Quels sont les critères qui nous éloigne le plus de la haute-fidélité ?
Il y a tout un tas de raisons techniques qui éloigne de l’objectif d’une haute fidélité, ces raisons sont avant tout liées à notre seuil de perception auditive.
Cette science est liée à la psychoacoustique.
Nous pourrions tenter de classer par ordre d’importance les points vitaux à considérer :
1- Sons directs – Sons réfléchis – premières réflexions
La bonne perception de la musique en reproduction au travers d’une paire d’enceinte, dépend de la qualité des enceintes et de la qualité de leurs réponses dans l’axe (sons directs) et hors axe (sons réfléchis).
L’auditeur perçoit en premier le son des enceintes (sons direct) puis les sons réfléchis qui rebondissent les murs / sol / plafond.
Le cumul des sons directs et sons réfléchis constitue l’ensemble de ce qui est entendu par l’auditeur.
Plus ce cumul de sons directs et réfléchis est neutre, sans déformation, plus la restitution de l’œuvre originale est fidèle. Par exemple, la reproduction d’une bonne prise de son de batterie est celle de la batterie originale, ce qui est très difficile à obtenir dans son salon, tant la pièce déforme le son !
Le statut Hifi (Hautement Fidèle) n’est attribuable qu’à un système audio placé dans une salle qui assure le respect de certaines règles psychoacoustiques, ceci afin de de ne pas transformer le son des voix, des instruments et du mixage en un résultat peu convaincant.
Les sons directs de l’enceinte doivent être sans déformation en fréquence et en temps, ce que l’on appelle une « réponse en phase plate dans l’axe ».
Les sons réfléchis responsable des premières réflexions, sont diffusés en dehors de l’axe des enceintes, la réponse hors axe des enceintes.
Ces réflexions précoces sont soit bénéfiques, soit néfastes en fonction du délai d’arrivée et de l’atténuation, entendue par l’auditeur sur son point d’écoute.
Ce point est critique, les premières réflexions doivent impérativement être séparées par le cerveau comme un évènement secondaire.
Pour cela le cerveau à besoin d’un certain temps (temps d’intégration) et d’une certaine atténuation afin qu’il perçoive le son des enceintes comme un premier évènement et les sons réfléchis comme un second évènement.
Un abaque classique peut être de 10mS de retard et 15dB d’atténuation, exemple type d’une bonne séparation entre le son direct des enceintes et l’arrivée des premières réflexions.
Dans le cas contraire, les sons de l’enceinte et ceux des murs sont fusionnées et l’écoute lourdement déformée.
C’est le premier critère à soigner pour espérer une écoute fidèle, sinon les caractéristiques acoustiques de la pièce d’écoute s’imposent et déforment complètement le son des enceintes.
C’est donc une course de vitesse entre les sons de l’enceinte et les sons de retour des murs.
Les sons réfléchis des murs peuvent être freinés et atténués afin d’en limiter la fusion.
Cela s’effectue par un traitement acoustique étudié des premières réflexions, car dans une salle de petit volume, ce sont ces réflexions précoces qui dominent l’écoute.
L’alternative possible au traitement acoustique consiste à réduire la quantité de réflexions sur les murs à l’aide d’un angle de réflexions plus fermé.
Une enceinte qui rayonne de façon plus étroite, limite cet impact, mais ceci pose d’autres problèmes (lien) car la directivité ne peut être constante à toutes les fréquences car dépendante de longueur de l’onde sonore émise.
Ainsi la directivité d’une enceinte est plus ou moins croissante. Une enceinte très directive retarde les premières réflexions et améliore la séparation des sons directs avec les sons réfléchis, mais créé un déséquilibre important dans le haut médium et l’aigu.
La solution breveté des enceintes Reel Phase consiste à créer un champ sonore très directif, donc forcément à directivité croissante et dans le même temps, à compléter l’énergie hors axe manquante en direction des murs par un système de diffusion secondaire, dont les sons sont retardés et atténués au delà de la limite des seuils idéaux.
Ainsi, les sons directs et réfléchis sont psychoacoustiquement séparés et l’énergie hors axe manquante due à la directivité croissante est compensée.
Il est parfois conseillé pour retarder l’arrivée des premières réflexions, de pincer fortement les enceintes, cela fonctionne évidement mais créés 2 autres défauts majeurs : la diaphonie devient insupportable car l’enceinte droite rayonne totalement sur le mur gauche, l’écoute se rapproche de la monophonie ! Pincer devant l’auditeur créé par ailleurs le même manque d’énergie / déséquilibre hors axe que des enceintes directives…. L’augmentation de la directivité ou de la distance enceintes / murs est le seul moyen pour remédier convenablement à la problématique des premières réflexions. Ecouter à proximité de ses enceintes, loin des murs est le remède ultime, mais au détriment de l’immersion dans la scène sonore….
Des les années 1970, certains auditeurs Japonais utilisant de grands pavillons directifs (Western Electric A15 / Sato horn) s’apercevaient d’une nette amélioration de l’écoute par l’ajout d’un haut parleur judicieusement placé vers l’arrière, générant donc des sons retardés, permettait d’enrichir l’écoute.
Hélas les connaissances de l’époque des seuils psychoacoustiques et l’absence de métrologie ne leurs permettait pas la compréhension théorique du phénomène, l’écoute était le seul moyen d’optimiser.
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2- Les résonances basses fréquences
Les bases fréquences sont des ondes très longues. Pour connaitre la longueur d’onde, on divise la vitesse du son (344m/S) par la fréquence, voici quelques repères :
10kHz = 3,4 centimètres
1kHz = 34 centimètres
100Hz = 3,4 mètres
50Hz = 6,8 mètres
34Hz = 10,1 mètres
10Hz = 34 mètres
Avec 10 mètres de longueur d’onde, 35Hz traverse ne nombreuses fois la pièce en rebondissant de façon uniforme sur les parois si aucun freinage du son par traitement acoustique lourd n’est réalisé.
Des résonances modales se forment et s’additionnent à la fréquence du son direct avec parfois + 30 Décibels et un fort décalage du front d’onde.
Les basses fréquences sont donc dépendantes de la géométrie acoustique de la pièce dans laquelle sont placés les hauts parleurs de grave.
Les résonances modales sont donc perçue différemment par l’auditeur en fonction de l’endroit où se trouve l’auditeur (point de réception) et de l’endroit ou se trouve la source émissive.
Plus la pièce est petite, moins résonances modales sont nombreuses, mais lorsque le nombre de « modes » diminue, l’intensité augmente, ainsi les modes uniques sont violents dans nos salons par manque de volume.
Un grave de qualité dans une petite pièce est donc impossible sans traitement acoustique massif, ce qui est peu compatible dans une salle domestique car les basses fréquences sont de grandes longueurs d’ondes, il faut 1/4 d’épaisseur de traitement pour freiner et atténuer une onde sonore, un mode à 34Hz de 10 mètres de long demande plus de 2 mètres d’épaisseur, épaisseur que l’on voit fréquemment dans les studios d’enregistrement de petites tailles.
Au dela de 500 m3 de volume (soit une pièce de 170m2 avec 3 mètres de hauteur de plafond) les modes sont assez nombreux pour qu’ils soient peu gênants, ce qui rends possible la reproduction d’un grave puissant et homogène.
Les basses fréquences en plein air sont sans réflexions, donc sans déformation du son, ce qui les rends très agréables à l’écoute, à la fois impactantes et profondes, au détriment d’une puissance importante du système de diffusion car aucune résonances ne vient amplifier le son.
Des solutions alternatives à un traitement acoustique sont néanmoins apparues, permettant de contourner une partie du problème.
- Multi-Subs : En multipliant le nombre de woofers dans la pièce, on multiplie le nombre de sources émissives donc le nombre d’excitation modale, la densité modale augmente, mais hélas, l’effet diffère en fonction du placement de(s) l’auditeur(s) dans la pièce.
- Bass Array :
Le Simple Bass Array (SBA). En plaçant de façon spécifique des Woofers dans la salle d’écoute, dont le nombre dépends des dimensions de la salle, il est possible de générer une onde plane qui élimine totalement les résonnances modales, les seuls modes restant sont les modes axiaux (mode « profondeur de salle ») qu’il est aussi possible ensuite possible d’atténuer passivement ou activement en DBA (Double Bass Array).
Le SBA est la méthode choisie par ReelPhase pour améliorer les basses fréquences, il est présents dans toutes nos enceintes Hifi Stéréo.
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3- Le respect de la Distance Critique
Pour une écoute optimale, il y a toujours un compromis à faire entre l’immersion au coeur de la musique, qui dépends de la distance entre l’auditeur et les enceintes et la quantité d’énergie des sons réfléchis (sons indirects de retour des murs.)
Pour parler d’immersion, on peut faire l’analogie avec un écran de smartphone et un écran géant au cinéma, on peut être très proche de l’écran du smartphone, cela ne le transforme pas l’immersion qu’offre un écran géant de cinéma vu à 10 mètres.
C’est la même chose pour l’écoute Hifi, plus on est proche des enceintes, moins l’immersion est importante, mais la réduction de l’aire d’écoute est le seul moyen pour écouter ses enceintes sans que le son déformé et néfaste de retour des murs ne vienne envahir et détruire l’écoute.
La Distance Critique (DC) est la position idéale d’écoute ou l’auditeur reçoit la même quantité d’énergie sonore en provenance des enceintes (sons directs) que d’énergie réfléchies (sons réverbérés de retour des parois)
Dans un salon ou autres salles non traitées acoustiquement, plus la directivité des enceintes est forte, plus la quantité de sons directs est importante, ce qui permet une distance enceintes / auditeur plus vaste, avec pour effet d’augmenter l’immersion au coeur de la musique.
Des enceintes à radiation directe (enceintes sans grand pavillons ou array) rayonnent de manière large entre 110 et 130 degrés H et offrent généralement une DC de 1mètre à 2 mètres si les enceintes sont loin des murs, soit une immersion presque 3 fois moins grande qu’une enceinte directive qui rayonne à 70°H.
Plus un haut parleur est grand, plus il est directif, c’est pour cette raison principale que les grandes enceintes sont plus impressionnantes à écouter que les petites. Pour augmenter la directivité de façon remarquable le pavillon est la solution ultime, mais son profil doit être optimal pour générer un front d’onde parfait.
Un traitement acoustique lourd et adapté permet de multiplier par 2 la DC, hélas ces traitements sont difficilement réalisable dans un salon qui reste un lieu de vie. Le choix d’enceintes directives reste la seule alternative à une immersion plus forte.
Exemple d’abaques typiques dans un salon de 40m2
Radiation directe (pas de grand pavillon) : DC = 1,5 mètres sans traitement, 3 mètres avec un traitement acoustique lourd.
Enceintes directives à grand pavillons : DC = 3 mètres, 6 mètres avec un traitement acoustique lourd.
S’éloigner de trop des enceintes ne permet pas le respect de la Distance Critique, ce qui dégrade énormément l’écoute car l’auditeur est trop reculé, donc immergé dans les réflexions qui déforment énormément le son. L’objectif d’une écoute hautement fidèle s’éloigne au pro rata de la distance enceintes / auditeur.
La Distance Critique est donc la distance idéale du compromis entre les sons directs et les sons réfléchis.
Idéalement la distance entre les enceintes et l’auditeur est la même que la distance entre les 2 enceintes, le triangle d’écoute est donc équilatéral avec 2X30°.
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4- Les distortions
Les différents profils de distorsions peuvent être audible, les distorsions harmoniques comme temporelles.
Les distorsions harmoniques impaires sont très néfastes et doivent être contenues en dessous de 1% dans notre zone sensible d’analyse (500 – 5kHz) à pression acoustique d’usage, (SPL cible). 85dB à la position d’écoute est une valeur usuelle.
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Ces 4 premiers points sont ceux qui caractérisent principalement l’écoute, ils sont vitaux si l’objectif de haute fidélité est visé.
D’autres points moins importants peuvent aussi nous éloigner d’un objectif Hifi :
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5– L’appairage des enceintes
Les dissymétries sont très audibles lors d’une écoute Hifi mono auditeur à parfaite équidistance des enceintes droites et gauches, les sons sommés en phases ne créént plus l’imagerie holographique dès lors que ce critère est défectueux.
Le défaut d’appairage est souvent du à une asymétrie acoustique de la pièce, cumulé à la fusion des premières réflexions avec le son direct des enceintes.
Sans traitement acoustique adapté, le seul moyen est de compenser activement l’énergie manquante que renvoi de l’un des 2 murs pour rééquilibrer et retrouver un appairage correct.
La correction électronique par égalisation ne permet qu’une modification fréquentielle alors qu’il s’agit principalement d’un problème temporel…
Par la compensation hors axe de nos enceintes, l’appairage s’effectue sans égalisation, donc, sans dégradation du son de l’enceinte, le front d’onde reste inchangé.
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6- Les différentes distorsions des composants électroniques.
Cela existe sur des matériels mal conçus, il est donc important de vérifier les performances intrinsèques des DAC et amplificateurs.
Un Sinad de 85dB et supérieur rends tout défaut inaudibles, mais si la performance du rapport signal / bruit est supérieure, bien qu’inaudible, c’est psychologiquement favorable.
Pour la partie amplification, nos enceintes offrent des courbes d’impédances hautes, limitant le risque à des amplificateurs de qualité moyenne.
Il faut sur toutes les enceintes, utiliser un amplificateur dont la puissance réelle est 3 fois plus importantes que le besoin en crête de la puissance nécessaire pour reproduite les pics sonores de la musique, ce critère très connus est appelé « facteur de crête », c’est une donnée fournie par les constructeurs d’amplificateurs sérieux.
La puissance en crête des amplificateurs est souvent le défaut numéro un des électroniques associées aux enceintes.
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7- La source
Contrairement à une source numérique Lossless correcte, la platine vinyle n’atteint pas le seuil d’un Sinad de 85dB, elle est est même très loin !
Mais le plaisir d’utilisation et l’aspect visuel peuvent être plaisant.
Avec un disque vinyle en bon état, bien pressé et un bon équipement, la qualité d’écoute reste correcte, mais il arrive souvent que le mastering des vinyles est différents, voir meilleurs que pour un même enregistrement destiné au supports numériques, surtout pour des disques dont les masters sont anciens….
Dans le cadre d’une utilisation hautement fidèle d’une platine vinyle, les performances sont très liées à la détérioration du disque qui s’use vite, le rumble et la bande passante du support rendent aussi les performances globales défavorables par rapport à un support numérique lossless (qualité CD 16 bits / 44.1kHz), dans le cas unique ou les 2 masters seraient strictement identiques.
Pour les supports numériques, la qualité sans compromis est atteinte en lossless 16/44, les résolutions supérieures bien qu’inutilement plus performantes, sont aussi recommandables.
Pour les supports en streaming, bien s’assurer d’un format lossless.
Les formats lossy en 256Kbps, voir inférieurs, peuvent montrer des différences inaudibles au 16/44.1, cela dépend surtout de la dynamique de l’enregistrement, du silence de la pièce, mais surtout de la qualité acoustique de la pièce et des capacités des enceintes et du système audio dans son entièreté à restituer la meilleure qualité possible.
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Récapitulatif :
D’une manière générale, les bons résultats s’obtiennent par des sommes de compromis, principalement au travers des caractéristiques des enceintes dans ses qualités de réponses de directivité dans l’axe et hors axe et avec une compensation idéalement active pour limiter la fusion et améliorer l’appairage.
La restitution des basses fréquences n’est optimisable que par la multiplication des sources basses fréquence ou d’un montage SBA / DBA.
Sans cela la qualité du grave sera très lourdement dégradée, avec un effet de masque sur le reste de la bande passante.
Sans optimisation Multi-Subwoofer / SBA ou DBA, la solution reste le choix d’enceintes qui descendent peu dans les basses fréquences afin de limiter l’excitation des modes, donc de déboucher l’écoute.
La correction électronique par égalisation est une alternative active assez peu satisfaisante si elle est effectuée par un algorithme automatique (Dirac / Audyssey et autre).
Un acousticien avec une bonne maitrise de la métrologie peut améliorer sensiblement en diminuant les pics des modes, mais ne change rien aux problèmes temporels qui sont ceux de la salle, ce dernier préfèrera les améliorations physiques telles que le SBA ou DBA ou Multi-Subs.