Le Son Distordant

 Un article sur la distorsion harmonique. 

La distorsion: qu’en disent-ils sur le web?

DeForest  – Audion DL14 Low Mu Amplifier (1927)

Le taux de distorsion harmonique  « THD » du terme anglais Total Harmonic Distortion.

Et là, on arrête le tir car seul Wikipédia s’en sort plutôt bien.

Qu’en est-il vu d’ici du distordant phénomène ?

En audio il existe plusieurs types de distorsions^[1]. Toutefois dans cet article, nous allons voir ce qu’est la distorsion harmonique.

En tant que spécification, elle est présente dans les notices quand elle représente un argument de vente et disparaît, comme par enchantement, dans le cas contraire; par exemple dans les notices des enceintes acoustiques ce taux ferait fuir ventre à terre les clients peu habitués à interpréter des chiffes parfois sournoisement assénés: j’en ai déjà parlé dans le précédent article!
…

Parfait Sinus

Les courbes du transistor FET 2N3819: pas très parallèles !

Hélas ce n’est pas aussi simple que cela. Les composants électroniques ne sont pas très linéaires. Même pour un gain unitaire (ft=0dB) un signal subit des transformations et notre sinusoïde parfaite va perde de sa superbe dans le transfert de l’entrée vers la sortie. Il est essentiel de comprendre qu’un préamplificateur ou un amplificateur effectue des «agrandissements» du signal un peu comme une photocopieuse à qui on fait redimensionner un document. Si l’appareil est médiocre le résultat sera à l’identique.

Les Harmoniques ou Partiels Harmoniques

Définitions :

En acoustique, un partiel harmonique est une composante d’un son périodique (et plus généralement d’une onde), dont la fréquence est un multiple entier d’une fréquence fondamentale. Si on appelle « ƒ₀ » la fréquence fondamentale, les partiels harmoniques ont des fréquences égales à : 2ƒ₀, 3ƒ₀, 4ƒ₀, 5ƒ₀, etc. ^[6].

Difficile de rêver mieux comme explication !

Oscillation sinusoïdale, composante spectrale ou terme d’une série de Fourier^[7] dont la fréquence est un multiple entier d’une fréquence dite « fondamentale ».

En musique, son résultant de la résonance naturelle d’un corps sonore (corde, membrane, lame vibrante, etc.) ; sur les instruments à cordes, son obtenu à partir d’une note fondamentale autre que celle donnée par la corde à vide.

Son susceptible d’être émis par une source sonore et dont la fréquence est un multiple entier de celle correspondant au mode fondamental de vibration.

On sait qu’un son complexe est composé d’une multitude de sinusoïdes et que Mr Fourier nous l’a mathématiquement démontré.

Rampe ou dent des scie avec toutes les composantes sinusoïdales.

©Frank Lovisolo 2016

L’analyse spectrale:

Analyse du son à l’écoute : Rampe avec Fo = 440Hz à -12dB

©Frank Lovisolo 2016

Le problème est qu’en Haute-Fidelité, au studio d’enregistrement et en sonorisation la distorsion et ses polluantes harmoniques, on n’en veut pas!

Des harmoniques ou partiels , il y en a assez comme ça dans les instruments de musique, inutile d’en rajouter au risque d’en modifier leurs timbres.

Par exemple un piano La3 joué doucement (pianissimo).

On imagine bien qu’à l’enregistrement du Nocturne en Ut# mineur, composé par Chopin, joué sur un Bösendorfer modèle 290 (97 Tasten, Länge: 290cm, Breite: 168cm, Nettogewicht: 552kg) par un pianiste Russe tout droit arrivé de Moscou en Moskvitch 400, on est en droit de ne pas être enquiquiné par de la distorsion harmonique! non?

Les sons suivants ont de la distorsion harmonique.

Microsoft Excel® calcule…

…
Je les ai «construit» d’abord par le calcul (Microsoft Excel^®) , synthétisés dans le logiciel Steinberg- Cubase^® et analysés dans un tableau Microsoft Excel^®  via Adobe Audition^® pour contrôler et récupérer les données. 

Pour être certain du résultat j’ai fabriqué ces sons sur le principe de la synthèse additive: un simple mixage.

Le logiciel Steinberg- Cubase® en action

A propos de ce qu’on lit ou entend au catéchisme du son : Le logiciel Steinberg- Cubase^® aurait un très mauvais «moteur audio» (j’aurai dit algorithmes), qu’il change de son au mixage et tout un tas de billevesées qui ne sont jamais vérifiées de manière technique et tiennent plus du «dernier qui a parlé» que d’une réalité scientifique. Après m’être servi d’icelui pour l’expérience je peux affirmer que je n’ai rien vu de tel: aucun bruit et distorsion harmonique n’ont été ajoutés contre ma volonté par le logiciel. De nos jour mesurer avec précision est assez facile et si il y avait eu quelque chose de significatif quant à l’audible on l’aurait vu sur le graphique sans coup férir. Vous noterez que j’ai mis pour cette expérience l’échelle des décibels à -140dB. Il serait souhaitable que ceux qui affirment de telles énormités, pour justifier et imposer leur piètre normalité, nous démontrent leurs dires de façon scientifique et non de manière subjective.

Sur le graphique ne sont visualisés que la fondamentale suivie de dix harmoniques présentant un superbe dégradé cher aux audiophiles. Pour cette expérience j’ai choisi le LA3 440Hz. c’est une fréquence, une note retenue et connue de tous, c’est la tonalité du téléphone, qui aidera à l’écoute. Le 1000Hz, parfait pour la mesure, est franchement très désagréable à l’ouïe et, par le fait, nuit à la concentration auditive et ce n’est pas la fréquence d’une note de la gamme tempérée.

Dans la colonne de gauche vous trouverez les valeurs en décibels pour chaque fréquence et en haut de colonne le son. Dans la colonne de droite le graphe. Il est limité à 100hz et 10000hz afin d’en faciliter la lecture. La valeur de niveau la plus basse est -140dB, bien au-dessus du bruit.  La ligne verte représente le bruit numérique et théorique du format «Compact Disc»^[8], 44.100Hz 16Bits…

Qu’en est-il de la réalité?

Sur l’oscillogramme ( en vert ) on voit nettement l’écrêtage de la sinusoïde.

C’est une utilisation hors-norme de l’appareil. On peut imaginer ce que ça peut donner sur une voix ou un instrument de musique!

Curieusement les harmoniques paires présentent des niveaux plus bas que les impaires.

C’est là qu’il nous faut un peu approfondir.

Deux fonctions utiles et un tableur:

Pour les plus téméraires, ceux qui à partir d’un analyse FFT veulent connaître le taux de distorsion.

• Audio Engineering – Collectif d’Auteurs – Éditeur: Newnes 2009 – ISBN: 978-1-85617-526-5
• Power Amplifiers with valves – Claus Byrith 2000
• Hand Book For Sounds Engineers – Collectif d’Auteurs – Éditeur Glen Ballou 1987 – 1991 – ISBN 0-672-22752-5
• Audio engineering explained : professional audio recording – Collectif d’Auteurs – Éditeur Focal Press – ISBN: 978-0-240-81273-1
• Modern Recording Techniques – David Miles Huber & Robert E. Runstein – Éditeur Focal Press – ISBN: 978-0-240-81069-0
• The Theory and Technique of Electronic Music – Miller Puckette – Copyright © 2007 by World Scientic Publishing Co. Pte. Ltd.
• Valves and Transistors audio amplifier – John Linsley Hood. – Éditeur: Newnes 1997 – 2006 – ISBN 0 7506 3356 5
• Effets audibles de la distorsion harmonique – Adrien FAUCONNET Génie électrique et électronique – 2010 
• Electric Guitar Amplifier Hand Book – Jack Darr 1965 – 1971 – Editeur Howard W. Sam & Co – ISBN 0-672-20848-2
• Radiotron Designer’s Handbook – Editeur F. Langford-Smith 1934 – 1953
• Valves Amplifiers – Morgans Jones – Éditeur: Newnes – 1995 – 2003 – ISBN 0-7506-56948
• Designing Microphone Preamplifiers -By Gary K. Hebert, 129th AES Convention San Francisco CA, November 2010 – Copyright ©2010, THAT Corporation
  

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