Jouer fort sans monter le volume : nombre de sources, headroom et perception du niveau

Ce que l'oreille appelle « fort »

Le sonomètre mesure une pression. L'oreille perçoit une sensation, et les deux ne se recouvrent pas. À pression égale, un signal riche en grave et clair dans le médium paraît plus puissant qu'un signal étroit. Un signal propre paraît plus percutant qu'un signal distordu, même plus fort de quelques décibels, et il se supporte plus longtemps : la distorsion est d'abord perçue comme une agression, puis comme une fatigue. Le public ne demande pas des décibels. Il demande d'être enveloppé, secoué par les basses, porté par un son qui ne lui coûte rien.

La sensibilité de l'oreille varie avec la fréquence et avec le niveau : le grave demande davantage de pression pour être perçu au même volume que le médium, et cet écart se réduit quand le niveau monte. Ce comportement est décrit par les courbes d'égale sonie, normalisées par l'ISO 226. Il en découle deux choses pour un club. Le grave coûte cher en pression, mais c'est en soirée, quand le niveau monte et que l'écart se resserre, qu'il prend tout son poids. À l'inverse, l'énergie placée entre 3 et 4 kHz, là où l'oreille est la plus sensible, produit de la sensation à peu de frais, avec un risque : la dureté. Le médium, où se trouvent les voix et la plupart des instruments, n'est qu'à quelques décibels de ce maximum de sensibilité : l'énergie qu'on y place produit elle aussi de la sensation.

La musique n'est pas un signal continu

Le rapport entre les crêtes d'un signal et sa valeur efficace s'appelle le facteur de crête. Pour une sinusoïde, il vaut 3 dB. Pour un bruit rose, environ 12 dB. Une batterie enregistrée seule atteint 15 à 25 dB, davantage pour un coup isolé. Une musique de club mixée et masterisée se situe le plus souvent entre 8 et 14 dB, et un titre sur-limité descend à 4 à 6 dB. C'est la valeur de la musique masterisée, celle que le club diffuse, qui dimensionne la réserve. Dans ce signal, un coup de grosse caisse, une caisse claire, un coup de cymbale sont des événements brefs dont la pression dépasse de loin le niveau moyen qu'affiche le sonomètre.

Un système dimensionné sur le niveau moyen ne reproduit pas ces crêtes. Elles atteignent la limite de l'amplificateur ou du haut-parleur et s'y écrasent. Le résultat est dense, mais plat : le coup qui fait danser a disparu, remplacé par une bouillie compacte. L'écrêtage ajoute des harmoniques que le signal ne contenait pas ; c'est cette dureté que l'oreille identifie comme « trop fort » alors que le niveau moyen n'a pas bougé.

La réserve (headroom), celle qui ne s'entend pas

La réserve est la marge qui reste entre le niveau de travail et le point de surcharge. Un système conçu avec de la réserve fonctionne, au niveau cible, loin de sa limite. Ses amplificateurs disposent de la puissance que demandent les crêtes. Ses haut-parleurs sont exploités sous leur tenue en puissance continue, pas à leur valeur de crête. Ses limiteurs de protection sont réglés pour protéger le matériel, pas pour fabriquer du niveau : ils interviennent rarement, et quand ils interviennent, le public ne les entend pas.

Cette réserve a un prix, et il est visible sur le devis : plus d'amplification que ne l'exige le calcul de pression, des enceintes d'une classe supérieure à ce que le volume de la salle laisserait croire. Elle a aussi une contrepartie que le public perçoit sans la nommer. La main du DJ sur le fader rencontre une musique qui respire, pas un mur. La réserve se compte aussi par bande. Deux programmes au même niveau en dB(A) demandent des quantités de grave très différentes. Ce qu'on mesure ici, c'est ce que le système doit pouvoir donner à 50 Hz de plus qu'à 1 kHz : jusqu'à 6 dB pour une musique d'ambiance, 12 à 18 dB pour de la dance (un tube dansant tel qu'en passe la radio), 18 à 24 dB pour de la house (un morceau de club à grosse caisse continue et basse appuyée), davantage encore pour les programmes les plus chargés. C'est ce chiffre qui fixe le nombre de caissons de basses ; le compte exact, qui dépend aussi de la surface de la piste et du modèle de caisson, se fait dans l'étude du projet.

Le nombre de sources

Deux enceintes identiques qui diffusent le même signal produisent, là où leurs ondes arrivent en phase, 6 dB de plus qu'une seule ; en moyenne sur la salle et sur la bande, puisque leurs phases relatives varient d'une fréquence et d'une place à l'autre, 3 dB de plus. Dans les deux cas, chaque enceinte travaille au même point que si elle était seule. Multiplier les sources permet donc d'atteindre le niveau cible en faisant travailler chacune plus bas, donc avec moins de distorsion et moins d'échauffement.

Il y a un second effet, plus important encore pour la sensation. Un public couvert par un seul point de diffusion reçoit un son qui vient d'une direction, fort devant, faible au fond. Un public couvert par plusieurs sources reçoit un son qui vient de plusieurs directions à la fois et dont le niveau varie peu d'un bout à l'autre de la piste. C'est cette répartition qui produit la sensation d'être enveloppé, celle que chacun vient chercher en passant la porte. Elle se dessine sur plan avant d'exister dans la salle.

La compression thermique, ou le niveau qui s'érode au fil de la nuit

Un haut-parleur qui travaille fort chauffe. La résistance de sa bobine augmente avec la température, et la puissance que l'amplificateur parvient à lui transmettre diminue d'autant. Le phénomène s'appelle compression de puissance, ou compression thermique. Pour un transducteur professionnel de 18 pouces exploité à sa puissance nominale, la perte est de l'ordre de 3 dB.

Dans un club, ce chiffre raconte une nuit. À minuit, le système donne son niveau. Dès les premières minutes à fort niveau, les bobines chauffent ; dans la première heure, le moteur entier suit, et le niveau a perdu quelques décibels sans que personne ait touché au fader. Le DJ compense en poussant, ce qui chauffe davantage : chaque décibel demandé en rend moins, et la distorsion monte. À quatre heures, le système est à fond, distordu, et ne paraît guère plus fort qu'à minuit. Un système exploité avec de la réserve travaille dans la zone où la compression est faible : le niveau de la fin de nuit est celui du début.

Le traitement du spectre et de la dynamique

Le traitement n'ajoute pas de puissance. Il décide, dans le processeur (la matrice qui distribue, égalise et limite chaque sortie), où la puissance disponible est dépensée. Un filtre passe-haut sous la bande utile des caissons de basses leur épargne les fréquences où ils ne produisent presque plus de pression mais consomment de l'excursion, et avec elle de la réserve. Un alignement temporel entre les caissons de basses et les enceintes principales fait additionner les deux systèmes dans la zone de raccord au lieu de les laisser s'annuler : les décibels gagnés là ne coûtent rien. Une égalisation établie à la mesure, puis validée à l'écoute sur des titres connus, et non improvisée à l'oreille un soir d'ouverture, met l'énergie dans les zones du spectre où la sensation se construit et la retire de celles où elle ne produit que de la fatigue.

La limitation de protection se fait par voie, au plus près du haut-parleur : dans l'amplificateur à processeur intégré, avec les réglages du constructeur, calés sur la tension réellement délivrée. Le grave et l'aigu n'ont pas la même tenue, ni la même tolérance à l'écrêtage : un limiteur unique sur l'ensemble du spectre protège mal le plus fragile et bride inutilement le reste. Ce limiteur de protection n'est pas le limiteur de pression acoustique que peut prescrire la réglementation : celui-là est un appareil distinct, scellé et vérifié, qui mesure le niveau dans la salle et agit en amont, sans que l'exploitant puisse le contourner. Enfin, un bon étagement des gains, du lecteur du DJ jusqu'aux amplificateurs, fait que le rouge sur la table du DJ reste un voyant et ne devient pas le son du système.

Reste la cabine. Un retour trop fort ou mal placé entraîne une surenchère : le DJ monte la salle pour l'entendre par-dessus son retour, puis son retour pour s'entendre par-dessus la salle. C'est la première cause de dérive du niveau en fin de nuit. Le retour de la cabine a donc son propre niveau, son propre limiteur de protection, et une position qui ne renvoie pas le son vers la salle. Un DJ qui s'entend bien ne pousse pas la salle.

La prévision de couverture

Une couverture irrégulière oblige à pousser. Si le fond de la piste reçoit 10 dB de moins que l'avant, l'exploitant règle le niveau sur le fond, le point le plus faible, et l'avant se retrouve 10 dB au-dessus : il devient pénible. Une couverture prévue sur carte, à une tolérance de plus ou moins 3 dB sur toute la zone d'écoute, permet au contraire de fixer un niveau cible qui vaut pour toute la piste. Le niveau choisi est alors celui qui convient, pas celui qui compense le point le plus faible.

Dans les limites du décret de 2017 : 102 dB(A), 118 dB(C)

Le décret du 7 août 2017 fixe, pour les lieux qui diffusent des sons amplifiés, deux valeurs à ne dépasser à aucun moment et en aucun endroit accessible au public : 102 dB(A) et 118 dB(C), en niveau continu équivalent sur quinze minutes. Dans les discothèques et dans les lieux de plus de 300 personnes qui diffusent des sons amplifiés à titre habituel, il impose aussi d'enregistrer et d'afficher en continu ces niveaux en dB(A) et en dB(C) ; l'étude de l'impact des nuisances sonores (EINS) peut prescrire un limiteur de pression acoustique. En club, où la musique est chargée en grave, la valeur pondérée C se surveille autant que la valeur pondérée A. Laquelle des deux valeurs plafonne dépend du programme. Ce qu'on mesure cette fois, c'est l'écart entre deux lectures du sonomètre sur le même programme, en dB(C) et en dB(A) ; il ne se confond pas avec la réserve à 50 Hz vue plus haut, qui se compte par rapport à 1 kHz. Cet écart grandit avec la part de grave : environ 3 dB pour une musique d'ambiance, 6 dB pour de la pop, 10 dB pour de la dance, 14 dB pour de la house, 20 dB pour les programmes les plus chargés en basses. Les deux limites sont séparées de 16 dB. Jusqu'à la house, c'est la valeur A qui arrête le niveau ; au-delà, c'est la valeur C, et un programme à 20 dB d'écart doit rester vers 98 dB(A) pour tenir 118 dB(C). Dans un même set, l'écart change d'une minute à l'autre : le limiteur de pression acoustique doit lire les deux.

Ces valeurs ne sont pas un plafond que l'on atteint, mais un cadre à l'intérieur duquel la sensation se construit. Un système conçu pour la perception donne au public ce qu'il est venu chercher sous ces niveaux, avec de la marge. Un système conçu pour le volume les atteint en saturant, et ses limiteurs deviennent le son de la salle.

Ce que cela change dans un projet

Dimensionner pour la sensation plutôt que pour le volume conduit à des choix précis : davantage de sources que n'en demande le seul calcul de pression, une amplification avec réserve, des caissons de basses choisis pour leur tenue en puissance continue, un traitement dans le processeur plutôt que dans la table de mixage, un calage, c'est-à-dire le réglage du système à la mesure dans la salle finie, des limiteurs de protection réglés comme une assurance et non comme un réglage de niveau. Le système obtenu joue fort, et il n'est jamais à fond.

Sources : Bob McCarthy, « Sound Systems: Design and Optimization ». Gary Davis et Ralph Jones, « Yamaha Sound Reinforcement Handbook ». ISO 226:2023. JBL, « Sound System Design Reference Manual ». Décret n° 2017-1244 du 7 août 2017 relatif à la prévention des risques liés aux bruits et aux sons amplifiés. Merlijn van Veen, Roger Schwenke et Bob McCarthy, « Designing sound system in-band headroom based on expected difference between C- and A-weighted levels », AES.