Mesures sur enceintes acoustiques et local d'écoute

Une étape indispensable pour un audiophile est de faire des mesures acoustiques sur son système, à l'aide d'un PC, d'un microphone et d'un logiciel de mesures acoustiques.
Ceci est important pour les raisons suivantes:

  • optimiser des enceintes acoustiques, leur filtrage, leur temps de transit (en optimisant le placement des haut-parleurs)
  • optimiser le placement des enceintes dans son local, pour en minimiser les résonances

Cette rubrique donne un aperçu sur l'utilisation du logiciel ARTA en version gratuite.

Pourquoi et quoi mesurer?

La conception d'enceinte acoustiques se fait à l'aide de logiciels (ou calculette pour les courageux) utilisant les  paramètres électriques des haut-parleurs . Le problème est que ces paramètres sont une moyenne sur plusieurs échantillons, et la précision en est approximative. Ceci permet néanmoins de calculer un volume et un accord d'évent (si bass-reflex). Le réglage final de l'évent est alors effectué, soit à l'oreille, soit avec l'aide d'un logiciel de mesure.

D'autre part, le placement des enceintes dans le local d'écoute est grandement facilité avec l'aide d'un tel logiciel, le microphone étant alors placé au point d'écoute. En effet, la distance des enceintes aux murs, les positions en encoignure ont une influence importante sur les résonances dans le local d'écoute.

Dans mon cas, et du fait de l'utilisation du préamplificateur numérique TACT RCS2.2, il est également intéressant de vérifier le calibrage effectuée par cet appareil, car cette fonctionnalité n'y est pas implémentée.




Le matériel

On ne recherche pas une précision importante dans les relevés, car le travail se fait par comparaison entre des courbes. Un ou 2 décibels d'écart par rapport à la réalité ne sont pas si importants

De ce fait, on peut utiliser un PC avec une carte son de qualité standard, et un microphone de type électret (avec polarisation basse tension). Ce dernier peut comporter une table d'étalonnage si c'est un modèle destiné à cet usage, et dont le coût va de 40 à 70€ pour le modèle EMM-8 de ibf-acoustics (avec ou sans étalonnage), voir http://www.content.ibf-acoustic.com/catalog/index.php?cPath=21_22 . La linéarité d'un tel micro est excellente en basse fréquence, justement ou les courbes de réponse d'enceintes et de locaux sont les plus chahutées, l'augmentation de niveau aux fréquences élevées étant moins gênante: on peut donc se passer éventuellement de l'étalonnage du micro dans le cadre d'un petit budget. Par contre, l'utilisation d'un micro de ce type nécessite l'utilisation d'un préamplificateur, du fait  de son faible niveau  de sortie. L'utilisation de l'entrée micro de la carte son n'est pas conseillée pour cette application, du fait du niveau de bruits parasites  qui l'affectent, et qui réduisent la dynamique de mesure. Le préampli MP-21 de Bfakustik convient à cet usage: son gain est variable de 12 à 52dB. Ceci dit, il est facile de concevoir un tel préampli constitué d'un ampli OP standard.

L'utilisation d'un PC portable peut nécessiter une carte son externe (USB) car il peut se produire des phénomènes d'oscillations (accrochage) avec la carte interne, du fait que les 2 entrées sont utilisées simultanément en mode FR2 (compensé). Il est possible d'utiliser alors le mode FR1 en boucle ouverte, mais moins précis (limitation de bande passante possible si carte son de qualité standard).

le logiciel est téléchargeable ici: http://www.fesb.hr/~mateljan/arta/download.htm
La version utilisée pour ces essais est la 1.5.0, celle actuellement téléchargeable étant la 1.6.1 (ArtaSetup161.exe).
Le site comporte des notices d'utilisation très bien faites (en anglais), et le logiciel inclus LIMP, permet de mesurer des impédances (dont celle d'un haut-parleur).
Un petit amplificateur audio externe est recommandé car il permet d'envoyer les impulsions de mesure au HP avec un niveau suffisant (15 à 20W).
Le mode "démo" est le seul disponible pour la version gratuite, qui convient parfaitement à cet usage.

Boîtier de mesure

// ' );popup.document.close();">Cliquez pour agrandir l'imageLe schéma du boîtier a été fait d'après une note d'application disponible sur le site de ARTA (http://www.fesb.hr/~mateljan/arta/support.htm: ARTA Measuring Box)
Le synoptique du boîtier en mode étalonnage figure ci-contre.
Cliquez pour agrandir l'imageLe synoptique du boîtier en mode mesure figure ci-contre

Calibrage

Cliquez pour agrandir l'imageCâbler le boîtier en mode étalonnage.

1-Mode FR1 (sans correction de niveau)

Lancer ARTA avec "Continue on demo mode", passer en mode FR1 et cliquer sur "Setup/Audio Devices" (voir ci-contre).
Sélectionner le nom de la carte son utilisée pour les entrées et sorties (Input , Output device).
Relier les 2 entrées de la carte son à la sortie -20dB de l'ampli.
Régler un niveau  sonore  moyen sur le HP avec le volume de l'ampli externe.
Passer en mode FR1 sur ARTA sans la correction micro et sans AVG, avec octave smoothing 1/6ème.

Cliquez pour agrandir l'imageCliquer sur "Setup/Measurement" et cocher les cases comme ci-contre.
Cliquer sur "Generator/Configure" et mettre le champ FR Mode sur PN Pink (bruit de phase rose).
Pour régler le niveau, il est plus facile d'utiliser le mode "IMP" en PN, car un bargraphe permet de trouver le niveau non saturant pour la carte son. Reporter le niveau correct dans "Generator/Configure". Pour exemple, cliquer ci-dessous. 
Mode IMP
Cliquez pour agrandir l'imageFaire une analyse en cliquant la flèche rouge. On obtient le transfert de l'amplificateur + carte son (voir ci-contre)
Cliquez pour agrandir l'image2-Mode FR2 (correction de niveau).

Lancer une analyse en mode FR2 en bruit rose (Pink noise)
On doit obtenir un transfert plat (AVG=1 en linear) selon celui ci-contre.
Cliquez pour agrandir l'imageCliquer sur l'icône "FR Compensation" et mettre en action le fichier de compensation du micro (soit correction_micro.mic par exemple et si l'on dispose de ce fichier). Indiquer le chemin du fichier dans le champ et valider (ou dévalider) en cliquant le bouton "Use frequzncy  response  compensation". Refaire une analyse en cliquant sur la flèche rouge.
On doit obtenir une réponse inverse de celle du micro (de la courbe d'étalonnage).
Le fichier de compensation  doit avoir le format suivant (pour les premières lignes):
mic EMM8 07030603
freq (Hz) Amp (dB) Phase (deg)                               
10                0.15                -11.4
10.4                0.19                -12.54
10.81                0.18                -10.66
etc...
Cliquez pour agrandir l'imagePour vérifier la dynamique de la carte son, mettre la courbe en Overlay (Overlay/Set as overlay), déconnecter la borne LEFT IN et la court-circuiter.
Refaire une mesure en Avg Linear avec 10 mesures.
On peut alors quantifier la dynamique de la carte son utilisée à 60dB environ, ce qui est normal pour une carte intégrée à la carte mère (Asus P5QPro). Ceci suffit pour faire des relevés de courbes de réponse d'enceintes (mais pas pour des mesures de distorsion ou d'intermodulation : il faut alors utiliser une carte externe pour s'affranchir du bruit de fond produit par le PC).

On est alors sûr de pouvoir faire des mesures significatives.
Cliquez pour agrandir l'image3-Mode IMP

Pour l'utilisation en mode impulsionnel, cliquer sur "IMP", puis sur la flèche rouge (ou "Record/Impulse response").
La fenêtre ci-contre apparaît.
Cliquer sur "Generate" et régler le niveau sous l'onglet "Periodic noise" par "Output volume" pour que le bargraphe reste vert (ou orange). C'est comme cela que l'on vérifie que les entrées de la carte son ne sont pas saturées.
Recliquer "Generate" pour couper le générateur et cliquer "Record".
Cliquez pour agrandir l'imageOn obtient alors la réponse impulsionnelle qui doit ressembler au graphe ci-contre.
Le fond du graphe peut être blanc ou noir en cliquant sur "Edit/BW background color".
Cliquez pour agrandir l'imageOn va maintenant obtenir la réponse fréquentielle en cliquant sur "Analysis/Dual gated smoothed freq resp", selon le graphe ci-contre. La réponse doit être plate ou donner la courbe inverse de la calibration micro si celle-ci a été  validée par l'icône  "FR compensation".
Cliquez pour agrandir l'imageA noter que dans ce mode, les fréquences de coupures hautes et basses sont déterminées par le fenêtrage indiqué sous l'onglet "Setup/Analysis parameters" .
Le champ  Gate1 fixé ici à 20ms donnera une analyse fréquentielle valide jusqu'à 50Hz (1/0.020). Une bande apparaît sur le graphe montant la partie de la courbe non valide entre 20 et 50Hz. La gate 2 permet de fenêtrer la réponse du local d'écoute et de s'en affranchir, en la positionnant avant les 1ères réflexions. On a alors la réponse du HP seul
On peut utiliser la souris pour paramétrer ce fenêtrage en cliquant sur le graphique, à gauche puis à droite de la réponse impulsionnelle.
D'autre réponses peuvent être obtenues sous l'onglet "Analysis", entre autre par "Burst Decay" permettant de visualiser sous forme ce chutes d'eau (Waterfalls) la réponse du local. Pour exemple, cliquer ci-dessous. 
Waterfalls

Mesures

Cliquez pour agrandir l'imageDéconnecter l'entrée gauche (blanc) de la sortie -20dB de l'ampli et la relier au préampli micro (ARTA OUT) selon le synoptique ci-contre.
Faire une mesure en mode FR2 en réglant le volume du préampli pour ne pas saturer l'entrée de la carte son.
Cliquez pour agrandir l'imageCliquer sur les flèches de Range pour ajuster l'échelle (ou clic droit sur le graphe).
Cliquez pour agrandir l'imagePour connaître le délai entre le signal source et le signal mesuré (temps de transit), cliquer sur " Recorder, Crosscorelation delay estimation ", puis cliquer sur " Accept " pour le mettre en référence si l'on mesure plusieurs HP de la même enceinte.
Pour ces 2 relevés, le micro était à 20 cm du HP. Le délai est 0.833 ms.

Relevés de mesure

Pour exemple de mesure, voici les courbes mesurées sur mon système (cliquer sur le bouton pour la description).
Faire sa chaîne haute fidélité
Cliquez pour agrandir l'imageLe relevé ci-contre est fait avec le micro étalonné en position d'écoute sur la voie gauche.
  • courbe rouge: sans correction TACT
  • courbe noire: avec correction TACT
  • courbe bleue: la correction effectuée par le TACT (différence entre noire et rouge)
Cliquez pour agrandir l'imageLe relevé ci-contre est fait avec le micro étalonné en position d'écoute sur la voie droite.
  • courbe rouge: sans correction TACT
  • courbe noire: avec correction TACT
  • courbe bleue: la correction effectuée par le TACT (différence entre noire et rouge)
Cliquez pour agrandir l'imageEn mode IMP, voici par exemple ci-contre la réponse en chutes d'eau de mon local d'écoute.

Ce type d'analyse révèle aisément les défauts d'un local: on voit alors apparaître en basses fréquences des surtensions accompagnées d'un temps d'extinction long. En effet, une résonance d'enceinte placée en encoignure s'accompagne d'un coefficient de surtension élevé, donc d'un temps d'extinction important, qui viendra provoquer un effet de masque en basses fréquences. C'est pourquoi ce type de  placement n'est pas recommandé.
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