1-1-2-6 : La dynamique en Hi-Fi

Mise à jour : 06 février 2023, Antidote 11.

 

Ce chapitre n'aurait jamais vu le jour sans une longue discussion philosophique sur la dynamique sur le forum "Dôme acoustique" aujourd'hui fermer.
C'est la reformulation des arguments évoqués dans cette discussion que vous avez dans ce chapitre.
Un grand merci à tous les intervenants sur le forum pour avoir apporté directement ou indirectement leur pierre à l'édifice.

 

Ce qu'est la dynamique :

Dans WIKIPEDIA.

• La dynamique sonore précise le rapport des amplitudes maximale et minimale et s'exprime en décibels (dB) suivant le mode de reproduction (cinéma, DVD et TV HD, CD, etc.).
• La dynamique (musicale) qualifie le rapport des sons les plus forts aux sons les plus faibles avec laquelle une note (ou un groupe de notes) est jouée.

 

Dans ELECTROPEDIA.

Dynamique (d'un appareil ou d'une voie son) : Rapport entre les niveaux maximal et minimal d'un signal son, exprimés en décibels, que peuvent transmettre un appareil ou une voie son donnée, sans dépasser des limites spécifiées, déterminées par la distorsion de non-linéarité, et le rapport signal sur bruit admissible.

Par OH sur un forum aujourd'hui fermé.
Plage dynamique : Rapport entre les niveaux maximal et minimal d'un signal sonore, que peut transmettre un appareil donné, exprimé en décibels, et entre des limites spécifiées, déterminées par le début de la distorsion non linéaire à l'extrémité supérieure et par un rapport signal/bruit inacceptable à l'extrémité inférieure.

Sur le même forum, quelques messages plus loin, XNWRX a proposé une correction.
Plage dynamique : Rapport entre les niveaux maximal et minimal d'un signal sonore, qu'on exprime généralement en décibels. Le niveau minimal se caractérisant par un rapport signal sur bruit supérieur à xx dB (3 dB par exemple), et le niveau maximal étant caractérisé par un taux de distorsion inférieur à yy% (disons 1%).

Pour des enceintes dans votre pièce, le niveau minimal est donné par la pièce qui peut être plus ou moins silencieuse vis-à-vis des bruits extérieurs ou intérieurs.

 

Ce que n'est pas la dynamique :

La dynamique n'est pas un niveau sonore possible élevé.
Il y a certainement des amateurs de système à pavillon qui le croient, mais il confondent la possibilité d'un niveau sonore moyen élevé, le SPL, avec la capacité à bien reproduire la différence entre un niveau sonore élevé et un niveau sonore faible d'un même morceau de musique.

L'approche de ces amateurs consiste à dire que leur système est capable d'un niveau crête de 120 dB par exemple, donc que la dynamique de leur enceinte est de 120 dB.
Placé dans une pièce dont le bruit de fond est de 30 dB, ils leur resteraient 120 - 30 = 90 dB de dynamique.
Ce n'est pas de cette dynamique-là que nous parlons dans ce sujet, même s'il faut soigneusement préciser le terme.
Les 90 ou 120 dB sont la capacité dynamique des enceintes.
Nous parlons, nous entendons, de la capacité d'un système à reproduire la dynamique d'un morceau de musique.

 

Deux remarques :

Bien des incompréhensions entre les membres des forums viennent de la mauvaise définition des termes techniques.
La dynamique d'un morceau de musique ou la capacité dynamique d'un système sont au cœur des incompréhensions sur le terme dynamique.
La bonne définition des termes n'est pas la chose la plus évidente...

Un audiophile qui comme moi écoute à un niveau moyen modéré se moque pas mal de la capacité dynamique du système d'écoute.
C'est la capacité de son système à bien passer la dynamique d'un morceau de musique qui est le premier critère de qualité recherché.
L'installation haute fidélité doit simplement être correctement dimensionnée en capacité dynamique pour ne jamais arriver à la limite, limite qui peut être différente entre vos souhaits et les miens.
Un système sous-dimensionné réduira la bonne reproduction de la dynamique d'un morceau de musique, et ce point est parfaitement audible.
Un système sur dimensionné n'apportera rien de plus à ce qui est enregistré.

 

Un appareil électronique qui a le potentiomètre de volume mal calibré, de telle sorte que pour une très faible course du potentiomètre le niveau sonore augmente très vite, n'est pas un appareil plus dynamique qu'un autre avec un potentiomètre plus progressif.
Cet exemple est un exemple vécu, que j'ai relu plusieurs fois sur les forums avec d'autres interlocuteurs, c'est une erreur sur la compréhension de ce qu'est la dynamique.

 

Avec cette définition de la dynamique, que vous soyez dans une grande pièce de 100 m² ou dans une petite pièce de 15 m² ne change rien : Le niveau sonore dépend du réglage du bouton de volume, et c'est vous qui le tournez...
Mettre du haut rendement dans une petite pièce n'est donc pas un problème : avec une distance d'écoute plus petite, vous aurez besoin d'encore moins de puissance d'ampli.
Pour le même niveau sonore, vous aurez moins à tourner le bouton de volume dans la petite pièce que dans la grande.

 

Répartition de la dynamique et niveau moyen :

Imaginez un CD avec une dynamique d'un morceau de musique de 40 dB que vous écoutez ce CD à un niveau d'écoute moyen, moyenne variable pour chacun.
Par rapport à ce niveau d'écoute moyen, la dynamique peut être répartie par exemple en +20 dB et en -20 dB.
Elle pourrait l'être aussi en +10 et -30 dB, ou en +15 et -25 dB, etc.
Elle ne peut pas l'être en +0 et -40 dB, puisque le 0 dB c'est la moyenne...

En fonction de votre niveau d'écoute moyen, et de la répartition de la dynamique au-dessus de ce niveau moyen, vous pouvez amener votre système à saturation.
Quand votre système sature, vous avez dépassé la capacité dynamique.
En fonction des haut-parleurs utilisés, la saturation est plus ou moins brutale.
Il peut y avoir une zone où l'augmentation du SPL n'est plus proportionnelle au signal injecté en entrée, sans que cela vous incite à réduire le niveau sonore, une zone ou la capacité dynamique commence à être altérée de façon douce.

Il faut absolument éviter de faire saturer son système ou d'arriver dans la zone de non-linéarité dynamique, il faut garder une marge raisonnable.
Si vous écoutez habituellement à un niveau moyen de 60 dB, que de temps en temps vous monter le son pour atteindre un niveau moyen de 75 dB, un système capable d'atteindre 95 ou 100 dB en crête est un dimensionnement raisonnable...
Si pour la même utilisation vous avez un système capable de passer des crêtes à 115 dB, vous êtes surdimensionné.
N'oubliez pas d'intégrer le facteur distance dans votre calcul, le niveau baisse de 5 à 6 dB à chaque fois que la distance double, avec un niveau de référence à 1 m.
< 20 * LOG( distance ).

 

Système à dynamique réduite :

Prenons notre CD avec une dynamique d'un morceau de musique de 40 dB et écoutons-le sur deux systèmes différents.
Si le premier passe les 40 dB de dynamique, il est fidèle.
Si le second réduit la dynamique à 36 ou 37 dB, il comprime la dynamique.
S'il y a une compression de la dynamique de cette sorte, cela doit se voir à la mesure, je n'ai jamais vu de mesures qui le montrent.
Si le cas existe chez vous, c'est que le système est sous-dimensionné pour votre besoin en SPL.

 

Le test du Boléro de Ravel :

Lorsque la Nouvelle Revue du Son parlait du test du Boléro de Ravel, article de Jean HIRAGA, écouté sur deux systèmes de sensibilité différente, avec des niveaux d'écoute différents sur la fin de l'œuvre alors qu'ils étaient identiques au début, c'est de cette réduction de la dynamique d'un morceau de musique dont ils parlent.
J'ai beaucoup de mal à croire que c'est vrai.
Ils ne se sont quand même pas lamentablement plantés dans leur test, en prenant un système à bas rendement qui a une capacité en SPL insuffisante ?

Je suis de plus en plus convaincu que ce test est faux.

Si vous prenez une petite enceinte, par exemple la célèbre LS3/5A avec un petit KEF B110 dans le grave et bas médium, et que vous demandez un niveau sonore de 105 dB crête, vous êtes absolument certain que votre petite enceinte sera incapable d'atteindre le niveau sonore demandé.
Est-ce un avantage du pavillon, ou est-ce un test fait en dépit du bon sens pour se rassurer sur son choix d'utiliser des pavillons ?
Si, pour le test, vous aviez pris des JBL 4311 ou similaire, avec un haut-parleur de 31 cm dans le grave, vos conclusions auraient été totalement différentes, sans différence avec les pavillons sur des crêtes à 105 dB.
Il ne faut pas faire n'importe quoi, je réfute le test du Boléro de Ravel.

Jean HIRAGA à la cote auprès des audiophiles.
J'ai au moins deux points de désaccord :

• Le test du Boléro de Ravel évoqué ci-dessus.
• Le fil droit avec du gain sur les électroniques, parce que l'hypothèse oublie l'interaction des enceintes avec la pièce qui est d'un niveau beaucoup plus important.
  N'oubliez pas que je pratique les corrections par convolution !!!

Si je reçois un texte de Jean HIRAGA pour justifier, ou simplement pour nous éclairer, je m'engage à le faire figurer sans la moindre modification à l'endroit du site qui convient.
Ce n'est pas la personne qui est critiquée, mais les idées, nous pouvons respecter les personnes sans être d'accord sur tout.

 

La dynamique des haut-parleurs :

Je n'ai jamais vu de mesures des enceintes dans la pièce d'écoute, à différents niveaux sonores, qui montre la compression de la dynamique.
Je ne compte plus le nombre de sujets sur les forums qui parlent d'une différence de dynamique entre les enceintes à faible rendement et les enceintes à haut rendement ou à pavillon.
Dire les choses sans le prouver avec des mesures objectives est sujet à doutes et à remises en cause.
La fonction de transfert du système de reproduction est-elle différente entre une enceinte à pavillon et une enceinte de basse sensibilité ?
Mesurons pour le prouver, c'est le seul argument recevable...

Vous êtes un amateur de système à pavillon, vous défendez l'idée que la fonction de transfert du système de reproduction est supérieure sur vos systèmes à pavillons que sur les systèmes de basse sensibilité, c'est à vous d'apporter la preuve de vos dires.
J'ai lu qu'un amateur de système à pavillons avait fait venir des internautes chez lui pour écouter son système, il avait posé, branché et fait écouter une paire de petites enceintes à côté des pavillons, les internautes ne se sont rendu compte de rien...
Il y a des idées qui semblent évidentes, et qui doivent être prouvées.
Personne ne conteste la capacité dynamique des systèmes à pavillon, mais ce n'est pas ce que nous entendons à l'écoute d'un morceau de musique, même à niveau sonore confortable.

 

La compression thermique :

En sonorisation, avec un niveau d'écoute moyen élevé, la compression thermique pour les puissances élevées est un phénomène bien connu et parfaitement documenté.
Mais en écoute haute fidélité, à un niveau sonore moyen beaucoup plus faible, la compression thermique est beaucoup plus faible, pour ne pas dire nulle.
Il faudrait prendre des petites enceintes, et les écouter à la limite maximum de leur niveau sonore, pour commencer à déceler un problème de compression thermique.

 

Ce n'est pas parce que vous allez envoyer des crêtes de puissance importantes à un haut-parleur que vous allez faire apparaître la compression thermique.
C'est la puissance moyenne, sur un temps relativement important, qui va faire chauffer la bobine mobile du haut-parleur, et créer la compression thermique.
Ce temps dépend directement de la constante de temps thermique, un haut-parleur avec une bobine mobile de 100 mm chauffera beaucoup moins vite qu'un autre avec une bobine mobile de 25 mm.

Enfin ce n'est pas parce que vous utiliserez un haut-parleur dans le domaine de sa compression thermique que la dynamique sera réduite.
Les pointes de puissance sont très brèves, et ne feront pas plus chauffer la bobine mobile que la puissance moyenne.
N'oubliez pas qu'à côté des pointes de puissance très brèves il y a aussi des baisses de puissance très brèves !!!
La compression thermique ne se sentira que sur le niveau moyen qui baissera de quelques dB au fur et à mesure que le haut-parleur montera en température.

En haute fidélité ce phénomène est inexistant, la puissance moyenne reste trop faible :
Sensibilité de l'enceinte 90 dB/2.83V/m par exemple, niveau d'écoute moyen de 60 à 70 dB.
Même à 4 m de distance, donc en ajoutant 12 dB aux 70 dB à 4 m, nous ne sommes qu'à 82 dB à 1 m, 0.16 W de puissance moyenne...

 

Compression et pavillon :

Les amateurs de cette technologie disent tous que la dynamique est supérieure à celle des haut-parleurs conventionnels.
Ces dires ne sont étayés d'aucune mesure objective, et j'ai beaucoup de mal avec ce point.
Je suis par contre tout à fait d'accord pour dire que les systèmes à pavillons sont capables d'un niveau sonore moyen bien supérieur aux enceintes sans pavillon.
En avez-vous besoin ?
La capacité dynamique d'un système à pavillons est supérieure à celle d'un système de basse sensibilité, mais cela ne dit pas que la dynamique d'un morceau de musique reproduite sera supérieure sur le système à pavillons, tant que vous ne dépassez pas la limite du système de basse sensibilité en niveau sonore.

La solution pavillon "du pauvre" c'est un haut-parleur de 30 ou 38 cm jusque vers 800 ou 1000 Hz et une compression plus pavillon au-dessus.
J'ai toujours lu qu'ajouter une voie de bas médium à pavillon apportait des qualités à l'écoute.
Concernant la voie grave, le gain est plus controversé, un pavillon de graves doit rester court et donc comporter 4 à 6 HP de 38 cm par pavillon.

Si l'on admet que les pavillons ont une fonction de transfert supérieure à celle d'un haut-parleur conventionnel, les gains en ajoutant un bas médium et un grave à pavillon s'expliquent facilement par l'homogénéité du système sur la fonction de transfert.
La moins bonne qualité d'un haut-parleur conventionnel jusque 800 à 1000 Hz et de la compression plus pavillon au-dessus s'expliquerai aussi par des fonctions de transfert différentes entre les deux technologies.
Un tweeter annulaire à haut rendement est un pavillon dans son domaine de fréquence. Je n'ai jamais réussi à les marier avec succès avec un haut-parleur large bande, là encore la différence des fonctions de transfert entre les deux technologies de haut-parleurs serait une bonne explication.
Les mariages entre haut-parleurs se font sur la bande passante, la directivité autour de la fréquence de raccordement, mais aussi sur la fonction de transfert. Voilà une idée intéressante qui n'est pas souvent évoquée.
Les fonctions de transfert sont-elles différentes ? C'est à la mesure de le prouver.

Le paragraphe précédent faisait l'hypothèse que les HP pouvaient avoir des fonctions de transfert différentes.
Si cette hypothèse n'est pas vérifiée, la différence de directivité peut aussi expliquer les choses.
Et pour faire bonne mesure, un pourcentage de fonction de transfert, de capacité dynamique et de directivité !!!

Des internautes, rares, parlent d'enceinte dynamique sur le médium aigu et moins sur le grave.
Avec un unique haut-parleur large bande, vous n'avez pas ce genre de problème, les transitions sont progressives et douces.

 

Tweeter à dôme :

Deux tweeters et leur comportement dynamique.
Cet article est paru dans l'Audiophine N°35 au printemps 1985, et est rédigé par Charles-Henry DELALEU.
Il y a plusieurs lectures possibles de cet article en fonction de ce que vous voulez démontrer :

• Il y a des différences de comportement, de capacité dynamique entre les deux tweeters testés, différences bien visibles sur les mesures.
• Jusqu'à 100 dB de SPL environ, les deux tweeters ont une fonction de transfert en fonction de la puissance rigoureusement identique.

En fonction de l'utilisation que vous ferez du tweeter B, il peut ne pas convenir parce que la fonction de transfert en fonction de la puissance n'est plus linéaire avec la capacité dynamique.
Jusqu'à un SPL de 100 dB, les deux tweeters ne peuvent pas être départagés sur les critères dynamiques.
Le tweeter B est un tweeter réputé et utilisé sur de nombreuses enceintes à travers le monde. Les constructeurs ne s'y trompent pas.
Un audiophile, qui a tendance à tout surdimensionner, paiera simplement plus cher le tweeter A, pour un domaine d'utilisation qui ne sera jamais utilisé.

 

La courbe de Fletcher-Munson :

Je vous montre en pratique la courbe ISO 226 de 2003 plus récente et plus juste.
Cette courbe nous explique comment nous entendons : pour les faibles niveaux sonores, par exemple 50 dB, nous n'entendons pas le grave en dessous de 40 Hz.
En écoute habituelle, pas très fort pour pouvoir se parler, j'écoute au niveau moyen de 60 dB environ : je ne peux pas entendre le grave en dessous de 30 Hz.
Pour connaître mon niveau moyen d'écoute, j'ai téléchargé une application sur mon smartphone, Sound Meter, et je l'ai étalonné dans la voiture relativement silencieuse à 130 km/h sur l'autoroute (2600 tr/mn au moteur) pour lire un niveau de 70 dB environ. Ensuite il suffit de mesurer le niveau chez soi...

Que vous soyez chez vous avec votre chaîne hi-fi, ou au concert, vous entendez avec cette courbe : à faible niveau sonore vous entendez moins les graves.
Si cette courbe vous explique comment vous entendez, elle ne vous dit absolument pas comment il faut régler la courbe de réponse de vos enceintes mesurée dans votre pièce : ne mélangez pas la courbe cible avec cette courbe.

 

Prenons maintenant deux internautes, qui écoutent un message musical avec une dynamique d'un morceau de musique de 40 dB, dynamique répartie en +/-20 dB par rapport au niveau d'écoute moyen.
Le premier écoute au niveau moyen de 60 dB, avec un minimum à 40 dB et un maximum à 80 dB.
Le second écoute au niveau moyen de 80 dB, avec un minimum à 60 dB et un maximum à 100 dB.
Le ressenti à l'écoute ne sera pas le même, surtout dans les graves.

 

Ces courbes montrent bien qu'au-dessus de 70 dB, et au-dessus de 150 Hz, nous entendons la même chose.
En dessous de 70 dB, la limite basse de 150 Hz monte à 300 Hz pour un niveau de 40 dB.
Si votre petit système écouté doucement ne vous donne pas l'impression d'avoir du grave, un gros système écouté au même niveau ne fera pas mieux !!!
Les audiophiles qui se montent un système à pavillon écoutent beaucoup plus fort que nous. Il n'y a pas plus de dynamique dans le grave, il y a une écoute dans une plage de niveaux sonores beaucoup plus favorable.
Le ressenti est différent, mais les raisons qui expliquent ce ressenti en parlant d'une dynamique supérieure ne sont pas justes.
La fonction de transfert de nos oreilles en fonction du SPL et de la fréquence n'est pas idéale, il faut aller souvent au concert acoustique pour connaître le bon rendu des instruments en fonction du niveau sonore.

 

La dynamique des CD :

Dans l'évolution des CD au fil des années, le niveau moyen a augmenté, et la dynamique des morceaux de musique s'est réduite.
Je ne vois pas ou est le problème d'avoir un niveau moyen moins élevé, il suffit de tourner le bouton de volume pour retrouver son niveau moyen préféré.

Certains artistes font des CD ultracompressés au niveau de la dynamique de leurs morceaux de musique, la musique est plate et sans vie, et augmenter le niveau sonore ne change rien au problème.
Vous pouvez écouter des CD qui ont une dynamique des morceaux de musique élevée à faible niveau sonore sans ressentir de manque.

 

La dynamique et Foobar :

Foobar permet d'avoir une bonne idée de la dynamique d'un morceau de musique dématérialisé avec le composant Dynamique Range Meter.
Je n'ai jamais pu mettre en défaut cette indication avec le ressenti à l'écoute.
A 4 ou 5 le CD est nul, au-dessus de 14 c'est un très bon CD.
Ce n'est pas directement la dynamique qui est mesurée. Mais la corrélation entre la valeur affichée et le ressenti à l'écoute est très grande.

Lorsque vous achetez un CD dématérialisé HI-RES chez QUOBUZ, et que vous trouvez avec Foobar un DR de 5, vous ne pouvez pas vous empêcher de râler un grand coup contre ces producteurs qui font faire n'importe quoi aux ingénieurs du son, et contre le vendeur qui vend de la merde au prix du caviar.
Les deux se tirent une balle dans le pied sur leurs ventes futures, j'irai voir ailleurs.

 

Améliorer la dynamique :

Au niveau de la pièce, le changement des fenêtres m'a permis de moins entendre les bruits extérieurs : moins de 25 dB le matin avant 7 h avec les nouvelles fenêtres.
La conséquence directe est que les sons faibles ne sont plus masqués dans les bruits extérieurs.
C'est directement un gain en capacité dynamique côté bas niveaux sans rien changer dans l'installation hi-fi, la possibilité de mieux entendre les informations de faible niveau.
Dynamique sonore par WIKIPEDIA.

Dans une maison ou un appartement, frigo, congélateur, VMC sont des sources de bruits qu'il faut minimiser le plus possible parce qu'ils masquent les sons les plus faibles de la musique.

Vous pouvez facilement augmenter la capacité dynamique de votre système, simplement en réduisant par deux la distance d'écoute.
Le gain serait de 6 dB si vous étiez en extérieur, il sera de 4 à 5 dB dans votre pièce d'écoute, si vous n'écoutez pas actuellement collé contre le mur arrière.

 

Dôme Acoustique