Les bases de la sono : amplis et enceintes

 

Avant toute chose ce texte n'est pas notre propriété, mais comme le site a fermé j'ai pu en trouver une copie sur tekalouest.org ! Il serai domage qu'il se perde !
chiourme :
Voila une petite doc qui etait sur le site d'Arthur

 

Les bases de la sono : amplis et enceintes
version : 1.0RC5 | dernière mise à jour : 26/10/2004



Sommaire




[i] Quelques bases techniques importantes

[II] Associer amplis et enceintes

[III] Savoir définir ses besoins

[IV] Classification des amplis

[V] Classification des enceintes





Quelques bases techniques importantes


Avant de rentrer dans la pratique, il est nécessaire de plonger un peu dans la théorie (pas beaucoup rassurez vous!). Il y a 5 choses à retenir aussi importantes l'une que l'autre :



1- La réponse en fréquence.
l'oreille humaine entend de 20Hz, le son grave le plus bas qu'on peut entendre, à 20 000Hz, le son le plus aigu qu'un gamin de 10ans peut entendre (il est généralement admis que le médium se situe entre 250 et 2500Hz). Avec l'âge on entend de moins en moins les fréquences aigues. Donc en pratique, reproduire les 20kHz en sonorisation ne sont pas indispensables et 16kHz sont suffisants. Dans le grave, il n'est pas très utile d'avoir du 20Hz. Toujours en pratique, bien reproduire le 50Hz est généralement suffisant pour de la musique enregistrée. Il faut savoir que le kick d'un beat techno (le boum boum quoi) ou le kick d'une batterie acoustique sont compris entre 60 et 80Hz (par contre une basse à 6 cordes descend à 32Hz). De toute façon, une bonne enceinte type Sono avec un boomer de 38cm en bass reflex reproduit difficilement le grave en dessous de 50Hz (en tout cas pas avec un niveau suffisant). Pour un 30cm c'est 60Hz. Ne pas se laisser embobiner par les pubs d'enceintes à 2 sous qui indiquent 30-20.000Hz. C'est du pipeau ! Enfin, pour terminer sur ce point, une réponse en fréquence sans la valeur de l'atténuation ne sert à rien. C'est à dire que 50-18.000Hz tout seul est inutile. Par contre 50-18.000Hz (-6dB) c'est mieux ! Cela veut dire que le 50Hz se trouve à 6dB en dessous de la sensibilité nominale de l'enceinte. Bien sûr, seuls les constructeurs sérieux indiqueront l'atténuation. Si elle n'est pas notée, il faut considérer que la réponse en fréquence n'est pas valable et il faut prendre les valeurs "par défaut" que j'ai indiquées plus haut (dans les basses 50Hz à -6dB pour un 38cm et 60Hz à -6dB pour 30cm)




2- La sensibilité
Trop souvent appelée incorrectement rendement, la sensibilité est exprimée en dB SPL/1W/1m et indique la capacité de l'enceinte à transformer efficacement en bruit (musique) l'électricité qu'elle reçoit de l'ampli (dB SPL = deciBel Sound Pressure Level). Concrètement, on envoie 1 Watt aux bornes de l'enceinte et on mesure la pression accoustique qu'elle produit à 1m de distance. A mettre IMPERATIVEMENT en rapport avec la puissance admissible (voir point 3-)




Réponse en fréquence du caisson AG AUDIO SW-118H





3- La puissance admissible
Il existe plusieurs façons de mesurer cette puissance. La plus connue est la norme RMS ( Root Mean Square ) ou "sinus" ou encore "efficace". En (très) gros, on envoie un signal sinusoïdal à l'enceinte et on mesure la puissance moyenne maximale qu'elle peut recevoir sur une durée de temps infinie. Néanmoins, cette valeur RMS n'est pas très utile dans la pratique. La musique n'est pas une onde sinusoïdale mais un signal complexe avec des pointes de dynamique largement au dessus de la valeur moyenne. En sonorisation professionelle, 3 normes principales sont utilisées pour décrire une puissance qui reflète cette réalité :
La première est la norme AES ( Audio Engineering Society ). Elle indique la puissance que peut recevoir une enceinte pendant 2 heures en lui appliquant un signal type bruit rose avec des crêtes de 6dB supérieures à la valeur moyenne. Ce signal simule parfaitement un programme musical. Très souvent, la puissance AES nominal d'une enceinte est suivie d'un autre puissance dite "Puissance AES Program". Elle équivaut souvent à la puissance AES nominal augmentée de 3dB, soit le double de la puissance AES nominale.
La deuxième méthode est plus éprouvante. C'est la norme EIA RS-426-A définie en 1980. Le test dure 8 heures et il utilise un bruit rose avec une valeur de crête 6dB supérieure à la moyenne.
Enfin, il existe la norme IEC 268-5 ( International Electrotechnical Commission ) qui est la pire de toutes. Elle consiste à appliquer pendant 100 heures sur l'enceinte un bruit rose dont la réponse en fréquence va de 40Hz à 5kHz !!! La norme IEC donne une valeur équivalente à la puissance RMS, puisqu'au bout de 100 heures, le haut-parleur a atteint sa stabilité thermique.
Pour donner un ordre d'idée des rapports, une enceinte de 200W RMS tient environ la même puissance IEC, environ 250W EIA, 300W AES nominal et 600W AES Program.



Pour l'ampli, il existe aussi plusieurs normes pour mesurer leur puissance mais seuls les watts RMS (ou "sinus" ou encore "efficace") sont à prendre en compte (P=U²eff/R). Les watts RMS d'un ampli sont calculés de la même manière que pour une enceinte mais on y ajoute une valeur de distorsion. L'un est indissociable de l'autre ! Il faut savoir qu'un ampli sera plus ou moins puisant suivant le taux de distorsion mesuré. Attention donc quand on compare 2 produits. Par exemple un ampli de 2x200W RMS avec 0.05% de THD (Total Harmonic Distortion) peut sortir 2x300W RMS avec 10% de THD. Tous les constructeurs sérieux indiquent une puissance RMS avec le taux de distorsion équivalent. Il existe quand même plusieurs manières de mesurer une puissance RMS. La plus contraignante est la norme FTC qui correspond à une puissance RMS avant écrêtage (soit généralement avec une distorsion inférieure à 0,1%) sur la plage de fréquence 20-20.000HZ. La norme EIA est une puissance RMS sur une sinusoïde à 1kHz avec 1% de distorsion. La puissance EIA d'un ampli est donc plus élevée que sa puissance FTC. Parfois on trouve aussi une puissance IHF-A qui n'est pas une puissance RMS mais qui correspond à la puissance impulsionnelle, soit ce que peut débiter un ampli sans saturer sur une brève impulsion (genre le kick d'une batterie). Enfin terminons avec les puissances dites "exotiques" :



:: La puissance crête (Watts crêtes ou peak en anglais) s’obtient en multipliant la puissance RMS par 2 (100W RMS = 200W crête).
:: La puissance crête à crête (Watts crête à crête ou peak to peak) s’obtient en multipliant la puissance RMS par 4 (100W RMS = 400W crête à crête).
:: La puissance musicale (Watts musicaux) s'obtient en multipliant par 2 la puissance RMS (100W RMS = 200W musicaux).
:: La puissance DIN (Watts DIN) s'obtient en multipliant la puissance RMS par 1,666 (100W RMS = 167W DIN)



4- L'impédance
Pour l'association ampli/enceinte, il faut tenir compte de la puissance mais aussi de l'impédance de l'enceinte. L'impédance est la charge que représente l'enceinte pour l'amplificateur. Elle est exprimée en Ohms. C'est l'impédance qui dicte le mode travail de l'ampli, dans la majorité des cas 2 / 4 / 8 ou 16 Ohms. Bien que cette valeur varie avec la fréquence (ce que montre une courbe d'impédance fournie par tout constructeur sérieux), on attribue une valeur nominale à chaque enceinte, généralement 4 ou 8 Ohms.



Aujourd'hui, n'importe quel ampli sérieux fonctionne sans aucun problème sous 4 Ohms ou 8 Ohms (et plus). Les amplis haut de gamme fonctionnent aussi sous 2 ohm (mais n'essayez pas avec un Boost, ça le grillerait sûrement !!!) . Il faut savoir que plus l'impédance baisse, plus l'ampli va sortir de courant et donc mettre à rude épreuve ses circuits (notamment l'alimentation et les transistors de sortie) et il va beaucoup chauffer. Théoriquement, dans un ampli parfait, la puissance double chaque fois que l'impédance est divisée par 2. En pratique, sauf sur de rares exceptions, les contraintes économiques font qu'un un ampli ne suit pas cette belle théorie. Ainsi par exemple un ampli de 2x200W sous 8 Ohms ne sortira que très souvent aux alentours de 2x300W sous 4 Ohms et 2x400W sous 2 Ohms. Il suffit de regarder la documentation technique du constructeur pour avoir toutes les puissances et savoir si l'ampli supporte de travailler sur 2 Ohms.



5- Le déciBel
Le déciBel (dB) représente la différence entre 2 niveaux, que ce soit une tension, une puissance ou un volume. C'est une unité issue d'un calcul logarithmique, sa progression n'est pas donc linéaire. Pour ne pas rentrer dans des calculs mathématiques rébarbatifs, voici un tableau qui résume tout ça :





En regardant ce tableau, on s'aperçoit qu'il faut multiplier par 2 la puissance d'un ampli pour produire 3dB de niveau supplémentaire, ce qui est une augmentation faible du volume perçu par notre oreille. En d'autres termes, on gagne 3dB de pression acoustique à chaque fois qu'on double la puissance. De la même manière, quand on monte le son de 8 à 10dB, l'oreille le perçoit comme étant 2 fois plus fort (la pshyco-acoustique n'étant pas une science exacte, la sensation de "2 fois plus fort" varie quelque peu suivant les individus). Autre chose importante à retenir, on ne peut pas ajouter directement les déciBels. Ainsi, 2 sons identiques et simultanés, dont le niveau sonore est de 50dB, ne donneront pas 100dB, mais 53dB !!! Toujours pour mieux comprendre le déciBel et ce qu'il représente dans la réalité, voici un tableau qui indique une échelle de niveaux sonores :






Enfin, pour compliquer encore les choses, il faut savoir que l'oreille ne perçoit pas toutes les fréquences de la même manière. Par exemple, nous sommes moins sensibles à 50Hz qu'à 5000Hz. Ce sont Fletcher et Munson, qui ont découvert ce phénomène en 1933 et ils l'ont traduit par un diagramme qui porte aujourd'hui leur nom :






Les fréquences en Hz sont portées en abscisse (X) et le niveau de pression acoustique en dB en ordonnée (Y). Les courbes indiquent les courbes d'égale sensation sonore. Elles sont appelées lignes isosoniques normales pour des sons purs. Pour corriger ce comportement physiologique de l'oreille, il a été inventé le déciBel dit "de pondération A" (noté dBA) dont la réponse en fréquence est la même que celle de l'oreille.



Maintenant, que le déciBel n'a plus de secret pour vous (ou presque), on peut enfin comprendre le rapport entre niveau sonore (dB), puissance admissible et sensibilité. Prenons une enceinte A de 250W à 100dB/1W/1m de sensibilité. Cela veut dire qu'elle sort un niveau de 100dB pour 1W, 103dB pour 2W, 106dB pour 4W, 109dB pour 8W,..., et environ 124dB pour 250W. Une autre enceinte B de 250W mais avec 90dB de sensibilité ne sortira que 114dB maximum, ce qui fait une différence énorme avec l'enceinte A puisque cette dernière sera perçu comme étant 2 fois plus fort par notre oreille !





Associer amplis et enceintes


En pratique, pour bien associer des enceintes avec un ampli, il faut donc regarder du côté de la puissance mais aussi de l'impédance. L'un ne fonctionne pas sans l'autre ! Tous les amplis modernes sont prévus pour fonctionner indifféremment sous 4 ou 8 Ohms. Les impédances supérieuses ne posent pas de problème, c'est juste que la puissance délivrée sera plus faible. Quant aux impédances faibles telles que 1 ou 2 Ohms, peu d'amplis peuvent supporter une telle contrainte. En fait seuls les modèles haut de gamme peuvent vraiment fonctionner sous 2 Ohms (reportez vous à la notice de votre ampli pour plus d'info).



Si une enceinte de 8 Ohms est raccordée à un ampli, il faut regarder la puissance de l'ampli sous 8 Ohms pour savoir ce que va recevoir l'enceinte. Il est aussi utile de savoir que 2 enceintes de 8 Ohms câblées en parallèle représentent une charge globale de 4 Ohms pour l'amplificateur ; chaque enceinte recevant la moitié de la puissance (l'impédance étant notée Z, la formule mathématique exacte est 1/Ztotal = 1/Z1 + 1/Z2 + ... + 1/Zn). Par exemple, si on raccorde 2 enceintes 8 Ohms de 400W AES sur chaque canal d'un ampli de 2x600W RMS sous 8 Ohms et 2x900W sous 4 Ohms, la charge globale sera de 1/(1/8 + 1/8 ) = 4 Ohms. L'ampli sortira donc 900/2=450W sur chaque enceinte.



Les vrais pros choisissent un ampli dont la puissance RMS est 2 à 4 fois plus importante que la puissance EIA de l'enceinte. Mais pour le néophyte qui veut une bonne marge de sécurité, il faut prendre un ampli dont la puissance RMS est égale à la puissance RMS de l'enceinte. Néanmoins, il est plutôt conseillé de prendre un ampli de puissance égale à la puissance Program/AES de l'enceinte à condition de ne JAMAIS faire saturer l'ampli (diodes Clip toujours éteintes). Enfin, plus généralement, il n'y a pas de règle stricte, tout ampli peut fonctionner avec n'importe quelle enceinte tant qu'on connaît leurs caractéristiques.






Savoir définir ses besoins



Combien de watts sont nécessaires pour une soirée techno de 200 personnes ?
J'ai un ampli de 2x300W et des enceintes X. Cela sera-t-il suffisant pour sonoriser mon groupe rock ?
Ces questions sont très souvent posées et sont de véritables casse-tête pour les néophytes qui veulent s'équiper. Je vais tenter ici de donner quelques éléments pertinents de réponse.




Voici les 4 facteurs essentiels à prendre en compte :




1- Le niveau sonore souhaité

Le décret n° 98-1143 du 15 Décembre 1998, souvent appelé "loi des 105dB" impose une limitation des niveaux sonores, à l'intérieur et à l'extérieur des locaux diffusant de la musique amplifiée. Cette limitation est de 105dB(A) en moyenne avec des crêtes maximum de 120dB - Petite parenthèse, la loi aurait du adopter une courbe de pondération C plutôt que la A au vue les niveaux visées. Cela aurait été bien plus logique. Parenthèse fermée - 105dB(A) est donc la norme aujourd'hui en concert bien que cette limite soit assez souvent dépassée.



2- La surface à couvrir

Plus on s'éloigne d'une source sonore (enceinte) plus le son est faible. Pour être précis, en champ libre le bruit perçu décroît de 6dB chaque fois que l’on double la distance. Si une enceinte produit un niveau moyen de 116dB (très fort) à 1m, elle ne produira plus que 92dB à 16m, ce qui est insuffisant pour un niveau type night-club ou concert qui est de 105dB moyen (je le rappelle limité par la réglementation française).


Ensuite, il faut savoir qu'une enceinte possède une directivité, qui en gros est l'angle de couverture (exprimée en degrés donc). Elle s'exprime avec 2 chiffres, par exemple 90°x60°. Cela signifie que l'enceinte rayonne 90° sur le plan horizontal et 60° sur le plan vertical. On appelle cela la couverture nominale et elle définit à quel moment le son est moins fort de 6dB par rapport à celui produit dans l'axe de l'enceinte. Remarque importante, la directivité ne s'applique vraiment que pour le médium et l'aigu, le grave étant omnidirectionnel.


Avec ces informations, il est facile de comprendre que deux enceintes avec une directivité de 90°x60° placés dans les angles suffiront dans une petite salle. En extérieur, il faudra coupler 2 enceintes de 90°x60° pour obtenir 180° de couverture. Cependant, tout n'est pas si simple. Il faut savoir que les problèmes de phase sont nombreux dans les zones de recouvrement et que certaines enceintes se couplent mieux que d'autres. Pour simplifier disons qu'on peut coupler assez facilement 2 enceintes par côté. Au delà, c'est plus compliqué mais je ne vais pas développer car cela sortirait du cadre de cet article.



3- Le type de musique

On ne sonorise pas un quator de chambre et un soirée techno de la même manière ! Il est donc important de connaitre les caractéristiques de la musique jouée pour bien définir ses besoins. La plus grosse problématique vient souvent du niveau de grave. Presque toutes les bonnes enceintes multi-voies de sono peuvent atteindre les limites de la douleur sur le médium, mais dans les basses fréquences, un 38cm chargé dans une caisse de 80-100 litres n'y arrive pas.






La courbe rouge ci-dessus représente le niveau maximum qu'un boomer Eminence Kappa Pro 15 (très répandu) est capable de fournir dans une enceinte de 100 litres accordée en bass-reflex à 55Hz. Alors qu'à partir de 165Hz, le haut-parleur atteint son niveau maxi, on voit très bien qu'en dessous, le niveau baisse rapidement pour ne produire plus que 104dB à 40Hz. Avec 90% des enceintes large bande en 2 voies à moins de 1000 euros vous obtiendrez le même résultat. Pour qui souhaite du grave, un caisson dédié est indispensable ou alors il faut s'orienter vers un autre type de produit (par exemple un modèle avec 2 boomers de 38cm en simili 3 voies type Peavey UL215H)



4- Dynamique et sécurité

Quand un matériel est poussé à bout durant de longues heures, le risque de casse augmente proportionnellement. Ce sont d'ailleurs souvent les enceintes qui grillent les premières. Si vous vous souvenez du chapitre sur les puissances, les constructeurs d'enceintes utilisent en majorité la norme AES (puissance program) qui est un test sur régime musical pendant une durée de 2 heures. Hors une soirée dure facilement 2 à 4 fois plus longtemps ! Attention donc à ce que vous faites...
Prévoir une marge pour reproduire correctement les pointes de dynamique est aussi une bonne précaution. Les composants travaillent plus loin de leur limite, ce qui diminue les risques de casse et améliore le son qui parait moins "tassé" et plus naturel.






Classification des amplis


Passons maintenant aux amplis. En gros, il existe 4 catégories :



Entrée de gamme type B**st, Gh*st ou Mc Farl*w. En aucun cas, ces produits peuvent être qualifiés de pro. Ces amplis ont souvent de grosses lacunes techniques et ne sont pas bien protégés. Ils se reconnaissent à leurs prix défiant toute concurrence et à leur documentation technique inexistante à part l'indication d'une puissance souvent "pipo bimbo". Il faut généralement diviser par 2 la puissance affichée pour obtenir la véritable puissance RMS ! Et bien sûr aucune indication sur la bande passante, la distorsion, le slew-rate, le facteur d'amortissement, le type de technologie employée, etc... Ces amplis grillent pour un oui ou pour un non et sont très légers par rapport à leur puissance (sans utiliser pourtant d'alimentation à découpage). Quant au SAV, il est souvent inexistant. Bref, ces amplis sont à éviter bien entendu, sauf si le budget ne permet pas autre chose. Dans ce cas, il faut ménager l'ampli en y prenant grand soin lors des transports, en le faisant travailler bien en deçà de sa puissance maxi et en soignant le câblage au maximum (un court circuit est souvent fatal pour ces amplis).




Moyen de gamme chez les "marques non réputées". Ce sont souvent des marques de distributeurs ou des fabricants asiatiques (mais pas tous). On trouve de tout dans cette catégorie, du bon comme du mauvais, mais globalement ces amplis fonctionnent bien. On peut leur faire confiance si on les utilise correctement. La qualité n'a plus rien à voir avec les productions des années 80. Certains modèles sont même aujourd'hui très proches des marques réputées tant en qualité de fabrication qu'en musicalité ou performances. Certains sont même de très gros constructeurs qui proposent des produits avec un excellent rapport qualité/prix. Inter-M fabrique par exemple 150.000 amplis par an dans une usine ultra-moderne en Corée. Les économies dues à leur puissance d'achat se répercutent (en bien) sur le prix de vente final. Les doc techniques sont souvent très complètes et il n'y a pas de surprise sur les Watts vendus.



Moyen de gamme chez les "marques réputées". Pour la plupart, ce sont des fabricants américains qui ont délocalisé leur production en Asie afin d'être plus compétitif sur ce segment de marché. Généralement, les performances n'appellent aucune critique particulière et les spécifications sont respectées. Le savoir faire de ces marques est indéniable, il n'y a donc pas de mauvaise surprise. Par rapport aux bons produits "nomane" de la catégorie précédente, les différences techniques sont souvent minimes. Les motivations d'achat sont donc la tranquilité qu'apporte une marque, la réputation du constructeur et une revente facile. Il faut remarquer que ces amplis souvent "made in China" sont les entrées de gamme de ces constructeurs et ne disposent donc pas des dernières rafinements technologiques (alimentation à découpage, classe D, mise en réseau, contrôle à distance).





Haut de gamme. Là, on tombe exclusivement dans des marques réputées. Ces amplis peuvent fonctionner avec toutes les contraintes possibles et imaginables. Aucun soucis niveau fiabilité, qualité sonore et tenue en puissance, même sous 2 Ohms. Pour gagner en poids, certains modèles utilisent une alimentation à découpage couplée à la class D. Bien entendu, le prix de ces amplis est élevé et il faut compter un budget minimum afin d'accéder à cette catégorie. Rappel, La plupart des grandes marques fabriquent aussi des produits à ranger dans la catégorie moyen de gamme.






Classification des enceintes



Entrée de gamme:

Il est très difficile de fabriquer de bonnes enceintes professionelles à petit prix. Pourtant cette catégorie connait un grand succès car nombreux sont ceux qui veulent débuter dans la sono sans se ruiner. Sous l'effet d'une concurrence acharnée, les fabricants rognent sur la qualité de fabrication et des composants pour maintenir les prix au plus bas. L'assemblage est réalisé en Asie, là où la main d'oeuvre est la moins chère. Les composants sont des versions génériques, moins performants que les modèles réputés. Enfin, la caisse est en agglomérée, matériau fragile (heureusement ses propriétés acoustiques sont excellentes). Au final, le son est souvent coloré avec de grosses irrégularités dans la réponse en fréquence.



Moyen de gamme :

Les enceintes de cette catégorie se situent sous la barre symbolique des 1000 euros. Ce sont généralement des outils fiables et qui ne mentent pas dans les spécifications. La construction passe à un niveau bien supérieur par rapport à la catégorie précédente avec l'emploi de bois MDF ou même multiplis. Les composants sont ausi bien plus haut de gamme puisqu'ils viennent de constructeurs réputés ou bien ils sont fabriqués sur cahier des charges. On retrouve des boomers avec saladier aluminium et large bobine (3" minimum), des moteurs de compressions 1" ou 1,5" et des filtres passifs employant des composants de qualité (self à air insaturables à bobinage de forte section, condensateurs type MKP). L'étude est aussi menée de manière plus poussée pour améliorer les peformances dans un secteur très concurentiel. Dans cette catégorie, les mauvaises surprises n'existent pas.



Haut de gamme :

Comme pour les amplis haut de gamme, on ne retrouve ici que de très grandes marques qui ont établies leur réputation sur de longues années d'expérience. Les composants choisis, le soin apporté à la fabrication, la profusion de détails pratiques et le support technique très compétant justifient les prix élevés.






Pour terminer, quelques mots sur les enceintes très bas de gamme type B**st, Gh*st ou Mc Farl*w. Vue la technologie généralement employée (boomers avec de petits aimants, tweeters piezo) et les techniques de marketing trompeuses de ces sociétés sans scrupule, IL NE FAUT PAS CROIRE LES SPECIFICATIONS PUBLIEES ! Dans la grande majorité des cas, la sensibilité ne dépasse pas 92dB SPL/1W/1m et la puissance REELLE RMS est au maximum de 150W pour une enceinte avec un boomer de 38cm. Les tours de magie n'existent pas. Ces enceintes alléchantes ne le sont que sur le papier. Elles font du bruit mais avec une qualité sonore déplorable. Tous ces petits constructeurs n'ont généralement pas de labo pour mesurer ne serait-ce qu'une réponse en fréquence... Les chiffres sont toujours gonflés et il faut donc prendre une marge de manœuvre de 2 sur la puissance pour être tranquille. Autre détail important, il faut absolument éviter les tweeters piezo et prendre toujours des vrais compressions. Un piezo est fragile, il possède une réponse en fréquence totalement NON-linéaire, et le son manque énormément de "matière" (on parle souvent de "poussière d'étoile" pour définir les aigus ultra cristallins des piezos)




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