Test de carte son : que signifient les mesures de RMAA ?

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17Dans ce Quicky nous regarderons ce qu’est la qualité d’une carte son et quels sont les critères pour la mesurer. Cela va vous changer puisqu’on va parler de son et de signaux. Mais cela reste lié aux composants informatiques puisque l’on parle de cartes son. Notez que ce Quicky a deux but :

  • vous expliquer à quoi correspondent les différentes mesures que l’on peut obtenir en testant les cartes sons intégrées à nos cartes mères (sinon il y a des risques qu’on vous parle chinois)
  • Compléter le tutoriel d’utilisation de RightMark Audio Analyzer, disponible à cette adresse, afin que vous puissiez voir vos résultats.

Vous êtes prêts ? C’est parti !

Difficulté : expert

Sound

La qualité d’une carte son de PC provient de 4 points :

  • la qualité des drivers (conversion de données et transferts de données)
  • la qualité du Digital Controller (algorithmes de traitement)
  • la qualité des codecs Audio (qui transformes le numérique en analogique et inversement)
  • la qualité des ampli-op et la qualité du PCB de manière générale

Il existe plusieurs critères techniques permettant d’évaluer la qualité d’une carte son. Dans le cas de RightMark Audio Analyzer, un signal sort de la carte son et est comparé avec le signal originel. La comparaison entre les deux permet de mettre en avant les différences.

Regardons maintenant ces critères techniques un à un :

Réponse en fréquence :

La courbe de réponse en fréquence montre la puissance de réponse de la carte son selon la fréquence du signal d’entré. Dans l’idéal, pour une carte neutre, il faudrait une courbe la plus proche possible de +0 dB en permanence. Sauf que ce n’est pas possible. Au mieux, on arrive à obtenir une réponse linéaire entre 20 Hz et 20 KHz (au-delà on arrive à la limite des composants). On voit dans l’exemple ci-dessous que la réponse en fréquence est bonne à partir de 100 Hz. Mais en dessous c’est moins le cas, les grave seront légèrement en retrait. De manière générale, les écarts inférieurs à 0.5 dB sont difficilement perceptibles.

Pour la petite anecdote, pour obtenir une courbe de réponse en fréquence, RMAA a transformé le signal en série de Fourier pour séparer chaque fréquence (avec plus ou moins de précision selon le pitch de la FFT).

Gigabyte Z170X G1 Gaming Réponse en Fréquence

Niveau de bruit :

Le niveau de bruit est obtenu en demandant à la carte son de ne sortir aucun son et de mesurer ce qu’il en sort. On obtient le bruit de fond, que vous pouvez entendre dans les mauvais système par un « ssshhhhh ». Ce bruit provient des perturbations générées par la carte son ou provenant de « l’extérieur », dans le cas d’un mauvais blindage. Il se mesure en dB et doit être le plus bas possible.

On voit dans cet exemple que le niveau de bruit est compris, selon les fréquences entre -110 et -130 dB, ce qui est un résultat correct pour une carte son intégrée.

Gigabyte Z170X G1 Gaming Niveau de bruit

Dynamique :

La dynamique est fortement corrélée avec le niveau de bruit. Pour comprendre ce qu’est la dynamique, on va parler de contraste sur les télés. Contrairement à ce que beaucoup croient, le contraste n’a rien à voir avec les couleurs : une télé avec de forts contrastes n’aura pas forcément des rouges plus vifs qu’une autre avec un contraste plus faible. Ce que vous réglez dans le menu de votre télé, c’est la saturation.

Le contraste, c’est tout bêtement la quantité de lumière émise par un pixel blanc (en candela par mètre carré)  divisée par la quantité de lumière émise par un pixel noir (si le pixel noir était vraiment noir, le niveau de lumière serait de 0, or les pixels noirs ne sont jamais vraiment noirs). Le total de ce calcul c’est le contraste.

Exemple : une télé qui offre un Pixel blanc à 300 cd/m² et un pixel noir à 0,2 cd/m² aura un taux de constraste égal à 300/0,2 =1500:1. C’est une mesure dans la basse moyenne des télé LCD/LED, celles-ci oscillent entre 1000:1 et 5000:1 typiquement (on parle de contraste réel, pas de contraste marketing fumeux que vous pouvez trouver sur les fiches techniques avec des millions pour 1).

Si vous avez compris comment se mesure le contraste, et bien vous avez compris comment se mesure la dynamique dans le son. C’est la division du son le plus fort (en dB) par le son le plus faible (en dB). Or comme le son le plus faible est souvent le bruit, et bien vous voyez le rapprochement entre la mesure de la dynamique par le niveau de bruit.

Petit rappel de calcul : le décibel est une échelle exponentielle. Donc quand on divise des dB par d’autres dB, cela revient à soustraire le nombre : exp(a)/exp(b)=exp(a-b). Comme le signal envoyé dans ce genre de cas est de 0 dB (signal fort), on se retrouve avec exp(a) qui vaut exp(0), donc 1, et exp(b) qui est le niveau de bruit. La dynamique est donc exp(0-b)=exp(-b). On se retrouve au final avec une dynamique qui est quasiment l’opposé du niveau de bruit.

Distorsion Harmonique Totale :

Nous nous attaquons ici à l’une des mesures les plus importantes et répandues dans le monde du son : celle du THD (pour Total Harmonic Distorsion). Elle mesure les distorsions harmoniques, mais qu’est-ce que c’est ?

Quand une fréquence donnée doit être envoyée, des harmoniques non désirés apparaissent. Un harmonique, c’est un courant avec une fréquence égale à n fois la fréquence du fondamental. Bon prenons un exemple :

Vous devez envoyer un signal pur de 100 Hz. Les cartes sons n’étant pas parfaites, elles retranscriront le signal de 100 Hz, mais auquel sera ajouté un signal faible de 200 Hz (2ème harmonique), un signal très faible de 300 Hz (3ème harmonique), un signal très très faible de 400Hz (4ème harmonique) ect … jusqu’à l’infini en théorie. Dans la pratique non, puisque toutes les fréquences au-dessus de 20-30 KHz sont filtrées par l’électronique. Toutes ces distorsions harmonique, on les ajoute, on en fait la somme, et ca donne notre THD.

Dans l’idéal, on voudrait seulement le signal du fondamental (100 Hz dans notre exemple), mais des harmoniques apparaissent, et on en veut le moins possible.

Comme l’écrasante majorité des mesures dans le domaines du son, celles-ci dépendent de la fréquence. Ainsi il est possible qu’une carte son produise peu d’harmoniques pour les signaux de 100 Hz et beaucoup plus pour ceux de 8000 Hz. Dans l’exemple ci-dessous, la fréquence fondamentale est 1000 Hz, et vous remarquez des pics à 2000, 3000, 4000, 5000 Hz … qui sont les pics d’harmonique de la fréquence 1000 Hz.

Gigabyte Z170X G1 Gaming THD n

Il y a deux manières de valoriser le THD. La première manière est de mesurer les dB des distorsions harmoniques dans le cas où on envoie un signal de 0 dB. La deuxième est de s’exprimer en pourcents (par exemple un THD de 0,01 % à 1 KHz dans une fiche technique). Notez qu’en pourcentage, un THD de 1 % est extrêmement élevé, à la limite de l’écoutable. Petite mention spéciale pour les fiches techniques d’enceintes PC : « bon notre enceinte peut recevoir 20 W de courant, on met en petit que dans ces conditions le THD sera de 5 % mais on s’en moque car les gens ne savent pas ce que ça veut dire ».

Exemple : les Watts du Logitech Z906 sont exprimés pour un THD de 10 % …. sisi, autant dire que la fiche technique est fumeuse. Les enceintes produisent elles aussi beaucoup d’harmoniques dans le cas d’une charge trop lourde, ce qui fait exploser les aigus et fait crier les enceintes).

Petite précision, il existe un type de dB un peu spécifique, le dB-A ou A-weigthed. Dans ce type de dB, les fréquences dans le spectre sensible de notre audition sont sur-coefficientées par rapport aux autres fréquences. Cela permet de mettre en avant les distorsions qui pourraient être les plus gênantes pour l’auditeur, et de moins compter les distorsions à des fréquences extrêmes. Par exemple, deux cartes sons peuvent avoir la même mesure en THD dB, mais si une a des distorsions proche des fréquences de la voix humaine (notre oreille y étant le plus sensible) elle aura un THD en dB-A plus élevé que l’autre, qui aurait des distorsions dans l’extrême aigu par exemple.

A-weighted

On voit ici les coefficients A selon les fréquences. On voit par exemple que les fréquences de 400 à 10000 Hz ont le plus de poids.

Distorsion d’Intermodulation :

Il existe un deuxième type de distorsion : l’IMD, pour Intermodulation Distorsion. Cette distorsion est à des taux vraiment très faibles dans les composants électroniques, et heureusement car un taux important dégraderait considérablement la qualité d’écoute.

L’intermodulation, ce sont une nouvelles fois des fréquences non désirées qui apparaissent, mais qui ne sont pas des harmoniques (sinon là on repart sur du THD). Pour expliquer, rien ne vaut un exemple. Pour mesurer l’IMD il faut (au moins) 2 fréquences. Dans notre exemple, ce sera une de 110 Hz et une de 140 Hz. Imaginez donc que la carte son doive reproduire un signal avec ces deux fréquences. Et bien dans la réalité, la carte son, qui on le rappelle n’est pas parfaite, ajoutera un peu de distorsion d’intermodulation. Dans notre exemple de 110 et 140 Hz, une fréquence qui est la somme des deux premières fréquences apparaîtra : ici 110 + 140 = 250 Hz. Ainsi une fréquence de 250 Hz (de faible amplitude) sera présente. C’est l’intermodulation de rang 1.

La où ça devient marrant c’est qu’il y a intermodulation avec la fréquence ainsi créée. Une fréquence de 110+250 = 360 Hz sera créée ainsi qu’une fréquence de 140+250=390 Hz. Encore mieux, il y a aussi du soustractif dans l’IMD : des fréquences de 110+110-140=80 Hz et 140+140-110=170 Hz non désirées sont crées.

En fait pour ceux qui ont bien suivi, les distorsions harmoniques sont ni plus ni moins que des distorsions d’intermodulation avec un signal d’une certaine fréquence et un autre de la même fréquence.

Dans tous les cas, un IMD élevé se traduit par des instruments qui sonnent faux, voir une écoute désagréable, il faut que cette mesure soit la plus basse possible.

Gigabyte Z170X G1 IMD

Diaphonie Stéréo :

La diaphonie (en anglais « crosstalk ») est bien plus simple à expliquer que les mesures précédentes. « Le fil rouge sur le bouton rouge et le fil vert sur le bouton vert ». C’est pareil pour une carte son : le signal de droite est envoyé dans le canal droit et le signal de gauche sur le canal de gauche. Sauf que les canaux de droite et de gauche ne sont pas isolés intégralement (sans parler de certains courants de fuite dans l’électronique) du coup une très légère partie du signal du canal de droite va se retrouver dans le canal de gauche, et inversement. Et évidemment, l’idéal est d’en avoir le moins possible.

Cette mesure est en dB. Dans le graphique ci-dessous, par exemple, si l’on envoie un signal de 0 dB au canal gauche de fréquence 300 Hz, le canal droit recevra le signal du canal gauche à hauteur de -90 dB (pour lire : 300 Hz, sur la courbe blanche, et on regarde l’ordonnée). Le but est que le crosstalk soit le plus faible possible, afin que les canaux soient mieux séparés ce qui accrois la sensation de stéréo plutôt que d’un « double mono ». Ici elle est en moyenne de 90 dB ce qui est très bon pour une carte son intégrée.

Gigabyte Z170X G1 Gaming Crosstalk

Au final, vous pouvez constater que mesurer les performances d’une carte son se fait par une multitude de mesures, dont nous avons expliqué les plus importantes ici. RMAA n’est pas parfait mais permet déjà d’avoir une bonne idée de la qualité du matériel. Nous le considérons comme extrêmement pratique. Seul les puristes testant du matériel ultra haut de gamme peuvent trouver quelque chose à redire sur ce logiciel.

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JodKansaigeekosaPingus Auteurs de commentaires récents
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Kansai
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Kansai

Personnellement, je sort en firewire vers ma carte son TC electronic desktop konnekt 6, et sur mes Alesis MK2; mais est-ce que mon pc peut avoir une influence là dessus ? Il me semblait de manière totalement subjective que ça rendait mieux avec mon mac…

Jod
Invité

Honnêtement, je ne pense pas que tu trouvera une réel différence (après mesure) entre ton mac et ton PC dans la « qualité » du son avec une même carte son. Par contre au niveau des performances (notamment en latence) le driver core audio de macOS est vraiment loin devant. Une des raison qui pourrai expliquer ton ressenti.

Pingus
Membre
Pingus

Le 1000Hz du screenshot du THD n’est pas une harmonique mais la fréquence fondamentale envoyer à 0dB (ou presque).