Partie AUDIO : LE CALIBRAGE SON

Pourquoi faire un calibrage son home cinéma ou HiFi ?

La réponse d’une enceinte dépend en grande partie du milieu dans lequel elle fonctionne. C’est encore plus vrai pour le grave. Attention, un calibrage son ne modifie pas l’acoustique d’une pièce. Aspect trop souvent négligé, il est pourtant très important.

Le calibrage a pour but de compenser et/ou corriger certains défauts imputables à l’environnement ou à l’enceinte suivant une courbe cible de réponse en amplitude. Le calibrage permet aussi de faire de l’alignement temporel (réponse impulsionnelle, temps groupe et phase). Cela permet d’harmoniser le rendu final entre toutes les sources sonores d’un même système par rapport au point d’écoute. Le placement des enceintes et leur conception, mais aussi l’électronique doivent être pris en compte. Les niveaux sonores doivent être parfaitement ajustés.

Dans un système idéal, aucune enceinte ne doit être localisable.

Beaucoup d’appareils proposent aujourd’hui des calibrages automatiques. Ces systèmes ont leurs limites techniques comme Dirac ou Audyssey.

Ils ne savent pas forcément mettre en phase les enceintes avec le ou les caissons. Mettre en phase les caissons entre eux. Gérer le retard de groupe. Ajuster avec précision les niveaux sonores, ce qui pénalise l’équilibre de la bulle sonore.

Ensuite, ils ne connaissent pas les équipements utilisés et leurs capacités. En fonction de l’équipement, on peut s’autoriser certaines corrections et pas d’autres. Ils ne connaissent pas le niveau d’écoute, la pièce, son volume… Ce sont des critères qui vont influencer le rendu final et qu’il faut donc prendre en compte.

Autre point : la courbe cible est plus ou moins imposée en fonction des systèmes et influe énormément sur le rendu final.

L’un des buts du calibrage son est d’harmoniser le fonctionnement des enceintes entre elles. Pour homogénéiser la bulle sonore en home cinéma et la rendre la plus équilibrée possible, il faut que le rendu de toutes les enceintes soit le plus semblable possible. Que ce soit en terme de rendu sonore ou en terme de niveau sonore. Ainsi un bruit tournant passant d’une enceinte à une autre s’entendra de la manière la plus fluide possible. Et cela avec pas ou peu de changement de sonorité ou de niveau. Pour cela, le calibrage Premium permet d’aller encore plus loin. Dans le cas contraire, la localisation des enceintes devient trop évidente. Il faut pouvoir bien localiser les effets sonores, pas les enceintes. C’est bien deux choses très différentes.

Le calibrage va également adapter la réponse dans le grave par rapport à la pièce et son acoustique. Que ce soit en home cinéma ou en HiFi, la pièce altère le rendu dans le grave. Il faut donc le corriger en fonction du point d’écoute. C’est la différence entre écouté ses enceintes et écouter sa pièce. Il y a aussi de nombreux aspects temporels à prendre en considération et à ajuster.

Les problèmes souvent constatés

Il y a beaucoup d’exemples de calibrages dans le blog.

Manque de spatialisation
Rendu bouché ou manque de clarté
Le grave est baveux
Manque de cohérence dans le rendu du grave avec les enceintes
Bulle sonore déséquilibrée
Les dialogues ne sont pas suffisamment intelligibles
Manque d’effets sonores dans les surround et/ou les atmos
Manque de musicalité en HiFi
Pas suffisamment de grave en HiFi (en fonction du niveau d’écoute)
La scène sonore est fermée, manque d’ampleur

Je constate souvent que plusieurs de ces problèmes se cumulent sans même que vous le sachiez.

La méthodologie du calibrage son home cinéma ou HiFi

Voici les différentes étapes ou les différents aspects techniques traités lors du calibrage son, le tout dans la pédagogie : j’explique ce qui est fait pour que vous en compreniez le résultat.

Tests pré-calibrage
Mesures pré-calibrage en champ diffus au point d’écoute principal
Mesures multipoints 3 micros
Analyse des mesures en amplitude, temporelles, distorsion et réverbération (RT60)
Positionnement du ou des caissons, des enceintes, orientation
Optimisation point d’écoute si nécessaire / si possible
Correction si nécessaire pour l’alignement temporel de chaque enceintes
Modification de la courbe cible (optimisation de la clarté, des détails, de la précisions, de la spatialisation et suppression de toute agressivité même à niveau d’écoute élevé)
Alignement de la réponse de chaque canal à la nouvelle courbe cible avec les outils disponibles (système de calibrage Audyssey, ARC, Dirac…, égaliseurs graphiques numériques, égaliseurs graphiques analogiques, égaliseurs paramétriques, DSP externe…)
Modification de la courbe cible avec personnalisation pour chaque canal selon le calibrage Premium
Alignement temporel du grave (très souvent en retard)
Optimisation du ou des crossover
Optimisation de la phase entre caisson(s) et enceintes.
Alignement précis des niveaux de chaque canal (optimisation de la bulle sonore)
Mesures multipoints 3 micros post-calibrage en champ diffus
Tests post-calibrage avec ajustement de l’équilibre tonal en fonction de l’acoustique, du niveau d’écoute et de vos préférences.

La tonalité

Voici avec quel référentiel je vais fonctionner lorsque je vais parler de tonalité, d’équilibre tonal entre toutes les plages de fréquences audibles.

Le fonctionnement de l'oreille

Il est essentiel dans un premier temps de connaître le fonctionnement de ses oreilles. L’oreille est loin d’être un récepteur linéaire. Que ce soit en fréquence ou en niveau d’écoute, la perception de l’équilibre tonale qui représente l’équilibre entre les graves, les médiums et les aigus n’est pas linéaire.

Les courbes isosoniques de Fletcher et Munson ou les courbes ISO226 de 2003 montrent la sensibilité de l’oreille en fonction des fréquences et du niveau d’écoute. Chaque courbe indique l’intensité sonore à reproduire pour que l’oreille perçoive une intensité sonore constante.

Donc voici ce qu’on peut en déduire :

Plus le niveau d’une source sonore baisse, moins on entend le grave.

L’oreille est plus sensible aux fréquences aigues situées entre 2 kHz et 5 kHz. Elles peuvent être à l’origine de l’agressivité d’une restitution sonore.

L’oreille est moins sensible aux fréquences extrêmes aigues supérieures à 6 kHz.

La courbe cible

La courbe cible détermine la réponse en amplitude souhaitée pour chaque canal de l’installation home cinéma ou Hi-Fi. Elle peut influencer grandement sur la clarté du rendu sonore, sa musicalité pour la Hi-Fi, sa cohérence, son intelligibilité et la spatialisation.

Trop de grave nuit à la cohérence. Le grave doit être le prolongement des enceintes et ne doit pas passer au-dessus.

Trop d’aigu va rendre l’écoute agressive, fatigante et va limiter votre niveau d’écoute au détriment du grave qui a besoin d’un certain niveau pour être totalement audible.

Un manque d’extrême aigus va boucher les détails et pénaliser la spatialisation. Ce sont les fréquences aigus qui sont les plus directives et localisables. Le grave lui n’est pas localisable sous la limite des 100 Hz. D’où la nécessité que les crossover (fréquence de recouvrement entre le ou les caissons de grave et les enceintes) soit au mieux à 80 Hz quand c’est possible.

La courbe cible a donc une grande importance.

Exemple de courbe cible utilisée par le système de calibrage Audyssey sur le logiciel Mult EQ X.

Autre Exemple de courbe cible utilisée par le système de calibrage ARC sur le logiciel ARC Genesis.

Encore un exemple de courbe cible par le système de calibrage Dirac sur le logiciel Dirac Live.

Les courbes cibles des systèmes comme YPAO pour Yamaha, MCACC pour Pioneer ou encore AccuEQ chez Onkyo ne sont pas directement visualisables. Certaines s’inspirent des normes ISO 2969 et ANSI/SMPTE 202M issues du cinéma, ce qui explique la chute des courbes dans l’extrême aigu. Cette application est à mon sens discutable :

Les volumes et surfaces entre un cinéma et un home cinéma ne sont pas les mêmes.
Les distances parcourues par les ondes sonores ne sont pas les mêmes.
Les réverbérations et les distances associées parcourues ne sont pas les mêmes.
Les distances entre le premier rang et le dernier rang ne sont pas les mêmes.

C’EST POURQUOI POUR CHAQUE CALIBRAGE JE MODIFIE LA COURBE CIBLE. Ce qui fait toute la différence et elle est parfaitement audible.

Les mesures calibrage son home cinéma et HiFi

La mesure en amplitude

Le graphique montre la réponse en amplitude exprimée en décibels (dB) en fonction de la fréquence émise. On peut voir ici l’exemple d’une correction après calibrage (courbe bleue). La mesure doit suivre le mieux possible la courbe cible. Une modification de la réponse en amplitude d’une enceinte est ce qui s’entend le plus facilement et a une grande influence sur le rendu final. D’où l’importance de la courbe cible.

Le temps groupe

C’est le retard de propagation des ondes sonores induit par les enceintes, les filtres (analogiques ou numériques) et l’acoustique de la pièce. Le temps groupe est très lié à l’acoustique de la pièce comme le montre le premier relevé. La différence principale entre les 2 mesures est la pièce : l’une a une bonne acoustique (courbe lisse), l’autre pas. Les courbes doivent également être les plus plates possibles.

L’autre exemple est une compensation de temps de groupe d’un caisson de basses (sous les 100 Hz). Le grave est souvent en retard par rapport aux enceintes. Il faut faire un alignement temporel autant que possible.

Le RT60

Le RT60 est une mesure du temps que prend le son pour diminuer de 60 dB dans un espace qui a un champ sonore diffus, c’est-à-dire une pièce suffisamment grande pour que les réflexions de la source atteignent le micro de toutes les directions au même niveau.

Ce relevé indique les valeurs de temps de réverbération RT60 à chaque fréquence centrale de tiers d’octave. Etre sous une valeur de 400 millisecondes sera déjà un bon début pour une pièce allant jusque 70 m³. En home cinéma, il faudra chercher à descendre encore plus bas si on veut optimiser le rendu sonore.

Ci contre, deux exmples

Le premier exemple est en pièce dédiée et traitée avec de bonnes valeurs sous les 200 ms pour l’aigu et le médium. Conserver des valeurs sous les 400 ms pour le grave n’est pas chose facile à obtenir.

Le deuxième exemple est en pièce de vie ouverte, carrelage et sans traitement. On dépasse les 1 secondes de RT60. Le rendu sonore et la précision de la spatialisation sont clairement impactés. C’est la différence majeur que je constate en passant de home cinéma en home cinéma. C’est peu le matériel au final qui différencie le rendu final après calibrage contrairement à ce qu’on pourrait penser, mais surtout l’acoustique (et le placement des enceintes). L’acoustique c’est 50% du rendu.

La distorsion

Pour faire simple, la distorsion est une altération de la forme d’onde d’un signal audio exprimé en pourcentage. Le graphique de distorsion montre la fondamentale de la mesure (la partie linéaire de sa réponse) et la distorsion harmonique totale (THD) prenant en compte jusqu’à la neuvième harmonie.

Ci-contre, un exemple d’une enceinte présentant un défaut parfaitement audible avec un excès de distorsion sur la plage 100 – 300 Hz. Une distorsion convenable ne dépasse pas les 1% et sera même sous les 0,5% dans l’aigu.

La réponse impulsionnelle

La réponse impulsionnelle est un enregistrement de ce qu’on entendrait dans un local si on diffusait un son extrêmement fort et extrêmement court. La raison pour laquelle on mesure la réponse impulsionnelle est qu’elle caractérise complètement le couple enceintes / pièces au point d’écoute. Dans un système parfait avec une acoustique parfaite, la réponse impulsionnelle ressemblerait à un pic unique au temps 0, contrairement au premier exemple ci-contre. On peut visualiser toute sorte de réverbérations liés à l’enceinte ou à la pièce.

La réponse impulsionnelle peut permettre de faire également du calage temporel, comme dans le deuxième exemple ci-contre où on observe de nombreuses réponses impulsionnelles alignées à l’instant t=0. Ce qui signifie que toutes les distances dans l’ampli home cinéma sont parfaitement réglées. Une précision inférieure à 0,5 millisecondes (inférieur à 17 cm) comme ici est suffisante. Les autres pics sont des réflexions diverses sur des parois (mûrs, sol, plafond, objets…). On peut donc en déduire en priorité les problèmes de réflexions primaires.

La réponse impulsionnelle peut aussi révéler la polarité et la qualité de la réponse d’une enceinte comme dans ce troisième exemple pour un caisson de grave : la courbe bleu est avant le calibrage, la verte après. En fonction du matériel utilisé (capacité de l’ampli, DSP…), on peut aller plus ou moins loin dans l’amélioration de la réponse impulsionnelle.

Le Waterfall

Pour faire simple, le graphique du waterfall montre l’évolution dans le temps d’une réponse en amplitude. Il est lié à l’acoustique de la pièce, sa réverbération et aux ondes stationnaires qui s’y forment, mais aussi à certains phénomènes électro-acoustiques. On visualise la décroissance, l’extinction ou l’absorption du spectre sonore dans la pièce.

Le waterfall va permettre de jauger l’équilibre d’un rendu sonore comme ici ci-contre d’un caisson de grave après le calibrage par un système automatique. Le waterfall montre que dans le temps, c’est l’infra qui persiste et va passer au dessus de toutes les autres fréquences. Au dessus de 30Hz, les fréquences s’estompent plus rapidement. Ce qui se confirme à l’écoute avec l’impression d’entendre toujours la même fréquence basse. En fonction du niveau du LFE et/ou du niveau d’écoute, on va être noyé dans une « bouillie » d’infra.

Quand c’est possible (en fonction du matériel utilisé), un correctif manuel va permettre de récupérer de l’équilibre pour obtenir un grave plus équilibré et plus nuancé tout en favorisant les fréquences apportant du dynamisme (au-dessus de 40 Hz) avec plus de punch et/ou un rendu avec plus d’impact. Ce correctif améliore également la réponse impulsionnelle. Aucun système de calibrage automatique ne sait faire cela.