Auteur Sujet: Interprétation distorsion harmonique  (Lu 42 fois)

xnwrx

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Interprétation distorsion harmonique
« le: décembre 01, 2017, 21:54:11 pm »
Bonjour,
cette réflexion m'est venue d'un échange avec Dominique hier soir : sur quoi nous renseigne la distorsion harmonique, la THD, ou la mesure fréquentielle de distorsion harmonique d'un système ?
Pour un grand nombre d'audiophiles, ce n'est qu'un chiffre, des courbes, avec pour objectif d'être le plus bas possible. Oui, mais il faut comprendre ce que nous enseigne cette distorsion harmonique.
Elle nous renseigne tout simplement sur la linéarité en amplitude d'un système. C'est une manière normalisée de mesurer cette linéarité (ou non-linéarité) et de la caractériser par un ou des chiffres normalisés, donc répétables de système en système, et donc comparables.
Non seulement les non-linéarités d'un système produiront de la distorsion harmonique, mais surtout la seule cause de distorsion harmonique ne peut être que des non-linéarités (hors bruit généré par le système lui même).
Que les non linéarités d'un système soient par exemple une fonction de transfert en amplitude pas tout à fait droite, voire très tordue, ou des non-linéarités de type écrêtage (ampli saturant) ou fonctions de seuil (par exemple un ampli class-B ou AB), le résultat est le même : apparition d'harmonique.
C'est tout l'intérêt de cette mesure : un sinus à l'entré doit donner un sinus à la sortie si le système est parfaitement linéaire. THD = 0%. Si le système est non linéaire, le signal de sortie va rester périodique, mais il ne sera plus tout à fait un sinus. Comme il reste périodique : apparition d'harmoniques dont on peut mesurer le rapport de niveau de ces harmoniques au fondamental. On caractérise ainsi cette non linéarité.
L'intérêt de cette mesure est qu'elle est insensible aux non linéarités de phase, puisqu'elle ne s'intéresse qu'à l'amplitude de sinus dont les phases relatives peuvent être quelconques. Ce ne serait pas le cas en mesurant la forme d'onde de signaux composites, qui pourrait être modifiée par la non linéarité de phase alors que l'amplitude reste bien linéaire.

En conclusion, tout les amplis qui présentent des courbes de distorsions harmoniques sur la bande de fréquences audio inférieurs à 0,1% ou 0,01% sont tous linéaires et équivalents...sur une charge résistive. C'est sur une charge complexe qu'il faudrait les mesurer pour voir apparaître des différences, audibles.
Ce qui permettrait aussi de les différencier, c'est leur réponse indicielle sur charge complexe, indicateur du réel taux d'amortissement (temps de monté, temps d'établissement, sur-tension...).

luiscrepy

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Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #1 le: décembre 01, 2017, 23:23:37 pm »
Bonjour xnwrx,

Je ne suis pas sûr de bien interpréter ce que vous dites ci-dessus.
J'ai l'impression de lire que des valeurs de distorsion anormalement élevées sont directement la conséquence d'anomalies dans la courbe de réponse. Si c'est ce que vous dites, je ne suis pas d'accord.

J'ai mesuré chacune des 16 voies de mon ampli. Le signal provenant du PC sort en numérique par ma carte son et traverse le DCX2496 toutes fonctions désactivées ou à zéro avant d'être converti dans ce DCX pour entrer dans l'ampli. L'ampli est chargé par son haut parleur et ce qui revient à l'ordinateur (REW) est repiqué aux borne du HP.
Ci-dessous les courbes d'amplitude et de phase d'un de mes amplis médium. Il n'y a aucun fichier de calibration de la carte son, ce que l'on voit est donc la somme de tous les défauts de tous les éléments de la chaîne.

et ci-dessous la courbe de distorsion de cet ampli. Elle est inférieure à 0,02 % pratiquement partout. Pourtant quelques amplis présentent des zones de distorsion pouvant atteindre jusqu'à 0,1 % alors que les 16 courbes amplitude sont parfaitement superposables. Ces distorsions sont des conséquences de mon implantation et des trajets des fils de modulation entre les RCA d'entrée, le potentiomètre 6 voies de réglage de niveau passif et les 16 amplis.


Sur les mesures au micro, c'est encore plus flagrant. J'ai eu des mesures prises à 1 mn d'intervalle rigoureusement identiques en amplitude dont la distorsion était superbe et inférieure à 0,5% de 20 Hz à 10000 Hz pour l'une et avec des pointes entre 25 et 100 Hz atteignant 5 % et 2% entre 200 et 500 Hz pour l'autre. Peut-être une porte qui vibre, un frigo qui démarre...  je n'ai pu identifier et cela se produit souvent quand je mesure. Quand j'écoute de la musique, je ne m'aperçois de rien.

Cordialement,
Luis


xnwrx

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Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #2 le: décembre 02, 2017, 09:05:18 am »
Bonjour Luis,
Citer
'ai l'impression de lire que des valeurs de distorsion anormalement élevées sont directement la conséquence d'anomalies dans la courbe de réponse. Si c'est ce que vous dites, je ne suis pas d'accord.

Je n'ai pas parlé de la courbe de réponse en fréquence à aucun moment. Je ne parlais que de la fonction de transfert en amplitude du système. Mais je comprends d'où vient la mauvaise interprétation.
La courbe de réponse en amplitude, c'est la courbe de niveaux ou de puissances restituée à chaque fréquence pour un niveau ou une puissance constante en entrée. C'est bien la courbe que vous présentez.
La fonction de transfert en amplitude, celle dont je parle, c'est le gain du système pour chaque niveau du signal d'entrée, à une fréquence donnée. On le conçoit très bien pour un ampli, si le gain est de 20dB, alors quelque soit le niveau instantané du signal d'entrée, le signal de sortie doit être identique avec un gain de 20 dB. On le représente dans un repère orthonormé, abscisse niveau d'entrée, ordonnée niveau de sortie, une fonction de transfert parfaite est une droite de pente non nulle et non infinie. Dès que cette fonction de transfert n'est plus une droite, quelle que soit alors sa forme, il y a distorsion harmonique, et rien d'autre.
Comme vous le fait remarquer, il peut apparaître de la distorsion harmonique du fait de l'entrée en vibration d'éléments excités, par exemple bibelots, murs, c'est la seule autre cause de distorsion harmonique, mais il faut la considérée comme étant le bruit intrinsèque du système comme je le disais.

Tonipe

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Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #3 le: décembre 02, 2017, 12:01:58 pm »
Bonjour

Regardez la figure 6 de ce lien, la courbe du haut à droite du modèle B : http://www.asrr.org/biblioteca/Revue%20Audiophile/FICHIERS/35/HP/HP.html
Le tweeter se met-il à avoir de la distorsion au dessus de 8000 Hz ?

Cordialement, Dominique

luiscrepy

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Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #4 le: décembre 02, 2017, 12:13:30 pm »
Merci pour cette explication

Lorsque je trace sous REW la courbe d'amplitude fonction de la fréquence du système complet micro au point d'écoute à 60 dB, puis à 70, 80, 90 dB ou plus précisément avec des niveaux de sortie de -40 dB, -30, -20 et -10 dB, si les 4 courbes sont parfaitement superposables et équidistantes, cela veut-il dire que ma fonction de transfert est une droite pour toutes les fréquences ?

Luis

 Edit : Je viens de voir le message de Dominique qui navigue dans les mêmes eaux que moi.

xnwrx

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Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #5 le: décembre 02, 2017, 15:29:10 pm »
Bonjour à vous deux.
Effectivement on peut utiliser la courbe de réponse en amplitude fonction de la fréquence pour observer l'effet de la distorsion harmonique. Quelle que soit la forme de cette courbe, si les courbes se superposent parfaitement, il n'y a pas de distorsion harmonique (attention toutefois, un léger écart invisible au graphique peut être présent, se traduisant par quelques pour milles de distorsion).
En réponse à Dominique, oui clairement ce Tweeter B de la figure 6 du lien présente indubitablement de la distorsion harmonique au dessus de 8 kHz à ce niveau d'écoute.

luiscrepy

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Re : Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #6 le: décembre 02, 2017, 17:21:55 pm »
Effectivement on peut utiliser la courbe de réponse en amplitude fonction de la fréquence pour observer l'effet de la distorsion harmonique. Quelle que soit la forme de cette courbe, si les courbes se superposent parfaitement, il n'y a pas de distorsion harmonique (attention toutefois, un léger écart invisible au graphique peut être présent, se traduisant par quelques pour milles de distorsion).

J'ai récupéré des mesures qui ont plusieurs mois pour illustrer cet exercice.
Ne pas tenir compte de la courbe de réponse en elle-même, les travaux de réglages étaient en cours à ce moment et ces mesures ayant été faites en stéréo, la courbe dans l'aigu change pour un déplacement de quelques millimètres du micro de mesure.

fig 1, mesure depuis le point d'écoute avec un signal à -40dB, -30dB, -25dB et -20dB.
fig 2, je modifie l'offset des courbes pour vérifier la superposabilité et je dilate l'échelle verticale pour essayer de voir les écarts qui restent non significatifs.
fig 4, les distorsions.





La distorsion maximale diminue au fur et à mesure que le niveau augmente, la courbe noire est à -20 dB. Mais les zones où la distorsion se produit se détachent plus nettement car à niveau élevé le S/B de la mesure s'améliore.
A faible niveau la distorsion semble élevée et presque homogène sur tout le spectre, mais en fait elle est noyée dans le bruit de fond de la pièce.

Ce qui fait que je ne peux pas apporter l'avis contradictoire que je comptais émettre au départ.
Je comptais rétorquer que la distorsion harmonique est très différente sur les 4 courbes alors que l'amplitude ne change pour ainsi dire pas.
En fait, la distorsion est assez similaire (sauf peut être autour de 20 Hz, de 200 Hz et de 2000 Hz et à 50 Hz mais peut être liée à des facteurs extérieurs) le niveau général de distorsion  qui change de manière assez importante n'étant qu'une conséquence du changement de rapport signal sur bruit. Sur d'autres mesures à quelques centimètres des membranes, j'obtiens des distorsions très faibles mais non réalistes car à des niveaux faibles pour ne pas saturer le micro. Sur la bande de fréquences exploitée, la valeur maximum mesurée est de 0,2 %. Les 90 dB de niveau sont à environ 5 cm.

xnwrx

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Re : Interprétation distorsion harmonique
« Réponse #7 le: décembre 02, 2017, 18:33:02 pm »
Effectivement Luis, le niveau de bruit ambiant doit être suffisamment faible pour effectuer une mesure de distorsion harmonique pertinente, en tous cas plus faible que le niveau des harmoniques.
Faite la même manip en amenant votre ampli proche de la saturation et vous verrez apparaître de grandes différences dans les courbes de réponses, et à fortiori apparaître de la distorsion harmonique.

Tout ceci pour dire que lorsqu'on parle de distorsion harmonique, on ne mesure en réalité que la non linéarité de la fonction de transfert du système (hors bruit ramené ou excité par ailleurs). Je pense que quasiment personne n'en avait conscience ;-).