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Le traitement de son 4 bandes stéréo pour radio fm

Présentation
L'ensemble de la chaine de traitement audio
 
Sur cette photo on peut distinguer:

-1 encodeur stéréo pour le multiplexage en fm. On voit le câble avec le signal multiplexe partir vers les appareils d'emission. Fabrication maison

-1 enhanceur pour étendre la stéréo et renforcer les basses et les aigus.

-1 crossover stéréo 4 bandes 24db/octave. Les filtres passe haut et passe bas sont indépendants et fréquences de coupure sont modifiables grâce à des barrettes de résistances.
C'est une fabrication maison.

- 1 nano compresseur Alesis

- 1 compresseur à circuits dbx

- 1 compresseur quad

- 4 compresseurs limiteurs dont 2 dbx
L'armoire vu de derrière
 
Beaucoup de câbles... Je n'utilise (pas encore) du symétrique. Pour des longueurs de câble aussi courtes, l'asymétrique fonctionne bien.
La sortie du crossover est un peu particulière. il s'agit de jacks stéréo . Il y en a un pour chaque voie mono (1 entrée et 1 sortie dans la même fiche). Comme il s'agit d'un appareil que j'ai fabriqué moi-même, j'ai été réticent à l'intégration de fiches XLR pour des raisons d'économie.
J'ai eu l'occasion de manipuler un traitement de son 4 bandes entièrement composé d'instruments BSS et j'ai essayé de reproduire la même chose à l'économie. Pour ceux qui connaissent la marque BSS et qui ont utilisé ce matériél, il va sans dire que lorsque l'on a gouté à cette qualité tout le reste paraît très décevant. Cependant, à force d'ingéniosité et de bons réglages on arrive quand même à des très belles performances.
Il faut dire au passage qu'il n'y a pas beaucoup de radio locales qui ont la capacité d'investir près de 10 000 euros dans un traitement de son (et je ne compte même pas un egaliseur et un maximiseur pour la stéréo). Mais si vous pouvez le faire, alors faites-le, vous ne serez pas déçu par ce matériel ! L résultat est extraordinaire ! Quand à moi j'attends de gagner au loto et c'est promis je le ferai !

Numérique ou analogique ?
Je n'arrive pas trop à faire mon choix entre les avantages du numérique et ceux de l'analogique qui sont souvent à l'opposé. Après avoir "entendu" certains traitements de son numérique, j'ai été très déçu. Il manque la chaleur et "l'imprecision" provenant de l'analogique. le compte n'y est pas. Si je devais faire un choix en numérique je choisirai le traitement de son Omnia 6EX / EXi HD+FM qui intègre tout ce dont on a besoin et en 6 bandes en plus ! Mais si on ne peux pas s'offrir ce type de matériel, à mon avis, il vaut mieux utiliser un traitement de son analogique 4 à 6 bandes.

Pour construire mon projet, je me suis fondé sur le matériel que j'avais utilisé en radio.
(cliquez sur les liens pour voir les fiches et les photos des produits)

4 compresseurs limiteurs BSS DPR 402
2 crossovers limiters de 4 voies chacun BSS FDS 360

Ce qui m'a beaucoup surpis en utilisant les compresseurs de marque BSS c'est que l'on a l'impression qu'un seul appareil renferme en réalité plusieurs compresseurs en cascade. Par exemple un simple petit changement de pas d'un potentiomètre à immédiatement un effet. (je pense aux potentiomètres attack et release). il difficile d'obtenir un effet de pompage par suppression des fréquences voisines lorsque le ratio est élevé. Le signal en sortie reste très stable par rapport à d'autres compresseurs limiteurs.

J'ai essayé plusieurs marques de compresseurs limiteurs et essayé me faire une opinion. Je tiens à préciser qu'on ne peut faire aucune comparaison possible avec les BSS DPR 402. Donc laissons ce produit mythique de côté et revenons dans des gammes de produits plus simples et abordables...
Le DBX est un bon rapport qualité prix. Cette marque propose des compresseurs limiteurs à partir d'environ 150€ pièce. On trouve de temps en temps de bonnes affaires en occasion. Ce que j'ai apprécié avec DBX, c'est la solidité, la fiabilité et la précision quand au respect des réglages. J'ai regretté un son un peu plat et peut être l'absence de leds pour indiquer certains états.
Par exemple, le compresseur DBX 266XL ne dispose pas de leds pour afficher le niveau d'entré ou de sortie.
Il est à noter que certains compresseurs limiteurs anciens utlisent des circuits intégrés de marque DBX en interne alors qu'ils affichent une marque différente. Je possède par exemple un compresseur limiteur de marque Ibanez qui utilise un vca DBX.
La marque Alesis propose également des compresseurs limiteurs comme le 3630. Je n'ai pas encore essayé ce modèle pour l'instant. Ca viendra... Les avis sont plutôt encourageants... En revanche, j'ai essayé un vieux nano compresseur Alesis. C'est un produit très robuste mais les réglages attack et release sont décevant sur ce vieux modèle.
Vu le nombre de compresseurs limiteurs dont j'avais besoin, j'ai été amené à prendre le moins coûteux et en occasion si possible. Dans ce cas de figure, on tombe plus facilement sur des produits de marque Behringer. Vous trouverez les modèles autocom pro-xl mdx1600 et mdx2600. Il existe une version quadruple qui est le mdx4600.
Sur cette marque il y aurait beaucoup à dire. J'ai fait toute sortes d'essais, je les ai démonté plusieurs fois par nécessité de nettoyage des potentiomètres et j'en arrive à cette conclusion :
Behringer offre un produit très peu couteux donc il ne faut pas demander la lune avec. On regrettera la fragilité des boutons et protentiomètres qui ont tendance à se mettre à craquer très rapidement (faux contacts). Ce qui ne m'est jamais arrivé sauf sur des appareils vieux de 20 ans.
Les boutons attack et release ont du répondant et peut être plus que sur le DBX 266XL. J'ai également apprécié l'esthetique et les nombreuses options proposées ainsi que les nombreuses leds qui donnent l'impression d'être dans un vaisseau spatial. Mais la précision des réglages n'est pas excellente. La compression n'est pas stable et sur les pics de signal, la limitation accroche et produit un son désagréable. C'est bien pour démarrer car c'est mieux que rien mais au fil du temps, l'idée c'est de remplacer les appareils de marque Behringer par autre chose.

Principe de fonctionnement du système (voir les explications en bas)
Petite intro pour ceux qui découvrent...

A la sortie d'une table de mixage votre son est très bien pour attaquer un amplificateur audio (une petite protection des hauts parleurs peut s'avérer être nécessaire quand même).
Mais si vous souhaitez radio diffusé votre son en fm, la sortie de votre table de mixage doit être relié à un traitement de son plus ou moins complexe en fonction de vos capacités financières .

Il existe, en effet, plusieurs contraintes liées à la diffusion radio.

D'abord, l'excursion du signal sur la bande fm doit être maximum de 75 khz de part et d'autre de la fréquence d'émission. Or la modulation varie en fonction de la musique diffusée. Il est nécessaire que le signal audio soit constant peut importe le morceau de musique. Il est donc nécessaire de réguler le signal pour qu'il varie le moins possible.

Ensuite, diffuser un signal en stéréo implique de multiplexer le signal. Grosso modo on diffuse alternativement la voie de droite et la voie de gauche autour d'une sous porteuse à 38khz. La séparation entre les deux canaux (diaphonie) n'est jamais complétement parfaite et il est nécessaire de retraiter le signal pour que l'auditeur ait une impression de stéréo étendue. De surcroît, la technique de modulation impose que les fréquences du spectre audio soient limitées à 15khz (aigues) alors que l'oreille humaine peut entendre des sons jusqu'à 20 khz. Une partie du spectre (sons les plus aigus) est tronquée.
A 19 khz il n'y a plus de signal audio car cette fréquence est utilisée pour diffuser une porteuse particulière permettant d'indiquer aux récépteurs que le signal de la radio est stéréo.

Pour finir, pour avoir très bien connu le son des radios des années 80, un son qui n'est pas traité est " très pauvre" une fois qu'on l'entend sur un poste de radio. La dynamique qui existait à l'origine a été cassée. Le son est mou et laisse apparaître un soufle désagréable provenant des perturbations radio et cela augmente plus ou est loin de l'emetteur. Et justement, en matière de radio diffusion, l'idée c'est que station de radio puisse être reçu le plus loin possible avec le moins de détériorartion possible. Or si le signal audio se situe continuellement à 75khz de déviation, il sera fort et il couvrira les perturbations diverses.

Les différentes instruments du traitement de son

Le crossover ou filtre de bande : il permet de découper le spectre audio en 4 ou 6 bandes

La première étape est de diviser le spectre audio en 4 ou 6 bandes stéréo. Ce qui correspond à 8 ou 12 canaux audios. Le découpage dsu spectre est indispensable. 4 bandes est un minimum pour obtenir un son de qualité en sortie mais (malheureusementil existe des traitements de son " tout en un" à 3 bandes... Découper le spectre en 6 bandes est l'idéal. Mais ce n'est pas indispensable, c'est plus couteux et certains effets "analogiques" ne peuvent pas être réalisés (effet de pompage dans une bande lorsqu'un son très dynamique intervient d'un coup). Avec 6 bandes, on peut forcer d'avantage le ration et produire des effets de traitement plus violent sans trop d'accrochage.
Le spectre audio s'etend grosso modo de 20hz à 20khz. Si l'on utilise un seul compresseur limiteur pour tout le spectre cela ne peut pas fonctionner correctement. Je vois ici et là sur des forums des personnes qui se plaignent de leur compresseur limiteur car leur signal audio est mauvais en sortie à cause d'effets de pompage et d'écrasement. Ce résultat est tout fait normal ! Pour utiliser un compresseur limiteur sur tout le spectre audio, la ratio doit être minime et le thresold très faible (c'est à dire que la réduction ne doit porter que sur quelques dbs). Du coup, en sortie, le son sera meilleur mais la compression ne sera pas très bonne. C'est un compromis.
Au contraire, si l'on veut utiliser un compresseur limiteur convenablement sur tout le spectre audio, il nous faudra le découper de manière à affecter une ou plusieurs cellules de compression par canal.
On découpe le spectre ainsi : fréquences basses, fréquences médiums graves, fréquences médium aigües, fréquences aigües.
Dans mon installation, mes fréquences de coupure sont à peu* près celles-ci :

grave 32 hz 200 hz
medium grave 300 hz 2,5 khz
medium aigu 3 khz 5,5 khz
aigu 6 khz 15 khz


Remarque: même sur du 24 db/octave, il existe un pente non négligeable qui implique que les fréquences de coupures soient toujours en retrait par rapport au spectre à couvrir.
* les fréquences de coupures sont approximatives car pour les déterminer, j'utilise des barettes de résistance à 10% de précision en valeur normalisé.

Il existe des crossover dans le commerce qui permettent une variation de la fréquence de coupure à l'aide d'un potentiomètre. Je n'ai pas utilisé ces crossovers essentiellemet pour une raison pratique. En effet, vous remarquerez qu'il n'est pas toujours évident de trouver un crossover qui permette découper une bande en plein milieu du spectre. En général vous obtenez une division du spectre en deux voies stéréo ou 3 voies mono mais pas en 4 voies.
Il vous faudra trouver un crossover qui vous permette d'obtenir des bandes à peu près similaires à celles indiquées plus haut.
Chaque bande stéréo ainsi découpé sera envoyée séparament vers 4 compresseurs limiteurs stéréo (soit 8 compresseurs).


Le double étage de compresseurs limiteurs

Vous pouvez très bien décidez qu'en sortie de vos filtres qu'un seul étage de compresseurs limiteurs sera utilisé. En procédant de cette manière vous allez obtenir une bonne compression et éviter les effets de pompage. Mais cela sera encore insufisant. En effet, le premier étage va commencer à lisser le signal mais il va encore exister des écarts importants entre les pics et les atténuations.
De sucroît, vous serez déçu par la couleur et la dynamique du son en particulier lorsque vous souhaiterez jouer sur l'attack et le release.
Il est donc nécessaire que le premier étage de compresseurs limiteurs attaque un second étage.

Le premier étage de compression

Le premier étage est constitué de 8 compresseurs limiteurs. les canaux stéréophoniques peuvent être linkés pour former 4 compresseurs stéréo. Cela permet d'être certain d'obtenir des réglages identiques pour les deux voies stéréo. L'inconvénient survient quand il y a de grandes différences de signal entre les deux canaux car la commande de compression agit sur les deux canaux en même temps.
Mais à ce stade de la chaine de traitement, d'après mon expérience d'une quinzaine d'année, cela n'est pas un problème.
Il existe des compresseurs limiteurs en "quad". Vous disposez de 4 compresseurs dans un même boitier. Le seul inconvénient est que souvent on ne peut pas agir sur l'attack et le release. Et dans ce cas, inutile de vouloir démonter l'appareil pour modifier un condensateur ou une résistance car à moins d'avoir du vieux matériel, vous trouverez une petite carte éléctronique faite de composants cms. Il est donc impossible d'intervenir.
J'ai remarqué que sur du matériel économique, le fait de pouvoir commander le release et l'attack au niveau du premier étage de compresseurs faisait une différence de couleur de son non négligeable au final.
Un double quad devrait faire l'affaire pour débuter. Le Behringer mdx4600 peut être votre amis mais si vous pouvez dépenser un peu plus je vous recommande le DBX 1046.

Le deuxième étage de compression

Cette étage comporte 4 compresseurs limiteurs stéréo pour une division sur 4 bandes. Il est indispensable de pouvoir régler le temps d'attaque et de relachement. Dans le cas inverse, vous allez être déçu.
Cette partie mérite que l'on investisse sur du bon matériel si possible. Cette étage de compresseurs va vous permettre de "surtraiter" le signal dans chaque bande.

Mixage des 4 bandes stéréo

Une fois le traitement réalisé sur les 4 bandes, le signal doit recomposer pour former un deux canaux stéréophoniques droite et gauche. Le crossover que j'ai réalisé intégre cette fonction. Pour ceux qui manipulent un peu l'électronique, il suffit d'utiliser un ampli opérationnel double à faible bruit.

Problèmes de déphasage et d'opposition de phase

Si vous utilisez exactement les même appareils compresseurs limiteurs pour chaque bande et chaque canal, vous ne rencontrerez pas de problèmes de phase (normalement). L'idéal est de disposer d'un crossover disposant du réglage de l'angle de phase au cas où.
Logiquement, le signal de sortie est dans la même phase que le signal d'entrée. J'ai pourtant rencontré un appareil qui faisait exactement l'inverse !
Je ne dispose pas du réglage de la phase et j'ai quelques petits problèmes de ce type. Si vous avez deux bandes proches l'une de l'autre, cela se traduit par une déformation du son comme si une bande annulait une partie de l'autre.
Dans mon cas, j'ai solutionné ce problème en placant le compresseur limiteur en opposition de phase sur la bande la plus haute et le résultat est nickel.

Egaliseur graphique analogique

L'égaliseur graphique n'est pas indispensable mais préférable pour celui qui a le soucis du détail. Si le crossover est bien réglé c'est à dire qu'il couvre correctement tout le spectre audio, on doit retrouver en sortie la même courbe qu'au départ. Par expérience sur un matériel BSS munis de 4 DPR 402 et 2 crossover FDS 360, le son en sorti étant bien équilibré et n'avait pas besoin d'une correction.
L'egaliseur offre l'avantage de pouvoir produire des effets intéressants de raisonnance et de jouer sur des harmoniques.
Personnellement, mon réglage est assez particulier car il place deux point précis de la courbe à - 12 db pour appuyer un effet de renforcement des basses et des aigus produit par l'enhancer (voir plus bas). Il y a un point à 150 hz et l'autre à 4,5 khz. Inversement, j'ai mis en relief les fréquences allant de 6 kz à 16 khz, les fréquences allant de 32 hz à 90 hz et les fréquences centrales de 400 hz à 1 khz.
Ce n'est donc pas du tout une approche linéaire. Elle tient compte du centrage de mes filtres de bande. Ces réglages d'egalisation ne conviendrait si les fréquences de coupure était différentes.


Embelisseur sonore ou enhancer

Actuellement je dispose d'un enhanceur numérique utilisant un processeur philips. Il permet de renforcer les graves et les aigus et de renforcer la stéréophonie en jouant sur la phase entre la voie de gauche et de droite. Je peux vous assurer que c'est peu de choses mais en même temps lorsqu'on allume l'auto radio c'est le jour et la nuit.
Il y a nettement plus performant (et plus cher aussi). J'ai eu cet appareil à très bon prix et comme on dit l'occasion fait le larron...
A mon avis, pour un bon rapport qualité prix, il y a les maximizeurs de marque BBE comme le 882i. Je n'ai pas (encore) testé...

Encodage stéréo - multiplexage

A ce stade on est plus vraiment dans le cadre du traiatement du son. Cette étape consiste à générer un signal multiplexe composé d'un sous porteuse à 19 khz, une sous porteuse à 38 khz contenant le différentiel des canaux droite et à gauche et du signal mono des deux canaux de 20hz à 15 khz. Une légère préaccentuation z des signaux droite et gauche entre 3 et 15 khz est également réalisé.
Le codeur stéréo que j'ai réalisé comporte toutes ces fonctionnalités et également celles permettant de contrôler les niveaux. Il est vivement conseillé d'intégrer un limiteur audio.
Il existe des plans intéressant sur internet sur cette question.
Pour ceux qui veulent en savoir plus,, Remy Mallard, un grand passionné de la radio libre a consacré une page perso sur le multiplexage qui est bien faite.



Fabrice de Caluwe - Reproductions interdites - Mis ŕ jour le 13-10-2010