyser

j'injecte le signal de 1000 Hz sur l'entrée de l'ampli
potard de l'ampli au maxi s'il y en a
j'augmente le niveau de sortie jusqu'à ce qu'apparaisse l'écrêtage, léger retour en arrière pour ne plus écrêter, le wattmètre devrait afficher la P nominale
je mets le mode S/N sur l'analyseur
le géné se met en mode géné-silence-géné-silence toutes les demi secondes environ
et il affiche le résultat en dB sur un display à LEDs
(sur la photo, il mesure sa propre distorsion)



Michel...

[glouglou2436]

Merci à Scytales et MickeyCam pour leurs éclaircissements!
Mes vieilles oreilles resteront donc mon instrument de mesure du rapport S/B de mon installation

[Themisto]

Le rapport S/N est censé représenter un rapport entre le signal de la source et le "bruit" des composants de l’élément testé.
Dans le cas d'un CD, c'est le rapport entre un signal lu et le bruit+signal en sortie.
Dans le cas d'un amplificateur, c'est le rapport entre un signal dans une entrée et le bruit+signal en sortie.

Si ces définitions sont bonnes, quand on mesure l'ensemble CD+ampli, le bruit en sortie d'ampli va être la somme des deux bruits, il est IMPOSSIBLE que cette somme soit inférieure à l'un des deux bruits (du CD ou de l'ampli seuls).
Et -donc- il est impossible que le rapport S/N de l'ensemble soit supérieur au plus petit rapport S/N de l'un des deux (du lecteur CD ou de l'ampli).

Je comprends que SI ces mesures sont différentes selon les fréquences (si l'ampli est testé à 10kHz mais que le lecteur CD est testé à 1kHz) on ne puisse pas tirer des conclusions, mais je ne comprends pas ces histoires de voltages etc.

[Scytales]

Le rapport S/N est censé représenter un rapport entre le signal de la source et le "bruit" des composants de l’élément testé.
Dans le cas d'un CD, c'est le rapport entre un signal lu et le bruit+signal en sortie.
Dans le cas d'un amplificateur, c'est le rapport entre un signal dans une entrée et le bruit+signal en sortie.

Si ces définitions sont bonnes, quand on mesure l'ensemble CD+ampli, le bruit en sortie d'ampli va être la somme des deux bruits, il est IMPOSSIBLE que cette somme soit inférieure à l'un des deux bruits (du CD ou de l'ampli seuls).
Et -donc- il est impossible que le rapport S/N de l'ensemble soit supérieur au plus petit rapport S/N de l'un des deux (du lecteur CD ou de l'ampli).

Je comprends que SI ces mesures sont différentes selon les fréquences (si l'ampli est testé à 10kHz mais que le lecteur CD est testé à 1kHz) on ne puisse pas tirer des conclusions, mais je ne comprends pas ces histoires de voltages etc.

Si tu ne comprends pas ces histoires de tensions (voltages), c'est regrettable, car cela fait partie du B.A. BA de la conception ou de l'installation de chaîne de sonorisation (sonorisation au sens fonctionnel du terme : installation qui produit du son). Je t'invite donc à te documenter sur la question. Il y a beaucoup de choses à lire sur internet en faisant une recherche avec les termes anglais "gain structure", qui est l'expression consacrée pour évoquer le réglage des niveaux (en volts) dans une chaîne pour optimiser le rapport signal sur bruit ou la plage dynamique utilisable en pratique. Si tu peux te le procurer, le livre Handbook for Sound Engineers, ouvrage collectif sous la direction de Glen Ballou auxquels ont contribué de grandes signatures, contient un chapitre exhaustif sur la question. Je ne connais malheureusement rien d'aussi bon en français.

Un réglage correct de la chaîne de gain, c'est, à mon avis, la chose la plus importante que l'on puisse faire sur la partie électronique d'une chaîne pour obtenir la meilleure qualité d'écoute.

Si j'en ai le temps, je convertirais l'exemple littéral que j'ai donné plus haut en croquis avec les calculs de niveaux et de rapport signaux sur bruit aux différents points de la chaîne.

En attendant, je m'excuse de faire appel à mon cas personnel : j'ai mis en application les principes de réglage de niveaux optimaux dans une chaîne de gains pour obtenir chez moi un rapport signal sur bruit meilleur.

J'ai accès au moins à trois réglages le long de la chaîne (sans compter les niveaux de sortie de certaines sources) :
- un réglage du gain des entrées du préamplificateur ;
- le réglage de volume du préamplificateur (un réglage de niveau) ;
- un réglage de niveau à l'entrée des amplificateurs de puissance.

Lorsque le niveau d'entrée des amplificateurs de puissance et le gain des entrées du préamplificateur ne sont pas correctement réglés, une très légère ronflette est audible dans les haut-parleurs.

Lorsque le niveau d'entrée des amplificateurs de puissance et le gain des entrées du préamplificateur sont judicieusement réglés, pour obtenir le même volume sonore général que ci-dessus, il n'y a plus la moindre trace de ronflette (elle a disparu quelque soit le réglage de volume, d'ailleurs).

Mêmes appareils, même volume sonore d'écoute final et pourtant meilleur rapport signal sur bruit rien que parce que les gains et atténuations des niveaux aux points stratégiques sont bien réglés.

[Themisto]

Scytales, merci infiniment pour le temps que tu consacres aux explications. Je suis très touché, sincèrement.

Si tu ne comprends pas ces histoires de tensions (voltages), c'est regrettable, car cela fait partie du B.A. BA de la conception ou de l'installation de chaîne de sonorisation (sonorisation au sens fonctionnel du terme : installation qui produit du son). Je t'invite donc à te documenter sur la question. Il y a beaucoup de choses à lire sur internet en faisant une recherche avec les termes anglais "gain structure", qui est l'expression consacrée pour évoquer le réglage des niveaux (en volts) dans une chaîne pour optimiser le rapport signal sur bruit ou la plage dynamique utilisable en pratique. Si tu peux te le procurer, le livre Handbook for Sound Engineers, ouvrage collectif sous la direction de Glen Ballou auxquels ont contribué de grandes signatures, contient un chapitre exhaustif sur la question. Je ne connais malheureusement rien d'aussi bon en français.

Un réglage correct de la chaîne de gain, c'est, à mon avis, la chose la plus importante que l'on puisse faire sur la partie électronique d'une chaîne pour obtenir la meilleure qualité d'écoute.

Non, mais... ma remarque sur les voltages c'était juste une boutade.
Evidemment que je comprends. Mais je ne vois pas ce que cela à faire là-dedans. Est-ce que les constructeurs sont aussi nuls pour tester leur matos exprès à un voltage où ils obtiendraient un SNR moins bon ? Je présume que non.

Si j'en ai le temps, je convertirais l'exemple littéral que j'ai donné plus haut en croquis avec les calculs de niveaux et de rapport signaux sur bruit aux différents points de la chaîne.

En attendant, je m'excuse de faire appel à mon cas personnel : j'ai mis en application les principes de réglage de niveaux optimaux dans une chaîne de gains pour obtenir chez moi un rapport signal sur bruit meilleur.

J'ai accès au moins à trois réglages le long de la chaîne (sans compter les niveaux de sortie de certaines sources) :
- un réglage du gain des entrées du préamplificateur ;
- le réglage de volume du préamplificateur (un réglage de niveau) ;
- un réglage de niveau à l'entrée des amplificateurs de puissance.

Lorsque le niveau d'entrée des amplificateurs de puissance et le gain des entrées du préamplificateur ne sont pas correctement réglés, une très légère ronflette est audible dans les haut-parleurs.

Lorsque le niveau d'entrée des amplificateurs de puissance et le gain des entrées du préamplificateur sont judicieusement réglés, pour obtenir le même volume sonore général que ci-dessus, il n'y a plus la moindre trace de ronflette (elle a disparu quelque soit le réglage de volume, d'ailleurs).

Mêmes appareils, même volume sonore d'écoute final et pourtant meilleur rapport signal sur bruit rien que parce que les gains et atténuations des niveaux aux points stratégiques sont bien réglés.

Ton exemple entre un préampli et un ampli de puissance (surtout quand ils sont des constructeurs différents) est effectivement un excellent exemple. Et effectivement (je suppose) qu'on ne peut même pas arriver aux SNR annoncés sur le papier sans ces réglages. Mais... peut-on les dépasser ? C'est cela que je ne comprends pas.

[Scytales]

Pour illustrer à quel point la détermination du rapport signal sur bruit d'une chaîne complète est complexe, je n'ai pas eu le temps de faire les calculs précis que j'ai évoqués plus haut.

Mais je suis tombé récemment sur Audiosciencereview sur ce post du forumeur DonH56 qui a écrit un programme informatique pour étudier le rapport signal sur bruit (et la distorsion) de sa propre chaîne : https://www.audiosciencereview.com/foru ... tem.33358/

Cette étude montre à quel point il n'est pas du tout évident de prédire le rapport signal sur bruit d'un appareil ou d'un système complet. C'est un exercice fastidieux, qui doit en principe être réalisé par le concepteur d'un appareil complet ou d'une chaîne complète.

Il faut donc non seulement se méfier des spécifications insuffisamment documentées, comme je l'indiquais plus haut, mais aussi du fait que brancher un appareil sur un autre ou de fixer d'une façon plutôt qu'une autre tel réglage de gain ou de niveau, vont donner des résultats qui seront parfois difficilement prévisibles !

[haskil]

[HoberM]

Hello !
Sur DIYAudio il y a aussi ce topic: https://www.diyaudio.com/community/threads/what-is-gain-structure.186018/
Et certainement celui qui m'a rendu l'exemple le plus concret dans ma tête c'est ce PDF:
https://content-files.shure.com/KnowledgeBaseFiles/gain_structure.pdf

Entre les deux articles d'ASR et DIYAudio et le PDF j'avais résumé mon cas à
- Mettre le plus de signal sans distordre l’élément suivant (En comparant les niveaux d'entrées et de sortie)
- Régler le volume au quotidien par le dernier atténuateur (Par exemple ceux dans amplis de puissances)
C'est probablement naif.

Moi je suis intéressé par une description en Français basé sur ton expérience !

[Scytales]

Sacrée trouvaille que cet article du forumeur Pano sur DIYAudio.com ! Tellement bon qu'il mériterait une traduction en français !

L'un des points les plus importants qu'il évoque, c'est que le niveau d'enregistrement moyen d'un programme musical est différent du niveau de crête et que le rapport signal/bruit qui est le plus important, ce n'est pas celui qui est calculé à partir du niveau maximum (éventuellement exploité lors des crêtes de modulation), mais celui calculé à partir du niveau moyen du signal, qui est beaucoup plus bas que le niveau de crête, surtout avec des productions de grande qualité, qui préservent la dynamique des voix et instruments naturels.

Le fabricant d'instruments de mesures anglais Lindos, qui a beaucoup travaillé avec la BBC, a aussi un court mais bon article explicatif sur le sujet : http://www.lindos.co.uk/test_and_measur ... full|id=18