1-1-7-3 : Mesurer le besoin en niveau sonore

Mise à jour : 01 févier 2023, Antidote 11.

 

Mesurer le besoin en niveau sonore :

Comment ?

Pour ne pas avoir à surdimensionner votre installation, vous devez avoir une idée précise du SPL dont vous avez besoin au point d'écoute.
Cette idée précise n'est pas donnée par les forums, les revues, les vendeurs, mais par une mesure que vous allez réaliser très simplement.
Aujourd'hui, tout le monde ou presque a un smartphone. Il existe des applications sonomètre gratuite pour smartphone.
Je ne mesurerai pas la courbe de réponse de mes enceintes avec, par contre pour estimer un niveau d'écoute moyen de l'ordre de 70 dB c'est suffisant.
J'utilise cette application Sonomètre pour mon smartphone sous Androide.

 

Étalonnage 1 :

Maintenant que nous avons une application capable de mesurer le niveau moyen, il faut calibrer cette application.
Votre voiture, lorsqu'elle roule à 130 km/h sur l'autoroute, est un bon outil de calibration.
Vous trouverez certainement le niveau de bruit de votre voiture dans un banc d'essai de l'Automobile Magazine.
La procédure est très simple : vous êtes sur le siège passager, avec le chauffeur de votre choix pour conduire la voiture.
À 130 km/h GPS, vous lancez l'application de sonomètre sur votre smartphone, et vous corrigez l'offset pour lire la valeur indiquée dans le banc d'essai de votre véhicule.
Bien sûr vous prenez le réglage moyen trouvé sur le revêtement le plus silencieux de la route, parce que les constructeurs de voitures donnent les meilleurs chiffres possibles.
Avec mon Samsung Galaxy Grand, j'ai mis +4 dB en offset. C'est madame qui conduisait lorsque j'ai fait l'étalonnage.

 

Étalonnage 2 :

Sur un forum, un intervenant parlait d'utiliser un aspirateur, appareil bruyant s'il en est, et dont le niveau de bruit est indiqué dans la notice.
Le réglage de l'offset se fait comme avec la voiture, vous pouvez être seul pour le faire...

 

Lecture du résultat :

Maintenant si vous mesurez le niveau moyen de votre installation, avec le même smartphone étalonné, à votre niveau d'écoute habituel, vous aurez une idée juste à 2 ou 3 dB près.

Idéalement il faudrait utiliser un sonomètre avec une pondération en fréquence A et une pondération temporelle S.
La pondération en fréquence A coupe allègrement les graves.
La pondération en fréquence C est celle utilisée pour les caissons de graves ou le canal LFE du home-cinéma.

 

Quelques précisions :

Vous faites l'étalonnage sur l'autoroute avec un chauffeur pour conduire, parce que vous n'êtes pas "bourrin moyen" pour le faire en conduisant vous-même : C'est rigoureusement interdit pas le code de la route, et pour la sécurité des autres automobilistes.
Dans mon entreprise, les bouchons d'oreilles sont obligatoires lorsque le niveau moyen dépasse 80 dB(A) sur 8 h, et 86 dB un court instant : si vous êtes à plus de 86 dB, changez vos habitudes d'écoute, vos oreilles sont en danger.
Vous pouvez lire sur les forums 110, 115, 120 dB et même acouphènes, c'est de la connerie pure et simple, ou de l'inconscience grave.

 

Un internaute me signale que le Samsung Galaxy J5 est limité à 84 dB.
Si nous faisons une mesure à 70 dB avec une dynamique de 15 dB, le smartphone est capable de la réaliser.
Avez-vous des limitations similaires avec d'autres modèles ?

 

Le niveau crête :

Pour le niveau crête, vous ajoutez 15 dB environ.
Pour le niveau à 1 m, vous ajoutez ( 6 / LOG(2) ) * LOG(distance) = 19.932 * LOG(distance), à 4 m cela donne 12 dB. (-6 dB à chaque fois que la distance double).
Vous avez mesuré avec deux enceintes en service, vous retranchez 3 dB pour une enceinte.
Avec plus d'enceintes, vous retranchez 10 * LOG(Nombre enceinte), pour 5 enceintes c'est 10 * LOG(5) = 6.99 dB.

Un exemple : Vous avez mesuré 75 dB au point d'écoute et vos deux enceintes sont à 4.5 m.
Le niveau crête de vos enceintes doit être 75 + 15 + ( 6 / LOG(2) ) * LOG(distance) - 3 = 100.02 dB.
Dimensionnez vos enceintes DIY pour avoir 100 dB, vous en aurez largement assez, et vous n'aurez pas à prendre un grave de trop gros diamètre pour rien.

 

Les instruments réels :

Si votre approche de la reproduction sonore est de reproduire chez vous le même niveau sonore qu'au concert, avec la même bande passante, la capacité dynamique d'un système audio vous donnera des informations précieuses sur le besoin réel.
Les mauvaises interprétations de ce document viennent de la distance de mesure de 1 m qui est différente de la distance réelle d'écoute, même au concert.
Un orgue qui fait 130 dB à 1m, ne fait plus que 130 - 19.932 * LOG(32) = 100 dB crête à 32 m.
Il suffit d'écouter son installation à un niveau un peu plus faible qu'au concert, parce que c'est moins fatigant, pour se rendre compte que nos installations sont suffisantes.
Pour ma part, un système capable de 95 à 100 dB au point d'écoute me suffit, et je considère que c'est bien suffisant même sur les films à grand spectacle.
Je suis 5 à 10 dB en dessous des recommandations des systèmes Home-Cinéma...

Lors d'un concert de l'harmonie municipale de ma petite ville (Cuivres, bois et percussions, 70 musiciens sur scène), j'ai sorti mon smartphone avec l'application sonomètre étalonné, et j'ai mesuré des niveaux moyens de 80 à 85 dB lorsque l'orchestre jouait fort, j'étais au 5^e rang.
Il est possible que j'ai dépassé les capacités de mesure de mon smartphone, mais je n'ai pas eu de message d'erreur.

 

En Home cinéma :

En home cinéma, selon les recommandations de Dolby, pour un signal avec un niveau moyen de -20 dBFs, le niveau sonore mesuré au point d'écoute pour chaque canal doit être 85 dB(C) en lecture lente pour les canaux principaux et de 95 dB(C) pour le LFE, soit des niveaux maximums de 105 et 115 dB.

Pour les sonorisations, la norme à changée : 102 dB(A) crête sur 15 mn pour les enceintes principales, 118 dB(C) crête sur 15 mn pour les SUB.
Pourquoi voulez-vous avoir un niveau sonore supérieur chez vous ?
Posez-vous bien la question, c'est de la santé de vos oreilles dont nous parlons...

 

1-1-7-3 : Puissance minimale de l'ampli

Mise à jour : 11 avril 2024, Antimode 11.

 

Estimation pour votre système :

Cette partie intègre des suggestions de BDP quand à la formulation des choses.

Le calcul demande un minimum d'informations :

• La sensibilité de vos enceintes dans 2 pi stéradian pour 2.83 V (1 W sur 8 Ohms dans un demi-espace).
• Le nombre d'enceintes.
• La distance d'écoute.
• Le niveau sonore souhaité.

En écoute domestique, un système hi-fi confortable doit être capable de Niv_C = 105 dB maximum.
Attention, dans le grave il faut un haut-parleur d'un diamètre suffisamment important pour y arriver, d'autant plus grand que le système descend bas en fréquence.
Plusieurs petits haut-parleurs sont équivalents à un plus grand, si la somme des surfaces de membranes des petits haut-parleurs est équivalente à la surface de membrane du haut-parleur plus grand.
Je précise explicitement ce point, car certains journalistes ont fait la somme des diamètres.

Le niveau d'écoute dans une pièce baisse avec la distance suivant la loi ci-dessous :

 

J'ai programmé une baisse de 6 dB à chaque fois que la distance double, jusqu'à la distance critique, que je vous invite à calculer avec le lien sur le site RT60, et avec les explications qui se trouvent dans la 2^e page du chapitre Placement optimal des enceintes dans votre pièce d'écoute.
Cette loi convient aussi très bien en extérieur en mettant une distance critique plus grande.
Soit D la distance d'écoute, Niv_D = ( 6 / LOG(2) ) * LOG(D) ou encore Niv_D = 19.93157 * LOG(D).

Le nombre d'enceintes est le plus souvent 2 en écoute hi-fi.
Le niveau sonore possible augmente de 3 dB à chaque fois que le nombre d'enceintes double, si chaque enceinte est branchée sur un canal d'ampli différent.
Soit Nb le nombre d'enceintes, Niv_Nb = 10 * LOG(Nb).

Le niveau sonore a atteindre a 1 m des enceintes est : Niv_S = Niv_C + Niv_D - Niv_Nb

La puissance maximale de l'ampli doit être supérieure à : P = 10^{( ( Niv_S - Sens ) / 10 )}.

 

Prenons un exemple :

Une paire d'enceintes qui a une sensibilité de 93 dB/2.83V/m dans 2 Pi stéradian, écouté à 5 m, avec un niveau sonore confortable en Hi-Fi de 105 dB.
À 5 m, la perte avec la distance est : Niv_D = ( 6 / LOG(2) ) * LOG(5) = 13.93 dB.
Avec 2 enceintes le gain est de : Niv_Nb = 10 * LOG(2) = 3.01 dB.
Le niveau à obtenir à 1 m des enceintes est : Niv_S = 105 - 3.01 + 13.93 = 115.92 dB.
La puissance maximale de l'ampli doit être supérieure à : 10^{( ( 115.93 - 93 ) / 10 )} = 10^2.29 = 193.3 W.

 

Remarques :

J'ai rencontré un Internaute pour qui le niveau maximum confortable n'était pas de 105 dB mais 115 ou 120 dB.
Les enceintes n'étaient pas des enceintes classiques avec une sensibilité de 90 à 93 dB/W/m, mais des enceintes à pavillon 4 voies d'une sensibilité d'au moins 104 ou 105 dB/W/m.
En Home cinéma, avec 5 enceintes de ce type, les ambitions étaient atteintes sans aucune difficulté, et sans avoir l'impression d'un niveau sonore élevé.
Impressionnant !!!

L'exemple inverse est la chaîne de celui qui n'écoute que de la musique de chambre à niveau très modéré, parce que la chaîne n'est pas capable de faire plus.
Le matériel était irréprochable, les timbres très bons, mais mes disques tests sont mal passés, et mon impression finale très mitigée.

Vous pouvez prendre une valeur différente que les 105 dB, mais il faudra en assumer le choix, dans un sens comme dans l'autre...

 

Je suis tombé par hasard, sur ce propos de Francis IBRE sur le forum ELECTOR :

On voit sur certains sites ou livres, des calculs menés en tenant compte de 6 dB supplémentaires, dus au fait qu'il y a deux enceintes :
À mon avis, étant donné qu'il existe des signaux entièrement latéralisés (saxo à gauche, trompette à droite...) chaque enceinte doit individuellement être capable de passer la crête.

La remarque est digne d'intérêt, et rien ne vous empêche de faire le calcul avec une seule enceinte :
Si vous êtes capable de passer le niveau souhaité avec une enceinte, vous n'aurez aucun problème avec plus d'enceintes...
Par contre le niveau n'augmente que de 3 dB lorsque l'on passe de une à deux enceintes, parce que chaque enceinte est branchée sur un canal d'ampli différent et qu'il n'y a pas augmentation de puissance avec la baisse de l'impédance d'enceintes branchées en parallèle.

 

Une aide au calcul :

Mon outil de calcul n'intègre pas la notion de "crest factor" de ce lien sur quelle puissance pour un ampli audio.
Ce ne serait pas difficile à ajouter, je le ferai un jour ou l'autre.
La conclusion est toute simple, pour bien passer la dynamique du signal sonore, il faut un ampli surpuissant.
Si vous multipliez par 50 la puissance actuellement calculée, vous serez bon pour des crêtes de 17 dB.
Pour des crêtes de 10 dB, il suffit de multiplier par un facteur 10.

Le séparateur décimal est le point. Si vous voulez entrer 93.2 dB, tapez : neuf, trois, point, deux.

Niveau sonore moyen d'écoute en dB :
Facteur de crête en dB :
Impédance de l'enceinte en Ohms :
Nombre d'enceintes :
Distance d'écoute en m :
Distance critique en m :
Sensibilité de vos enceintes en dB/W/m :

 

 

Un article de la Revue du Son :

Même avec des haut-parleurs à haut rendement, le choix de l'ampli doit être fait avec soin :
Ce n'est pas parce que votre pavillon de bas médium a une sensibilité de 103 dB/2.83V/m qu'un ampli monotriode de 5 W sera suffisant.
La preuve, cet article de 5 pages de La Revue du Son de juin 2000.

La puissance d'un système hi-fi doit être regardée par rapport à ce que demande la restitution de la musique en direct au même niveau que le concert : Capacité dynamique d'un système audio.
Les chiffres du lien ci-dessus sont mesurés à 1 m de distance.

 

 

 

 

 

 

Vérification du calcul, par Jean Dupont :

Vérification par le calcul du besoin, exprimé dans le scan de l'article de la Revue du son précédent, d'un amplificateur de 30W à 50W pour une enceinte de sensibilité de 100dB @2.83V/1m.
Cette vérification se fait suivant deux hypothèses.

 

Première hypothèse :

• On écoute un CD à 4 mètres des enceintes.
• On écoute au niveau assez habituel du studio d'enregistrement de 85dB SPL à la position d'écoute.
  85dB SPL sont souvent jugés comme "assez forts".
• Les peaks (pics) du CD sont à +20dB.

 

Calculs de la première hypothèse :

• 4 mètres veut dire qu'on a doublé 2 fois, soit 6dB + 6dB = + 12 dB.
  On ne tient pas compte de la distance critique du local, par souci de simplification.
• 85dB + 20dB + 12dB = 117 dB SPL (à 1m, sur un peak).
• 117 - 100 = 17dBW.
• 17dBW correspondent à 50 Watts : 10 * LOG(50) = 17 (arrondi)

 

Conclusion de la première hypothèse :

On retrouve bien les 50 Watts de l'article avec ces hypothèses.

 

Deuxième hypothèse :

Les peaks (pics) du CD sont à +10dB, ce qui à mon avis correspond au cas général.

 

Calculs de la deuxième hypothèse :

• 85dB + 10dB + 12dB = 107 dB SPL (à 1m sur un peak).
• 107 - 100 = 7 dBW.
• 7 dB SPL correspond à 5 Watts : 10 * LOG(5) = 7 (arrondi).

 

Conclusion de la deuxième hypothèse :

On ne retrouve pas les 50 Watts de l'article avec ces autres hypothèses, mais seulement 5 Watts, si l'on convient que sur la plupart des CD les peaks sont à +10 dB et non pas à +20 dB.
Est-il fréquent que l'on écoute, par exemple, des enceintes à haut rendement de sensibilité d'environ 100dB @2.8V/1m à l'aide d'un ampli de 2 X 50 Watts RMS (ou plus) à une puissance presque maximale, dans le but de bien faire passer les peaks ?

 

Jean Dupont est un internaute qui m'a proposé plusieurs PDF à ajouter dans le site, dans un chapitre existant ou dans un chapitre à créer en fonction des cas.
À côté des PDF, il y a aussi des compléments en HTML, compléments qui sont placés directement dans le chapitre existant concerné.
Compte tenu des ajouts réguliers, un chapitre qui rassemble l'ensemble des ajouts devient indispensable, ne serait-ce juste pour me permettre de tous les retrouver.
Les autres PDF et compléments de Jean Dupont.

 

Crest factor (facteur de crête, pics) :

Selon Jonathan Wyner, formateur chez Izotope qui est un éditeur de logiciels audio professionnels, on les valeurs suivantes de crest factor :

• 6-8 dB pour de la pop.
• 14 à 16 dB pour du Jazz acoustique.
• 15 dB, exceptionnellement, pour le morceau de Beyonce : Drunk in Love

 

Selon Richard Brice, auteur dans le domaine musical, on a :

• Symphonic = 17 dB.
• Opéra = 16 dB.
• Musique de chambre = 14 dB.
• Jazz = 13dB.
• Speech (voix) = 13 dB.
• Folk = 11 dB.
• Blues = 11 dB.
• Popular = 11 dB.
• Heavy Rock = 9 dB.
• Hip-hop = 8 dB.

 

Dôme Acoustique