Mesures de sensibilité et gain d'un ampli Calibrage d'un limiteur

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1 Calibrage d'un limiteur Version 1.00 Beta 2 Preparé par : Damien & Arthur Dernière mise à jour : 15 novembre 2005 Copyright AG Audio Pro Copy not allowed without prior notice Page 1 de 7

2 1. Préambule On s'est tous posé la question un jour : comment dois-je régler mon limiteur pour que mon ampli ne délivre pas une puissance supérieure à celle admise par les enceintes? En fait la solution est assez simple une fois qu on a compris comment fonctionnent les gains d un ampli. Ce document a donc pour but de vous guider dans cette tâche en vous donnant des conseils pratiques pour y arriver facilement. 2. Gain et sensibilité Le gain d un amplificateur est égal à la différence entre le niveau d entrée et le niveau de sortie. Il peut être exprimé avec un chiffre multiplicateur de tension (par exemple x40) ou en décibel* (par exemple 32dB). Ce gain est fixe et ne varie pas avec la charge connectée en sortie. Par contre la sensibilité varie suivant la charge. Le gain et la sensibilité sont donc des données liées qui se calculent l un à partir de l autre. La sensibilité d un ampli est la valeur de tension en entrée nécessaire pour sortir le niveau maximum sous une charge donnée. Comme énoncé plus haut, la charge connectée est très importante car elle fait varier la sensibilité. Un ampli n a donc pas la même sensibilité sous 8, 4 et 2 ohms! Prenons l exemple du HCA 3.0 : d après la documentation, en mode sensibilité 0dBu, il sort 800W RMS sous 8 ohms. C est à dire qu il faut injecter 0,775V en entrée pour le faire saturer avec une enceinte de 8 ohms raccordée en sortie. Dans ce mode, le gain est de 40,3dB. Sans changer de mode, si on branche une charge de 4 ohms en sortie, il faudra cette fois ci 0,669V RMS soit 1,3dBu en entrée pour atteindre la puissance maximum en sortie, soit 1200W RMS. Il faut donc faire très attention quand on travaille en mode sensibilité à bien prendre en compte la charge connectée en sortie. *Pour une explication complète sur les décibels, les Watts et les Volts, veuillez vous reporter au mémotech vol.3 «Comprendre les niveaux». 3. Calculs de gains, sensibilités et tensions d'un ampli Pour vous aider à calculer et convertir facilement les différentes unités rencontrées en sonorisation, AG AUDIO PRO met à votre disposition une feuille de calcul qui est disponible en libre téléchargement ici : (version Excel) (version OpenDocument) En utilisant cette feuille de calcul, vous constatez qu un ampli qui délivre 1500W RMS sous 8 Ohms comme le HCA 6.0 va sortir une tension d environ 109 V RMS, soit un gain de 43dBu (pour rappel, le 0dBu correspond à une tension de 0,775V). C est grâce à ce gain que nous pouvons calibrer facilement le limiteur comme nous le verrons plus tard. Mais parfois, ce gain Page 2 de 7

3 n est pas disponible directement dans les documentations du fabricant et il faut donc le mesurer. 4. Limites des appareils de mesure Avant de se lancer, il convient de s'assurer que l'appareil utilisé pour les mesures est correctement calibré et que sa bande passante est suffisante pour notre application. Voici par exemple la réponse en fréquence d'un voltmètre Voltcraft VC505 mesurée à l'aide d'un GBF (Générateur Basse Fréquence) qui fournit une tension constante en fonction de la fréquence : Niveau en db 4,5 4,25 4 3,75 3,5 3,25 3 2,75 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0, Fréquence On voit très bien ici que le voltmètre donnera des valeurs justes uniquement en dessous de 100Hz. Au dessus, la bande passante limitée de l appareil fournit des valeurs erronées. Ceci n est pas étonnant car un voltmètre est un appareil généralement utilisé pour mesurer le courant électrique à 50 ou 60Hz. N utilisez donc surtout pas un signal à 1000Hz pour vos mesures si votre appareil ne possède pas la bande passante adéquate!!! 5. Mesures de sensibilité d'un ampli Cette mesure requiert un minimum de matériel : Une résistance de puissance correctement dimensionnée Un oscilloscope Un GBF (Générateur Basse Fréquence) Un voltmètre TrueRMS Page 3 de 7

4 Quand un fabricant d'ampli indique une sensibilité, c'est sous une charge et avec une puissance délivrée. Il faut donc recréer ces conditions lors de la mesure. L ampli doit donc être chargé par la résistance de puisssance. Une fois raccordé, on injecte un signal BF (Basse Fréquence) à l'entrée et on connecte un oscilloscope en sortie. On augmente la tension en entrée jusqu à obtenir la limite d'écrêtage en sortie. Pour cela on visualise sur l'oscilloscope l'allure de la sinusoïde. Dès que cette dernière «se tasse», l ampli arrive à l écrêtage. A ce moment, on mesure les tensions en sortie et en entrée. On peut ainsi en déduire la puissance délivrée par l'ampli et le gain de celui-ci grâce à la feuille de calcul citée plus haut. La sensibilité est quant à elle donnée par la mesure. Comme vous le constatez, la mesure de sensibilité est une opération fastidieuse et il n est pas recommandé de travailler avec les sensibilités d entrée des amplis. En effet, la sensibilité d entrée varie en fonction de la puissance et de la charge, ce qui rend ce mode de fonctionnement peu ergonomique et peu utilisé. C est pourquoi, les amplis professionnels haut de gamme sont équipés d un mode de fonctionnement en gain constant. Dans ce mode, quelque soit la charge et la puissance délivrée, le gain est fixe (par exemple 32dB) ce qui rend tout de suite les opérations plus simples comme nous alllons le voir. 6. Mesure de gain Si l ampli possède un mode de fonctionnement en gain fixe, il est très facile de le vérifier ou de le mesurer. Pour cela, un GBF et un multimètre suffisent. Potentiomètres de gain au maximum, on injecte un signal sinusoïde à l'entrée de l ampli dans sa plage de fonctionnement linéaire (sans le faire saturer donc). N importe quel niveau convient. On mesure la tension en entrée et en sortie. On en déduit le gain grâce à la formule : Gain=20Log(Vs/Ve) où Vs est la tension de sortie et Ve la tension d entrée. Et c est tout! Maintenant que nous connaissons (ou que nous avons vérifié) le gain de l ampli, il suffit d utiliser la feuille de calcul pour calibrer votre limiteur. 7. Exemples concrets 7.1 Utilisation du gain En pratique il n'est pas utile de mesurer le gain de l ampli. En effet celui-ci est donné par le constructeur. Mais si vous doutez de la véracité des infos fournies dans la documentation, libre à vous de les mesurer, vous savez maintenant comment procéder ;) Pour calibrer un limiteur, il suffit de connaître le gain de l ampli, la puissance de l'ampli, la puissance admissible de l'enceinte et son impédance nominale. Pour notre exemple, nous prendrons un ampli HCA 3.0 et une enceinte 2 voies modèle PS-115. L ampli délivre 800W RMS sous 8 Ohms et l enceinte encaisse 500W AES nominal. On ouvre la feuille de calcul : Page 4 de 7

5 On rentre la puissance RMS maximum que l'on souhaite appliquer à l'enceinte (500W), on indique le gain de l'ampli (ici 32dB), et la feuille de calcul nous donne la valeur du seuil du limiteur en dbu, soit +6.2dBu dans notre cas. Si votre limiteur est réglé avec un gain unitaire en entrée et en sortie, votre console devra donc délivrer au moins +6.2dBu pour que le limiteur se mette en route. Vérifiez que cela est possible avec la documentation de la console. 7.2 Utilisation de la sensibilité Reprenons l exemple ci-dessus et imaginons que votre console ne peut pas sortir +6.2dBu (ce qui serait très étonnant mais bon c est pour l exemple). Dans ce cas, il faut trouver une autre solution. Voyons voir ce qu il se passe en utilisant la sensibilité d entrée du HCA 3.0. En mode 0dBu, l'ampli délivre toute sa puissance sous 8 Ohms lorsqu'on lui applique une tension de 0,775V. Pour connaître le gain de l'ampli rentrez les valeurs suivantes dans la feuille de calcul : La feuille nous donne un gain de 40.3dB. Maintenant que vous connaissez le gain du mode 0dBu du HCA 3.0, vous allez pouvoir calibrer votre limiteur : Vous rentrez la puissance que vous voulez appliquer ainsi que le gain trouvé précedemment ; la feuille vous donne la valeur du seuil du limiteur, soit dans notre exemple -2.1dBu (là il serait vraiment étonnant que votre console ne puisse pas fournir un niveau si faible. Si c est le cas, changez là au plus vite!). Page 5 de 7

6 8.Niveau de sortie des consoles professionnelles et indicateurs de niveau Généralement, le niveau nominal d'une console réellement professionnelle est de +12dBu et le niveau max de +22dBu. Entre 12 et 22, il y a 10dB d écart, on dit qu il y a une réserve de 10dB. Pour contrôler le niveau de travail, les fabricants de consoles de mixage utilisent des indicateurs de niveaux. Ils sont de 3 types : VU mètre Crête mètre Indicateur de niveau réel 8.1 VU mètre Un VU mètre (généralement gradué de -20 à +3) est un indicateur de niveau, à aiguille ou à LED, dont le 0 VU correspond à +4dBu en régime sinusoïdal. Cependant, il ne vaut pas se fier à cette valeur car en régime musical elle n est pas très utile au sonorisateur que vous êtes! En effet, en régime musical le 0 VU correspond environ à +12dBu mais ce n est qu une moyenne. Pourquoi une telle différence entre régime musical et sinusoïdal? Comme vous le savez sans doute, le facteur de crête (différence entre la valeur efficace et la valeur crête) d'un signal sinusoïdal est de 3dB. En régime musical c'est une autre histoire et la valeur crête dépend du type de signal. Par exemple, voici le facteur de crête de différents signaux musicaux : Variété : 6 à 8dB Parole : 14dB Musique classique: 11 à 20dB Remarque : ces valeurs sont données à titre indicatif. D après la norme, un VU mètre possède un temps de montée de 300ms ce qui exclut l affichage des crêtes en régime transitoire inférieures à ce temps d attaque de 300ms. Il a été déterminé statistiquement une sous évaluation moyenne de 8dB des crêtes en régime musical par rapport à un signal sinusoïdal. Donc un 0 VU en régime de modulation (musical) correspond à 8+4=12dBu. Cette valeur est valable pour un facteur de crête supérieur de 8dB à celui d'un signal sinusoïdal. Pour vous aider, voici quelques exemples où le VU mètre indique 0 VU quand le niveau des crêtes mesurées est : Son tenu d'une clarinette = +4dBu Parole = +8 à +12dBu Xylophone = +14 à +18dBu Comme vous le voyez, si vous travaillez au VU mètre, il sera très difficile d'estimer le niveau de sortie (en dbu) de votre console! 8.2 Crête mètre Nous avons vu qu'un VU mètre est incapable de nous indiquer correctement le niveau de sortie (en dbu) d un régime musical. A contrario, le crête mètre permet d indiquer les crêtes de signal. En numérique, c est un outil indispensable car à 1dB près on peut passer de 0 à 100% de distortion! Le crête mètre a un temps de montée de 10ms. Il est gradué de -50 à +5 db et il indique 0dB lorsqu'on lui applique un signal sinusoïdal de +12dBu. Avant d'aligner deux Page 6 de 7

7 appareils au 0, vérifiez que vous avez affaire au même type d indicateur de niveau. Ainsi, en régime sinusoïdal, un 0 VU est égal à un -8 db sur un crête mètre!!! 8.3 Indicateur de niveau réél Ces indicateurs indiquent le niveau réel présent aux différentes sorties. Ces indicateurs retranscrivent très bien les crêtes. C est celui qui est le plus souvent rencontré sur les consoles haut de gamme. Par exemple, le fabricant MIDAS utlise ce type d'indicateur. Bon nombre de personnes, même certains sonorisateurs expérimentés, pensent que le niveau nominal se situe vers 0dBu. Hors vous savez maintenant que c'est +12dBu. Donc quand l'indicateur d'une MIDAS indique +18dB (et que les LEDs rouges commencent à clignoter), nous ne sommes pas encore en saturation, il reste encore 3-4dB de marge. Chapitre à compléter (apporter plus de précisions) 9. Conclusion Nous arrivons à la fin de ce document. Nous espérons qu il vous a été utile et qu il vous aidera à mieux maitriser les niveaux de votre chaîne audio pro. Comme d habitude, tout feedback est le bienvenue pour y apporter des améliorations ou des compléments d information. N hésitez pas à nous contacter! Page 7 de 7