La distorsion est une caractéristique importante des composants audio et est souvent mentionnée dans les spécifications du produit pour les haut-parleurs, amplificateurs et autres dispositifs audio et acoustiques. Malheureusement, la terminologie est souvent utilisée de manière incorrecte ou des informations complémentaires importantes sont omises. Dans cet article, nous visons à clarifier les concepts et les méthodes de mesure ainsi que leur utilisation correcte.
Premièrement, toutes les distorsions ne sont pas mauvaises et indésirables. La distorsion peut être délibérée, par exemple le son "doux" légendaire des amplificateurs à tubes. Contrairement aux amplificateurs à transistors, les amplificateurs à tubes à vide génèrent une distorsion composée principalement d'harmoniques paires qui sont donc étroitement liées à la fréquence fondamentale. Cela produit un son qui est très agréable à l'oreille humaine.
Par contre, lorsqu'il s'agit d'enregistrer la voix ou la musique et de la reproduire au plus près de l'original, la distorsion est toujours indésirable. La classification et la mesure de ces distorsions indésirables sont examinées ci-après.
Distorsion linéaire vs. distorsion non linéaire
Une distorsion linéaire est définie comme un changement d'amplitude ou de phase sans ajout de nouvelles fréquences.
Une distorsion non linéaire se produit lorsque de nouvelles composantes de fréquence sont générées. Les distorsions non linéaires sont ce que l'on entend généralement par "distorsion".
play signal original
play signal linéaire distordu
play signal non-linéaire distordu
Distorsion harmonique vs. distorsion non harmonique
Les distorsions non linéaires sont ensuite divisées en distorsions harmoniques ou non harmoniques. Dans la distorsion harmonique, tous les multiples entiers de la fréquence fondamentale sont pris en compte. Il s'agit d'une mesure classique de distorsion appelée THD (Taux de Distorsion Harmonique ou Total Harmonic Distortion en anglais). Dans les applications spéciales, le nombre total d'harmoniques spécifiques est pris en compte. Les distorsions non harmoniques sont les fréquences qui ne sont pas des multiples de la fréquence fondamentale, comme c'est le cas avec l'IMD (la distorsion d'intermodulation ou intermodulation distortion en anglais).
Spectre de distorsion harmonique
THD vs. IMD
Les appareils qui mesurent la THD sont courants et faciles à utiliser. L'inconvénient majeur des appareils à faible bande passante est que pour les signaux de test à hautes fréquences, les distorsions harmoniques sortent de la plage. Pour des lectures précises, vous avez besoin soit d'un système de mesure avec une bande passante élevée, soit de mesurer l'IMD. Pour les mesures d'IMD, deux ou plusieurs tonalités pures avec fréquence et amplitude indépendantes sont utilisées comme signaux de test. Les distorsions non linéaires produiront alors des sommes et des différences de multiples de ces fréquences d'entrée. Les distorsions sont ainsi réparties sur l'ensemble de la bande passante d'analyse.
Méthodes de mesure et de calcul
Les distorsions sont presque toujours représentées sous forme de rapports signal sur distorsion. Les résultats sont généralement exprimés en pourcentage (%) ou en décibels (dB). Les signaux de test peuvent provenir de sources audio (électrique) ou acoustique (air).
Avec la THD, il existe deux méthodes de calcul communes. La THD IEEE, utilisée principalement aux USA, est calculée comme le rapport de la distorsion à la fréquence fondamentale. La THD selon la méthode IEC est répandue à peu près partout en dehors des Etats-Unis et est calculée comme le rapport de la distorsion à la somme du signal original ET de la distorsion. Dans les systèmes de mesure plus anciens, le bruit est souvent ajouté à la distorsion, produisant une valeur THD + N (N pour le bruit). Dans tous les cas, l'amplitude de la bande passante d'analyse doit être spécifiée car cela a une influence significative sur le résultat.
Avec les mesures d'IMD, trois méthodes principales sont utilisées. La méthode MOD, conformément à la norme IEC60268/3, utilise deux tonalités avec des fréquences et amplitudes sélectionnables. Les produits d'intermodulation des harmoniques d'ordre 2-5 sont mesurés. Les méthodes DFD (Difference Frequency Distortion) et CCIF fonctionnent de manière similaire, la différence étant que les deux fréquences sont très proches l'une de l'autre et ont la même amplitude. La méthode DIM (Dynamic Intermodulation), couramment utilisée dans les tests d'amplificateurs, utilise un signal carré et une fréquence de modulation supplémentaire.
Spectre de la DFD (Difference Frequency Distortion)
Quel instrument de mesure?
Avec des systèmes de mesure plus simples, la mesure de distorsion est principalement limitée à THD+N. Pour l'analyse multicanal et complexe, un système moderne avec une large bande passante et des processeurs de signaux rapides comme l'analyseur audio FX100 est nécessaire. Grâce au logiciel PC FX-Control, tous les types de distorsion pertinents peuvent être mesurés selon les normes, rapidement, sûrement et facilement.
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