THD

THD = Total Harmonic Distortion

The THD, of a signal is a measurement of the harmonic distortion present and is defined as the ratio of the sum of the powers of all harmonic components to the power of the fundamental frequency. THD is used to characterize the linearity of audio systems and the power quality of electric power systems. In audio systems, lower THD means the components in a loudspeaker, amplifier or microphone or other equipment produce a more accurate reproduction by reducing harmonics added by electronics and audio media. ( source Wikipedia: THD)

En réalité, la THD n’est qu’un tout petit aspect de tout ce qui peut nuire à la bonne restitution musicale en haute fidélité.

Distorsions et hi-fi?

« Est une distorsion toute modification du son par rapport au son naturel, vrai. » A ce titre les micros qui vont capter le son pour l’enregistrer vont apporter une petite distorsion, de même que le fichier numérique qui va conserver la mémoire de cette prise de son. On ne va pas ici les compter pour s’attacher seulement aux distorsions qui affectent la chaine de reproduction.
Les ennuis ne vont en effet vraiment commencer que quand on va restituer cet enregistrement (CD ou musique dématérialisée) sur la chaine hi-fi.
En hi-fi les notices des appareils audio, Tuner, lecteur CD, convertisseurs N/A, préampli, amplis, enceintes abondent de chiffres, de mesures censées affirmer leur extrême perfection. La plupart des gens n’y comprennent pas grand-chose mais semblent satisfaits de lire des chiffres les plus bas possibles ou les plus flatteurs possibles. C’est là où apparait ce mystérieux sigle « THD » et bien d’autre termes barbares.

Je vais essayer de rendre les choses plus claires avec quelques explications simples et imagées. Rassurez-vous ce ne sera pas du tout technique, je laisse les développements techniques aux électroniciens, moi je ne suis qu’un simple mélomane (*).

Tous excellents !

Les appareils depuis plus de 30 ans sont quasi tous très bons aux mesures publiées… sauf que…
1°) les mesures qui pourraient à peu près refléter une réelle notion de musicalité ne sont jamais données.
2°) les mesures qui pourraient refléter les dégradations sonores apparues depuis l’ère numérique (années 80) et surtout depuis une quinzaine d’années n’existent pas encore en cette fin 2012.

Les mesures que l’on maitrise plus ou moins bien en électronique audio :

- La distorsion harmonique. De rang paire ou impaire, l’oreille y est assez tolérante et 1% de distorsions harmoniques est presque inaudible, et ne constitue pas une grosse gêne même pour le mélomane audiophile. Les constructions adorent cette mesure, simple à faire où ils peuvent afficher vite des taux de 0,01% ou moins… dont on se fiche éperdument. L’oreille serait en outre moins sensibles aux harmoniques pairs au dégradé régulier car elles existent dans la nature alors que ceux de rang impairs ou au dégradé irrégulier n’existent que dans nos électroniques. 3%  de « bonnes » distorsions est alors  facilement acceptable sur des forte (FFF) pendant un instant.

Vos enceintes acoustiques dépassent d’ailleurs vite ces 3% de distorsions et pourtant vous les trouvez bonnes! Bref, la célèbre THD ne signifie pas grand chose au bout du compte.
Une forte distorsion apparait par exemple quand l’ampli « écrête », quand il ne peut plus donner le courant demandé… faute d’une alimentation généreusement conçue.

Une analogie imagée pourrait représentée comme ci-dessus. (cliquez sur les images pour agrandir)

- La distorsion d’intermodulation transitoire (DIT) est plus nocive pour la musicalité car moins évidente, plus pernicieuse.

Hélas elle est compliquée à mesurer, à interpréter  et donc plus « commercialement dangereuse » à publier. On ne la voit donc jamais imprimée sur les notices techniques. C’est bien dommage. Comme son nom l’indique, transitoire, signifie que le temps intervient ici et cela rend les choses plus difficiles à mesurer… On ne voit donc pratiquement jamais afficher sur les notices la moindre mesure de DIT.

- Le rapport signal sur bruit, S/B ou S/N ratio, est exprimé en dB. Le bruit est le plus souvent  constitué par du souffle. Ce ne fut pas toujours le cas. A l’époque des amplis à tubes et des tourne-disques on avait en plus du souffle du rumble (système d’entrainement du TD) et des ronflements (entre autres par les filaments). Un souffle était aussi généré en analogique par la bande magnétique, et depuis il l’est encore par les électroniques.

Un rejet du souffle ou du bruit à 65db en dessous du signal audio utile est presque imperceptible. Tout bon ampli sur ses entrées haut niveau (Radio, CD, Tuner, Auxiliaire) affiche un rapport S/B de 75 dB, et souvent de l’ordre de 90 dB. C’est plus que suffisant et facile à mesurer pour les constructeurs. On parle parfois à ce stade de dynamique (voir lexique). Cette dynamique-là, absolue, représente l’écart entre les niveaux sonores les plus faibles et les volumes sonores les plus forts, et elle est peu importante pour l’oreille qui a au contraire tendance à s’en protéger dès lors que les volumes sonores montent trop haut (voir: réflexe stapédien d’autoprotection).

- La dynamique fine (et non absolue) est beaucoup plus importante pour l’oreille du mélomane, et hélas cette mesure ne figure nulle part, sauf parfois au travers d’une mesure qui ne la reflète que très partiellement, le taux de montée ou slew rate, exprimé en Volts par µsecondes. C’est la capacité d’un ampli à répondre vite aux moindres écarts de volumes, surtout aux bas niveau sonores. On parle parfois d’attaque ou de rapidité. Le slew-rate est parfois donné, quand on en est fier, bien sûr!

- Le temps de propagation de groupe est très rarement mesuré, et encore moins publié. C’est toujours la même difficulté à inscrire le temps dans des mesures. Il semble pourtant évident que toutes les fréquences d’un signal soient bien amplifiées en même temps à la même vitesse. On le mesure en photo pour les bons objectifs avec la coïncidence de toutes les couleurs (fréquences) au point focal, jamais on ne le mesure en audio hi-fi. Dommage encore une fois.
Tout ceci est connu, ce qui ne signifie pas que tous les constructeurs s’attachent à faire bien sur chaque point. Certains aspects du « bien faire » sont en effet coûteux et comme ils seraient appréciés seulement par une minorité de mélomanes, alors pourquoi s’y attacher?

L’oreille pour seul juge final

Mais ce qu’il faut bien comprendre, c’est qu’aucune de ces mesures, excellentes, bonnes ou moins bonnes, ne peuvent à elles seules rendre compte de la musicalité effectivement ressentie d’une chaine Hi-Fi. Ces mesures sont certes nécessaires mais jamais elles ne sont ni suffisantes ni significatives. Disons tout de même pour se rassurer, que c’est quand une partie assez bien maitrisée de l’audio.

Ce qu’on ne maitrise pas avec l’électronique audio

C’est la façon dont l’électronique réagit avec le « matériau » qu’elle traite et avec ce qu’elle en fait ensuite en l’émettant dans l’air.
Le travail de la chaine hi-fi, c’est bêtement de transformer du courant électrique (courant secteur 230V 50hz) en fonction du signal audio entrant. Sa matière première est donc, au départ, du courant secteur. Le signal audio hi-fi sortant est ensuite traduit en vibrations (zones de pressions) de l’air par les haut-parleurs. La matière première « finale » est alors l’air ambiant.
Courant secteur, terre et air sont affectés par de nombreux facteurs nocifs pour l’audio. Ce sont en général des pollutions électromagnétiques filaires et aériennes. Je les ai regroupées dans une vaste famille les PNI – Perturbations Non Identifiées (voir à ce mot). Variables selon les lieux, les locaux, le type de construction, l’environnement local urbain, les PNI ne peuvent pas être prises en compte par les constructeurs audio, d’autant plus qu’elles existent aussi dans leurs locaux à eux et qu’on ne sait pas les mesurer. Du coup, la tentation est grande de dire qu’elles n’existent pas, pour résoudre le problème en le niant !

Cette distorsion n’affecte pas directement le son mais s’y superpose à différentes étapes de sa genèse dans le système hi-fi et selon le contexte local. Ce serait un peu comme un moirage et des couches, des voiles successifs qui se superposent entre l’auditeur et la musique.
Ce qu’on sait des PNI, c’est seulement les entendre, et uniquement par défaut… quand on parvient à les diminuer et idéalement à les faire disparaitre.

La différence est alors flagrante à l’écoute, sans pour autant qu’on sache chaque fois mettre des mots pour expliquer cette différence dans le rendu sonore. C’est le résultat bénéfique de l’euphonisation.

Ce qui est étonnant dans l’ignorance ou la négation de tout effet audio des champs électromagnétiques ambiants et filaires, c’est que tout le monde en connait bien les effets aériens visibles par les magnifique aurores boréales! On devrait donc plus facilement accepter aussi leurs effets possibles sur les électroniques et le rendu sonore en hi-fi.

Quand une euphonisation complète du système audio hi-fi + contexte local est aboutie, alors tout moirage disparait et une transparence de la chaine vous met en contact direct avec la musique, les musiciens, avec leur talent et toute l’émotion qu’ils veulent vous transmettre.

< cliquez sur les images pour agrandir.

(*) Les amateurs d’analyses plus scientifiques que le présent billet pourront se reporter à cette étude réalisée en 2010 par Adrien Fauconnet, du LEMA – EPFL de Lausanne « Effets audibles de la distorsion harmonique« 

Autre lecture intéressante: « Le Visible Et L’Audible: Spécificités Perceptives, Dispositions sémiotiques et pluralité d’avancées sémiosiques » par Jean Fisette,  Université du Québec à Montréal (NB. La sémiotique est l’étude des signes et de leur signification.)

Des instruments de mesure classiques quasi inutiles

Bref il y a ce qu’on sait mesurer: la bande passante, la distorsion harmonique totale, la distorsion d’intermodulation totale, la diaphonie entre voies, le rapport signal sur bruit, la puissance, le temps de montée… et qu’on publie en général sur la notice par exemple d’un ampli hi-fi.

Dès lors on se pose les questions suivantes:
- Si toutes les mesures donnent d’excellents résultats, l’ampli en question est-il musical à coup sûr. Rien n’est moins sûr, tant qu’on ne l’aura pas écouté et sur différentes musiques.
- Peut-on avoir de bons chiffres et une piètre musicalité? Hélas OUI, et même très souvent.
- Peut-on avoir des chiffres médiocres et une belle musicalité? OUI, ça arrive aussi! Dans ce cas le constructeur évite de donner des chiffres.
- A quoi servent donc les mesures? A la fabrication, cela sert à s’assurer de la conformité et de la répétitivité du processus. Commercialement, ça rassure le client et ça constitue un argumentaire de vente. Musicalement ça ne sert à rien ou presque.

Des appareils qui mesurent vraiment la musicalité

De tels appareils n’existent pas encore (sauf un). Je les imagine pourtant et je leur ai même donné un nom:

- le chairdepouloscope
- le frissonomètre
- le piedquibougeomètre
- le dodelinomètre de tête
- le pulsopêchemètre
- l’immersiochronomètre,  est un peu à part, il mesure le nombre de secondes qu’il faut pour s’immerger dans la musique, oublier tout (*)
- et enfin l’analyseur de TER ( Taux d’Ennui Résiduel ), est un instrument qui fait en quelque sorte une synthèse inverse.

L’analyseur TER pourrait fort bien être le seul appareil indispensable. Cet instrument existe, encore perfectible. Le prototype d’analyseur TER que j’utilise à titre personnel est pour l’heure muni de 2 capteurs tympaniques à pavillon placés de part et d’autre d’un boitier ovoïde contenant un intégrateur neuronique, comparateur-analyseur-mémoriseur de musique. Et bien que très imparfait, j’en suis content depuis près de 70 ans et je ne compte pas en changer de sitôt.

(*) L’immersiomètre serait facile à faire avec une simple montre chronomètre. Hélas, par définition, à l’instant même où on devrait arrêter la trotteuse on aura justement oublié qu’il fallait l’arrêter. C’est presque de la mesure quantique (les scientifiques comprendront).