Éclaircissons les choses au sujet des Sweeps

Les Sweeps sont une méthode populaire dans le domaine de la mesure audio pour décrire la variation d'une valeur de sortie mesurée par rapport à un paramètre d'entrée progressif. Le paramètre d'entrée progressif le plus couramment utilisé est la variation de fréquence sur la largeur de bande passante audio standard de 20 Hz à 20 kHz. Mais il y a beaucoup plus qu'un balayage. Cet article fournit une vue d'ensemble ainsi que des explications détaillées des différentes méthodes, paramètres et optimisations concernant les balayages.

Définitions

Lorsque les mesures de balayage sont tracées sur un graphique, l'axe des y identifie les résultats de mesure. Le graphique est nommé en fonction de ce qui est mesuré, avec le mot "réponse" en annexe. Par exemple, les résultats peuvent être nommés "réponse d'amplitude", "réponse d'impédance" ou "réponse de phase". Une exception à cette convention d'appellation est le terme "réponse en fréquence". Pour être techniquement correct, la réponse en fréquence se réfère à la fois à la réponse d'amplitude et de phase. Sachez toutefois qu'il est également courant dans la pratique que la réponse en fréquence se réfère uniquement à la réponse d'amplitude.


Réponse en fréquence
Frequency response

 
Le signal d'entrée peut varier en fréquence ou en amplitude (axe des x). La convention est qu'en l'absence d'autres informations, la fréquence est utilisée comme entrée variable pour l'axe des abscisses. 

La section suivante décrit comment le signal d'entrée du balayage peut varier et comment ces variations peuvent être paramétrées.

Glide Sweep
Un glide sweep (ou chirp) est un signal continu dans lequel la fréquence augmente ou diminue logarithmiquement avec le temps. Ceci fournit la gamme complète des fréquences de test entre la fréquence de départ et la fréquence d'arrêt. Un avantage par rapport au stepped sweep est que la durée du signal peut être réduite par l'utilisateur sans perte de résolution en fréquence dans les résultats. Cela permet d'effectuer des tests rapides.

La réponse impulsionnelle d'un appareil testé peut être calculée à partir des résultats de mesure. A partir de là, les mesures d'amplitude, de phase et de distorsion sont calculées. Les réflexions acoustiques indésirables peuvent être réduites à l'aide d'une fenêtre temporelle.


Signal Glide Sweep
Glide Sweep signal

 

Comme la durée exacte du signal signal du sweep est connue, le glide sweep est idéal pour mesurer des signaux qui ne sont pas lus par le système de test audio lui-même, mais plutôt par l'appareil testé. Pour indiquer au système de mesure que le signal de test est sur le point de démarrer, le signal du sweep est précédé d'une courte séquence de déclenchement. Cette méthode est particulièrement utile pour les appareils de mesure qui n'ont pas de canal d'entrée audio, par exemple les Smartphones, les tablettes ou autres smart devices.

Bien que la théorie derrière le glide sweep soit connue depuis plusieurs décennies, son utilisation dans les appareils de mesure audio n'a évolué qu'au cours des dernières années, à cause de la grande puissance de calcul nécessaire.

Stepped Sweep
Dans un Stepped Sweep, un paramètre d'entrée variable (fréquence ou amplitude) est incrémenté ou décrémenté par pas distincts. Après chaque changement, l'analyseur attend qu'une lecture stable soit détectée avant de passer à l'étape suivante. L'échelle des pas est linéaire ou logarithmique. La condition de stabilité (settling) peut être paramétrée par l'utilisateur.

Étant donné qu'il n'est pas possible de prévoir le temps de stabilisation des différents objets de test, la durée d'un stepped sweep ne peut pas être déterminée exactement à l'avance.

Pour la détermination de la réponse d'amplitude ou en fréquence, le stepped sweep a été largement remplacé par le glide sweep. L'application principale du stepped sweep est la mesure de la linéarité des systèmes. Ici, la fréquence du signal de test est maintenue constante tandis que l'amplitude varie. En règle générale, l'amplitude et la distorsion de l'appareil testé sont mesurées. C'est ce qu'on appelle aussi un “amplitude sweep” ("balayage d'amplitude").


Mesure de linéarité
Mesure de linéarité

 

Pondération d'amplitude
Avec la fréquence sélectionnée comme paramètre d'entrée variable, le profil d'amplitude du signal d'entrée peut être défini. Par exemple, cela permet l'égalisation d'un amplificateur ou d'un haut-parleur afin d'obtenir une réponse en amplitude électrique ou acoustique plate à la sortie. Cette méthode peut être appliquée à la fois au glide sweep et au stepped sweep.

Time Sweep
Dans le cas d'un time sweep, l'axe des x représente le temps. Là encore, l'axe des y représente une valeur mesurée, par exemple l'amplitude. La variation de la valeur mesurée est observée dans le temps. Par exemple, comment la réponse de l'appareil testé change-t-elle sur une longue période?

Table Sweep
Une forme spéciale rarement utilisée du stepped sweep est le table sweep. Ici, le signal d'entrée est produit sous la forme d'une séquence aléatoire de paires de fréquences et d'amplitudes, issue d'un tableau.

Applications pratiques

Les appareils et systèmes audio et acoustiques sont utilisés dans toute la gamme audible et au-delà. Cette gamme s'étend sur les deux dimensions de fréquence et de niveau. Par conséquent, les mesures sur les systèmes audio et acoustiques doivent mesurer et évaluer les paramètres pertinents dans ces dimensions. Les mesures de base utilisées sont les mesures de sweep.

Pour une mesure significative et précise, les paramètres de balayage les plus importants à définir sont les valeurs de départ et d'arrêt pour la fréquence ou l'amplitude ainsi que les pas (nombre de points de mesure souhaités) ou la durée de la mesure (dans le cas d'un GlideSweep).

Mesures sur les composants acoustiques
Pour les mesures de balayage sur des composants acoustiques, tels que les haut-parleurs, plusieurs éléments doivent être pris en compte. Outre la réponse en fréquence acoustique en dBSPL (à gauche), la réponse en fréquence d'impédance (à droite) peut également être intéressante. Les fréquences de démarrage et d'arrêt doivent donc être sélectionnées de manière à couvrir non seulement la largeur de bande de réponse spécifiée de l'enceinte, mais aussi à ce que le balayage commence suffisamment loin en dessous de la fréquence de résonance.

La durée du GlideSweep dépend de la fréquence de démarrage. Plus la fréquence est basse, plus le système électromécanique doit être excité longtemps. Dans la mesure suivante d'un haut-parleur de milieu de gamme, une durée de signal de 1,5 seconde a été utilisée pour une largeur de bande de mesure de 20 Hz - 20 kHz.


Réponse en fréquence
Réponse en fréquence

La mesure n'a pas été effectuée en champ libre. Les réflexions qui en résultent apparaissent dans la réponse en fréquence (courbe verte) sous forme d'ondulations. Celles-ci sont éliminées par un calcul de moyenne glissante (courbe rouge). Alternativement, les réflexions peuvent également être éliminées par l'utilisation d'une fenêtre temporelle.

Mesures sur les appareils de lecture
Les appareils de lecture sont identifiables par l'absence d'un chemin de signal fermé, c'est-à-dire qu'il n'est donc pas possible de lire un signal de test généré par le générateur audio directement dans l'appareil tout en reproduisant simultanément le signal en sortie de l'appareil. Sans cette boucle fermée, l'analyseur audio ne peut pas se synchroniser avec le signal. Des exemples typiques d'appareils de lecture sont les téléphones mobiles ou les tablettes, ainsi que la plupart des appareils avec haut-parleurs intégrés.

Pour ces appareils, le signal de test GlideSweep est enregistré et pré-chargé sur l'appareil sous forme de fichier wav ou mp3 pour la lecture et l'analyse. Pour pallier le manque de synchronisation entre le générateur audio et l'analyseur, le signal de test GlideSweep peut être précédé d'un court déclenchement audible, à un intervalle fixe avant le signal de balayage, qui est reconnu par l'analyseur.


Lorsque le déclencheur est détecté par l'analyseur audio, la mesure démarre automatiquement. Comme la durée du GlideSweep est connue, l'analyseur est exactement synchronisé avec le signal de test en cours de lecture.

Mesures sur les appareils audio
Il s'agit d'appareils avec entrées et sorties audio analogiques ou numériques, par ex. amplificateur ou console de mixage. Une connexion d'entrée et de sortie en boucle fermée au générateur audio et à l'analyseur est possible. Cet exemple mesure un étage d'entrée microphone d'un mélangeur audio. L'amplitude et la distorsion dans la gamme de fréquences audibles sont mesurées avec un GlideSweep rapide de 500 ms de 20 Hz - 20 kHz. Le niveau de sortie et la distorsion en fonction du niveau d'entrée sont mesurés avec un balayage d'amplitude dans la plage de -100 dBV à -20 dBV.
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Entrée micro
Entrée micro

Une attention particulière doit être accordée aux systèmes ayant un comportement de contrôle dynamique, tels que le contrôle automatique de gain (AGC) ou le limiteur de niveau. Dans ce cas, pour s'assurer que le système testé est dans un état stable avant la mesure réelle, le signal de balayage est précédé d'un "pré-ton" d'une durée d'une seconde, par exemple.