Unites de mesure
dB, gain et bruit — le langage fondamental de l’ingenierie audio. Comprendre ces concepts est essentiel avant d’aborder toute conception de circuit ou mesure.
Le Decibel
Un rapport logarithmique car l’audition humaine est logarithmique. Doubler la sensation sonore demande environ +10 dB.
Le decibel est toujours un rapport entre deux grandeurs. En puissance : dB = 10×log₁₀(P₂/P₁). En tension (meme impedance) : dB = 20×log₁₀(V₂/V₁). Le facteur 20 vient du fait que la puissance est proportionnelle au carre de la tension.
dBm — Reference a 1 mW. Dans 600Ω : 0 dBm = 0,775 V
dBu — Reference a 0,775 V independamment de l’impedance
dBV — Reference a 1 V. Note : 0 dBV = +2,218 dBu
dBFS — Pleine echelle numerique. 0 dBFS = maximum avant ecretage numerique
| Signal | Niveau | Tension |
|---|---|---|
| Niveau ligne pro | +4 dBu | 1.228 V |
| Niveau ligne grand public | -10 dBV | 0.316 V |
| Point d’ecretage typique | +24 dBu | 12.3 V |
| Niveau micro (typique) | -40 dBu | 7.75 mV |
| Cellule phono (MM) | -44 dBu | 4.9 mV |
Bruit thermique (Johnson-Nyquist)
Chaque resistance genere un bruit aleatoire du a l’agitation thermique des electrons. C’est le plancher de bruit absolu — impossible a eliminer.
k = Constante de Boltzmann = 1.38 × 10−23 J/K
T = Temperature en Kelvin (ambiante = 300 K)
B = Bande passante en Hz (audio : 20 Hz – 20 kHz)
R = Resistance en ohms
A temperature ambiante (300 K), une resistance de 1 kΩ sur une bande passante de 20 kHz produit environ 0,57 µV de bruit. Implication pratique : garder les resistances de grille aussi faibles que possible.
Bruit de grenaille & bruit en 1/f
Au-dela du bruit thermique : emission aleatoire d’electrons (bruit de grenaille) et fluctuations basse frequence (bruit de scintillation) dans les tubes.
L’emission aleatoire d’electrons de la cathode vers l’anode cree du bruit. Dans les triodes, la charge d’espace fournit un lissage partiel. La resistance de bruit equivalente :
Dans les pentodes, le courant cathodique se repartit entre l’anode et la grille ecran. Cette partition aleatoire ajoute un bruit significatif — typiquement 3 a 5 fois la resistance de bruit equivalente d’une triode. C’est pourquoi les etages d’entree en triode sont preferes pour les conceptions faible bruit.
La densite spectrale de puissance augmente aux basses frequences. Dominant en dessous de ~100 Hz. Pire dans les tubes anciens ou contamines. Les JFET modernes ont un bruit en 1/f bien inferieur aux tubes, ce qui les rend attractifs pour les etages d’entree de preamplis phono.
Bruit en exces des resistances
Au-dela du bruit thermique, le courant traversant une resistance genere un bruit supplementaire dependant du type et de la construction.
Mesure en µV/V ou en indice de bruit en dB. Un indice de bruit de -20 dB signifie un bruit en exces de 10 µV par volt de continu aux bornes de la resistance. Dans une resistance d’anode de 100 kΩ avec 200 V a ses bornes, un indice de bruit de -20 dB donne 2 mV de bruit ajoute — significatif dans un circuit audio.
| Type | Indice de bruit |
|---|---|
| Carbone agglomere | -10 to -20 dB |
| Couche carbone | -25 dB |
| Couche metallique | -35 to -40 dB |
| Bobine | Le plus bas (mais inductif) |
→ Utilisez toujours des resistances a couche metallique dans le chemin du signal audio. Les resistances carbone agglomere ne devraient etre utilisees que la ou leur caractere sonique est recherche (ex. : amplis guitare).
Plage dynamique
Le rapport entre le signal le plus fort et le plus faible qu’un systeme peut traiter, mesure en dB.
16-bit (CD) → 96.3 dB
24-bit (Studio) → 144.5 dB
32-bit float → ~1528 dB (theorique)
SNR — Rapport signal/bruit
SINAD — Signal sur bruit et distorsion
THD+N — Distorsion harmonique totale + bruit
A-wtd — Ponderation A pour pertinence psychoacoustique
Un amplificateur a tubes bien concu atteint 90 a 110 dB de plage dynamique. Le numerique 16 bits (96 dB) correspond bien a cela. L’enregistrement 24 bits (144 dB) depasse les performances de tout etage analogique, offrant une marge confortable pour le mixage et le traitement.
Mesure moderne
Analyse FFT, instruments de test par carte son, et configuration pratique d’un banc de test pour la caracterisation d’amplificateurs a tubes.
La transformee de Fourier rapide convertit un signal temporel en ses composantes frequentielles, revelant les harmoniques, le plancher de bruit et les signaux parasites. La resolution depend du taux d’echantillonnage et de la longueur FFT : Δf = fs / N.
La FFT suppose que le signal se repete infiniment. Les discontinuites aux bords du bloc creent des fuites spectrales. Les fonctions de fenetrage amenent progressivement le signal a zero aux bords, echangeant la resolution frequentielle contre une reduction des fuites.
Une interface audio de qualite (ex. Focusrite, RME, MOTU) peut servir d’instrument de mesure abordable. Limites : plancher de bruit (-100 a -115 dBFS), niveau d’entree max (attenuation necessaire pour les circuits HT des tubes), taux d’echantillonnage (bande passante limitee a fs/2).
Mesures essentielles : DHT (distorsion harmonique totale), DIM (distorsion d’intermodulation), reponse en frequence, impedance de sortie (methode a deux charges), plancher de bruit, et reponse en phase. Toujours utiliser une charge factice sur le transformateur de sortie — ne jamais faire fonctionner un ampli a tubes sans charge.
Unités de mesure — Quiz complet
Testez vos connaissances sur les décibels, le bruit et la plage dynamique
Le niveau ligne professionnel est +4 dBu. À quelle tension cela correspond-il ?