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Decibels
amplification
- dB relatif & absolu - la
puissance - enceintes -
tableau recapitulatif
(cliquer sur les thèmes)
Introduction
Avec cette fiche, je veux essayer de
lever un peu le voile du mystère qui plane sur
les histoires des décibels (dB), de watt (W),
et de la puissance.
Accrochez vous, cest parti pour un tour de physique
appliqué !
LAMPLIFICATION
Lamplificateur sert, comme son nom lindique à amplifier
un signal donné. Grace à
un enchaînement damplis, on peut donc
faire en sorte que le chuchotement dans un micro sorte
comme un tonnerre de dieu dune enceinte de sono.
Imaginez donc : le chuchotement en question fait bouger
la petite membrane dun micro, lequel transformera
ces mouvements en tension (environ 1/30ième
de volt) ; ensuite ces quelques millivolts sont envoyés
dans un pré-ampli (ex. console) et à
sa sortie on récupère ce quon
appelle un signal ligne (entre 1 et 2 volts). Ce signal
attaquera ensuite un ampli de puissance (admettons
de 1000 watt/ 4ohms). À sa sortie, on pourra
ensuite mesurer environ 63 volts, ce qui suffira bien,
pour faire bouger la membrane de votre enceinte de
manière à ameuter le quartier.
Bien entendu rien ne se passe si on essaie de brancher
lenceinte sur le préamp (sinon un triste
chuchotement) ou si vous branchez le micro dans lampli
de puissance !!
En calculant le facteur damplification A de
cette chaîne, on obtient :
Tension Us (sortie) divisée par Tension Ue
(entrée) : A = 63 : 0,03 = 2100 !
Je veux pousser encore un peu plus loin ! Un ampli
de 2 kilowatts sous 8 ohms délivre une tension
de plus de 120 volts à sa sortie ! En partant
dun très faible signal de départ
capté par exemple avec un micro statique qui
envoie environ 1/100 ième de volt vers le preamp,
le facteur damplification sélève à 12000.
Pour justement éviter les calculs trop compliqués
avec des différences de valeurs trop importantes
(ici : Ue = 0,01 V et Us = 120 V), on a introduit
le DECIBEL comme unité de mesure et de calcul.
Le décibel est une unité logarithmique
et se calcule comme suit :
A est notre facteur damplification den
haut, cest-à-dire :
A égale tension sortie (Us) divisée
par tension entrée (Ue)
Traduit en logarithmique cela donne : a (dB) = 20
x log (A)
a : facteur damplification en décibel
log : logarithme à la base 10
Pour nos deux exemple, on obtient donc :
1. A = 2100 => a = 20 log (2100) => a = 66,4
dB
2. A = 12000 => a= 20 log (12000) => a = 81,6
dB
Comme vous le voyez, ces chiffres sont
déjà beaucoup plus digestes et en étant
passé en logarithmique, on a encore un deuxième
avantage : on peut facilement additionner les facteurs
damplification dune chaîne audio.
Prenons lexemple 1.
Le préamp amplifie 33,3 fois : A1
= 1 V : 0,03 V = 33,33
Lampli de puissance 63 fois : A2
= 63 V : 1 V = 63
Pour obtenir lamplification totale : A = A1
x A2 = 2100
Calculons maintenant en logarithmique (décibel)
Le préamp : a1 = 20 log(A1)
= 30,4 dB
Lampli de puissance : a2
= 20 log(A2) = 36 dB
Lamplification totale : a = a1
+ a2 = 66,4 dB
Vous voyez que cest beaucoup plus simple comme ça ;
une fois quon a adopté le
bon système.
Et nayez pas peur de devoir toujours avoir votre
calculatrice (avec fonction logarithmique) sur vous.
En sonorisation, tous les fabricants ont adopté
le système logarithmique aujourdhui.
On peut donc résumer ceci : 6 décibels
correspondent à un facteur damplification
de 2 !, ce qui nous donne le tableau suivant :
Facteur A |
|
0,12
|
0,25
|
0,31
|
0,5
|
0,7
|
1
|
1,4
|
2
|
4
|
10
|
20
|
40
|
Décibel
a |
|
-18
|
-12
|
-10
|
-6
|
-3
|
0
|
3
|
6
|
12
|
20
|
26
|
32
|
Concrètement cela veut dire,que, si vous entrez
1 volt dans un ampli qui a un gain damplification
de 26 dB, vous obtenez 20 Volts à sa sortie
ou dans lautre sens, si vous baissez le fader
de votre console de 10 dB, la tension initiale tombera
de plus de deux tiers ! (par exemple : de 1 volt à
310 millivolts)
Les amplis de sono ont généralement
un gain damplification de 26 à 32 dB,
ce qui veut dire quils amplifient la tension
dentrée entre 20 à 40 fois.
(retour sommaire)
VALEUR RELATIVE et VALEUR ABSOLUE
Lunité décibel est relative et
elle exprime seulement la relation entre deux valeurs!
(exemple : A = Us / Ue). Pour arriver à avoir
des valeurs concrètes, il faut définir
une base de départ, ce quon a fait en
introduisant les valeurs absolues comme le dBm, le
dBu et le dBV.
Les Américains aiment plus travailler avec
les dBV (certains fabricants ont introduit le dBv => v minuscule)
et les Européens
préfèrent les dBu ou les dBm. Quoi quil
en soit, lun sert aussi bien que lautre,
tant quon ne les confond pas.
Dans les fiches techniques de vos appareils, vous
trouverez certainement une de ces valeurs sinon les
deux :
0 dBu = 0,775 V ou 0 dBV = 1V
(cest donc avec ces valeurs respectives, quil
faut multiplier le facteur damplification A,
pour obtenir une tension (U) concrète).
Si, dans les spécifications techniques de votre
console, vous lisez ceci :
-
MAINOUT 4dbu, max. à
26 dBu
-
DIRECT-out 0dBu
-
TAPE-out -10 dBV
-
MIC-in -60 à 20
dBu
-
LINE-in -30 à +10 dBu
Cela veut dire en clair que :
- Avec un signal à 0 dB sur vos LED de
console, vous aurez une tension de 1,23 volts
(4dBu) à la sortie main-out et que 15,5
volts (26dBu) est le maximum quelle pourra
donner (saturation totale !!)
- À
la sortie direct-out, vous aurez une
tension de 0,775 volt (signal à 0 dB sur
les LEDs)
- Le même signal naura que 0,24 volt
sur la sortie tape-out
- Le préamp peut encaisser des tensions
de 1 millivolt à 1/10 ième de volt
- Lentrée ligne peut prendre en charge
des tensions de 0,03 V jusquà 3,2
volts
Si, à la place des dBu, les valeurs étaient
données en dBV, vous obtiendriez :
- 4 dBV = 1,6 V et 26 dBV = 20 V
- 0 dBV = 1 V
- 10 dBV = 0,31 V
- etc.
Le niveau professionnel en studio et sono est généralement de
4 dBu (des fois 6 dBu) et le niveau home studio (et Hi-Fi) de 10 dBV,
ce qui veut dire quen calant votre signal à 0 dB sur votre vu-mètre,
vous aurez des tensions différentes selon quil sagisse de
matériel pro ou semi-pro !!
Cest assez important pour par exemple pouvoir
caler les amplis et les limiteurs dun système
et éviter ainsi des saturations ou des problèmes
de souffle etc.
La sensibilité dentrée des différents
amplis est rarement la même dune marque à lautre
et il faut savoir interpréter
les données des spécifications techniques
(mode demploi).
Les amplis de sono professionnels ont normalement
une sensibilité entre 3 et 6 dBu, ce qui veut
dire quils ont leur plein rendement (la puissance
donnée dans la fiche technique) à 1,4
ou respectivement 2 volts.
Quand, sur une console (qui est calée par exemple à
4 dBu), vous réglez le signal de sortie
sur 0 dB sur vos LEDs, vous saturez déjà
légèrement lampli dans le premier
cas tandis quil vous reste encore 2 dB de headroom
(marge) sans saturation dans le deuxième cas,
!
Attention : beaucoup damplis de bas de gamme
ont une sensibilité très basse (0 à
2 dBu) et vous saturerez à coup sûr,
si vous les attaquez avec une console calée à
4 dBu ! et un ampli qui sature constamment
détruit tôt ou tard les enceintes !!
Assez souvent, on trouve aussi le cas contraire. On attaque un bon ampli (disons
4 dBu de sensibilité) avec une console home-studio (genre K7-multipiste,
généralement calée à 10 dBV). Vous naurez
donc jamais le son, car pour que lampli puisse fonctionner convenablement,
il lui faut environ 1 volt !Or, la console calée à 10 dBV
sort 0,3 volt à 0dB et il faudra aller jusquà 14 dB dans
le rouge pour satisfaire lampli
saturation assurée !!!
une fois de plus, les fabricants n'ont pas
pu se mettre d'accord sur une seule dénomonation
(chacun sa soupe !), et on trouve des valeurs
et dénominations différents selon
la marque; par exemple sur certains produits
américains et japonais, on trouve des "dbv"
et sur d'autres produits européens
des "dBV" qui n'ont pas la même
valeur !! donc attention:
0 dBu = 0 dBm = 0 dbv = 0,775
Volt
mais : 0 dBV = 1 Volt
|
(retour sommaire)
LA PUISSANCE
On a donc vu quune augmentation de 6 dB double
la tension et quune diminution de 6 dB la réduit à
moitié. Pour la puissance (watt) ça
nest pas le même calcul, tout simplement,
parce que la puissance est calculée au carré.
La puissance P est égale la tension U au carré
divisé par la résistance R :
P = UxU / R
Si on augmente la tension U de 6 dB (doublement),
la puissance P sera quadruplée (UxU) !!
Ce qui nous donne le tableau suivant :
Facteur
A |
|
0,06
|
0,12
|
0,25
|
0,5
|
1
|
2
|
4
|
16
|
64
|
256
|
512
|
1024
|
Décibel
|
|
-12
|
-9
|
-6
|
-3
|
0
|
3
|
6
|
12
|
18
|
24
|
27
|
30
|
Donc, en ce qui concerne la puissance, 3 dB correspondent à
un doublement et ainsi de suite.
Ceci veut dire aussi que, si vous baissez vos faders
de sortie de 6 dB la tension de sortie tombera à
moitié et votre ampli ne rendra quun
quart de sa puissance dauparavant !
En passant de 3 dB dans le rouge à la sortie
console, la tension n'augmentera que de 0,5 volt (de
4 dBu vous passez à 7 dBu) , mais vous obligerez
lampli à doubler sa puissance. Lampli
suivra sagement (au moins pour un petit moment), mais
vos enceintes napprécieront pas ça !!
LOREILLE HUMAINE et le VOLUME SUBJECTIF
Le volume du son (pression acoustique) est lui aussi
converti logarithmiquement et chiffré en décibel.
(et des fois en phon une autre valeur logarithmique
!)
Physiquement, la pression acoustique est mesurée
en PASCAL (ou Newton/m2). La perception dynamique
de loreille humaine étant immense, létendue
du son le plus faible encore perceptible jusquau
son le plus fort va à peu près de 0,00002
Pa à 1500 Pa. Pour éviter lacrobatie
des chiffres, on a converti les pascals en logarithme
de la même façon que décrit plus
haut en définissant les 0,00002 Pa comme point
de départ, donc à 0 dB. On ne trouve
pas de valeurs négatives (qui correspondraient à
linaudible !) pour les mesures de la
pression acoustique. Aux alentours de 130, 140 dB,
loreille commence à rendre lâme
! Beaucoup de musiciens savent de quoi je parle, sachant
quun Marshall à donf ou une trompette à
quelques centimètres atteignent sans
problèmes ces pressions sonores et ça
fait mal !
Une conversation normale correspond à environ
60 à 80 dB, un léger bruit de fond fait
40 à 50 dB.
Il faut savoir aussi que subjectivement le volume sonore double tous les 8 à
10 dB, mais ceci dépend aussi de la fréquence, car les médiums
(entre de 1 et 4 kHz) sont toujours perçus beaucoup plus fort que les
graves et les aigus ; et, moins le volume est fort, plus se creusera cette différence
de perception !
Sur les chaînes Hi-Fi par exemple, on trouve
le fameux réglage LOUDNESS, qui justement relève
les aigus et les basses pour parer à ce déséquilibre à
bas volume !
(retour sommaire)
LES ENCEINTES
Le rendement ou la sensibilité des enceintes
et haut-parleurs sont donnés en décibel
et là, on parle bien sûr de la pression
acoustique !
Vous lisez par exemple : 97 dB 1W / 1M
Ceci veut dire que le rendement est de 97 dB pour
1 watt à 1 mètre de distance !
Pour obtenir maintenant le rendement en pleine puissance
(admettons à 400 watts), il suffit dadditionner
les dB ;
Si 1 watt = 97 dB => 400 watts = 97 + 26 dB = 123
dB
Ce quil faut savoir, cest que la pression
acoustique diminue elle aussi de façon exponentielle
par rapport à la distance.
En doublant la distance, le son diminuera de moitié
sa pression initiale (il aura donc perdu 6 dB) et
ainsi de suite. On utilise de nouveau notre tableau
pour le calcul de la pression sonore à une
certaine distance.
Pour lexemple ci-dessus :
Si notre enceinte a un rendement de 123 dB (400 W) à
1 mètre
Elle aura perdu 6 dB à 2 mètres et 12
dB à 4 mètres À
20 mètres, la pression acoustique
ne sera que de 97 dB, soit la valeur de 1 watt à
1 mètre. Et à 100 mètres, il
en reste quand même encore 83 dB.
Ceci est bien sûr un peu (très!) théorique
(et valable seulement pour le plein air), car la construction
de lenceinte (bass-reflex, chargé de
pavillon, etc.), ainsi que les conditions atmosphériques
et les diverses réflections (des murs par exemple)
jouent un rôle très important pour la
diffusion du son.
Pour lexemple : Une enceinte qui est placée
sur le sol dans un coin de la salle, sortira 3 à
5 dB de plus de pression acoustique que sur un pied
denceinte en milieu de la salle ; ceci est dû
aux réflexions diverses des murs et du sol
qui sajoutent au son brut.
Mais ça permet quand même davoir
une certaine idée de ce que peut faire (rendre)
une chaîne audio.
Récapitulons :
En doublant la puissance (exemple 4 enceintes au
lieu de 2) on augmente de 3 dB.
Pour doubler la pression sonore (6dB) il faudra 4
fois plus de puissance.
En doublant la tension sur lentrée dun
ampli (+6 dB), celui-ci quadruple sa puissance sortie.
(retour sommaire)
TABLEAU RECAPITULATIF
facteur
A
|
log
|
Tension
U
|
Tension
U
|
Puissance
|
Son
Pa
|
multiplication
|
décibel
|
0dBu = 0,775V
|
0 dBV = 1 V
|
watt
|
Pascal
|
0,01
|
-40
|
0,01
|
0,01
|
0,0001
|
|
0,25
|
-12
|
0,19
|
0,25
|
0,063
|
|
0,315
|
-10
|
0,24
|
0,32
|
0,1
|
|
0,5
|
-6
|
0,39
|
0,5
|
0,25
|
|
0,71
|
-3
|
0,55
|
0,71
|
0,5
|
|
1
|
0
|
0,78
|
1
|
1
|
0,0002
|
1,41
|
3
|
1,09
|
1,41
|
1,99
|
0,00028
|
1,59
|
4
|
1,23
|
1,59
|
2,53
|
0,00032
|
2
|
6
|
1,55
|
2
|
4
|
0,0004
|
2,25
|
7
|
1,74
|
2,25
|
5,06
|
0,00045
|
3,15
|
10
|
2,44
|
3,15
|
9,92
|
0,00063
|
4
|
12
|
3,1
|
4
|
16
|
0,0008
|
5
|
14
|
3,88
|
5
|
25
|
0,001
|
10
|
20
|
7,75
|
10
|
100
|
0,002
|
20
|
26
|
15,5
|
20
|
400
|
0,004
|
40
|
32
|
31
|
40
|
1600
|
0,008
|
50
|
34
|
38,75
|
50
|
|
0,01
|
100
|
40
|
77,5
|
100
|
|
0,02
|
1000
|
60
|
775
|
1000
|
|
0,2
|
10000
|
80
|
|
|
|
2
|
500000
|
114
|
|
|
|
100
|
1000000
|
120
|
|
|
|
200
|
10000000
|
140
|
|
|
|
2000
|
© Ziggy - Septembre 2002
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