La Phase :
1ére partie
La phase, souvent évoquée, est une notion qu’il n’est pas toujours facile d’intégrer.
Ce qu’il faut savoir avant tout: c’est que la phase est liée à un délai et une fréquence, mais surtout à un point de référence. Sans cette référence, il n’y a pas de phase, car la phase est avant tout un calcul réalisé par rapport à une différence de délai entre deux sources. Dans le cas d’une mesure d’une enceinte seule avec un seul haut parleur, on calculera la phase entre cette enceinte et une source virtuelle censée être parfaite.
Nous allons essayer de décortiquer de manière simple et accessible à tous ce que cache les mystères de la phase.
Pourquoi devons nous nous préoccuper de la phase?
Outre le fait qu’aucun haut parleur n’a une phase plate ou un group-delay plat, ces sources sonores n’émettent pas d’un même et unique point, et lorsque les ondes sonores arrivent à l’oreille, il peut y avoir un décalage entre les diverses voies d’une enceinte.
Ci dessous, on voit clairement que le trajet de l’onde sonore sera plus long pour parvenir à l’oreille de l’auditeur sur la compression médium aigu que sur le HP grave bas médium.
Nous allons commencer par analyser ce qui se passe avec des signaux sinusoïdaux. Un signal sinusoïdal est la forme la plus simple d’un signal sans harmonique, et oscillant X fois par secondes. Ci dessous une période entière d’un signal sinusoïdal. Si la période se répète 100 fois par secondes on parlera d’une fréquence de 100Hz.
Quelles conséquences peut avoir un mauvais alignement en phase?
- Baisse de niveau au raccordement des diverses voies
- Courbe de réponse avec effet de filtres en peigne
- Son désagréable à écouter
- Lobes de directivités torturés et irréguliers
- Image stéréo altérée
- Mauvaise réponse impulsionelle
- Prédisposition au larsen apparaissant trop tôt
- Courbe de réponse avec pics et creux importants hors axe
Ci dessous, deux signaux de 100Hz, dont l’un a été délayé de 10ms (en rouge et légèrement décalé pour mieux le voir). Dans ce cas la, on peut dire que les signaux sont en phase et parfaitement synchronisés. Si on somme ces signaux, l’augmentation de niveau est égale à +6dB. Néanmoins, il subsiste un décalage temporel de 10ms égal à une période, soit 360 degrés de rotation de phase (1000ms/100Hz=10ms soit la longueur d’une période entière)
Cette fois ci, la seconde sinusoïde est retardée de 5ms. On voit ci dessous que les 2 signaux ne sont plus du tout en phase, et au contraire, lorsqu’une sinusoïde est à son point culminant, l’autre est au plus bas. On parlera alors d’une inversion de phase ou d’un décalage de phase de 180 degrés.
Si on somme 2 signaux en hors phase parfait, le résultat est sans appel, comme le montre la courbe plate ci dessous: Le signal a été tout simplement annulé et il ne subsiste plus rien !
Voyons ce qui se passe avec un délai de 2.5ms. Le délai est égal au ¼ de la période, on dira donc qu’il y a déphasage de 90° (360/4).
Voyons ce que donne la sommation. Ci dessous en violet léger (et atténué de 6dB pour en faciliter la lecture), la forme d’onde résultante des 2 ondes déphasées à 90°. La sommation est inférieure au 6dB d’une mise en phase parfaite. Cette sommation est de 3dB. Par rapport à la forme d’onde originelle, la nouvelle sinusoïde résultante est décalée de 45°. On notera le petit accident au début de la forme d’onde sommée, accident du au décalage et déphasage qui démarre brutalement du début de l’onde décalée
Nous avons vu dans un exemple précédent qu’un délai de 5ms sur un signal de 100Hz générait un déphasage de 180°, et que 2.5ms gênerait 90° de déphasage. Voyons ce qui se passe avec un signal de 200 Hz délayé de 2.5ms. Comme on peut le voir ci dessous, à 200Hz, il suffit de 2.5ms que pour les signaux soit en opposition de phase à 180 degrés.
On voit donc que pour un même délai, la phase ne sera pas constante en fonction de la fréquence. Au contraire, la phase va beaucoup tourner dans les fréquences aiguës alors qu’elle sera plus stable dans les fréquences grave, ceci à cause des longueurs d’ondes plus longues des fréquences grave.
Mais pour compliquer les choses, le délai peut lui aussi varier en fonction de la fréquence. On parlera alors de group-delay. Toute enceinte a son propre group-delay, délai qui évolue donc en fonction de la fréquence. Le but du calage d’une sono est de faire coïncider les group-delay entre voies, ainsi que les différences de longueur de trajet entre voies. On fait donc coïncider phase, et donc group delay, au raccordement des voies, la ou les voies sont susceptibles d’émettre ensembles le même signal.