Quelles sont les différences entre la polarité et la phase dans l’audio ? 🤔
La polarité fait référence à la position d’un signal audio au-dessus, ou en dessous de la valeur/tension de référence. L’inversion de la polarité d’un signal permutera les tensions positives, et négatives.
La phase fait, quant à elle, référence à un point le long de la forme d’onde d’un signal audio. Dans les formes d’onde répétitives, chaque cycle complet aura 360º de phase.
👉 En d’autres termes, la phase d’une onde décrit sa position dans le temps, tandis que la polarité décrit la direction du courant électrique.
➡️ Par exemple, si 2 ondes ont la même fréquence et la même amplitude, mais qu’elles sont décalées dans le temps, on dit qu’elles ont une différence de phase. Si l’on a un circuit électrique avec 2 fils, l’un avec un courant circulant dans un sens et l’autre dans l’autre sens, on dit qu’ils ont une différence de polarité.
💡 En résumé, la phase est liée au temps alors que la polarité est liée à la direction du courant électrique.
C’est quoi la Polarité dans l’audio ?
🤓 La polarité est un concept en physique et en chimie, qui décrit la distribution des charges électriques dans un corps ou un système.
⚡ Un corps ou un système polaire a une distribution inégale de ses charges électriques, ce qui lui donne une charge positive d’un côté et une charge négative de l’autre.
➡️ Tout signal ou forme d’onde électrique (même les signaux audio analogiques et leurs représentations numériques) a une polarité.
⚡ La polarité d’un signal audio fait référence à sa position au-dessus (positif), ou au-dessous (négatif) de la valeur/tension de référence. Cette ligne de référence, ou ligne médiane, est à amplitude nulle, quelle que soit la valeur du signal médian/de référence.
👉 Ainsi, la polarité d’un signal est fonction de ses points positifs et négatifs, le long de sa forme d’onde.
📈 Avec 2 signaux identiques, nous pouvons les additionner pour obtenir le double du niveau du signal.
Addition de 2 signaux identiques
❌ Si on venait, par exemple, à inverser la polarité du signal bleu, les 2 signaux identiques s’annuleraient.
Les points d’amplitude positive dans un signal interféreraient de manière destructive, avec les amplitudes négatives de l’autre et inversement.
Inversion d’un des signaux
👉 L’avantage de la polarité (en particulier les signaux identiques) est que la phase n’est pas déplacée en retardant les signaux.
À la place, la polarité est renversée/inversée afin que toutes les valeurs positives deviennent négatives, et que toutes les valeurs négatives deviennent positives.
Polarité & musique
🎵 La polarité peut avoir une certaine importance dans la musique, en particulier lorsqu’il s’agit de la reproduction du son.
🎧 La polarité des haut-parleurs et des casques/écouteurs, peut avoir un effet sur la qualité du son que l’on entend. Si la polarité d’un haut-parleur est inversée par rapport à celle de l’amplificateur, cela risque de provoquer une distorsion ou une perte de qualité du son.
💡 Il est donc important de vérifier la polarité des différents éléments du système de son, pour garantir une reproduction optimale de la musique.
👉 Voici quelques cas où la polarité doit être prise en compte :
- Polarité & connexions des haut-parleurs
- Polarité & audio équilibré
- Polarité & enregistrement/mixage
Polarité & connexions des haut-parleurs
👉 Les haut-parleurs auront généralement des bornes d’entrée positives et négatives.
🔉 Le fil positif du haut-parleur relie la borne de sortie positive de l’amplificateur, à la borne d’entrée positive du haut-parleur.
Et le fil négatif du haut-parleur relie la borne de sortie négative de l’amplificateur, à la borne d’entrée négative du haut-parleur.
➡️ L’inversion de ces deux fils, en théorie, amènerait le haut-parleur à tirer de l’air alors qu’il est censé pousser de l’air.
S’il n’y a qu’1 seul haut-parleur dans un système, le fait de mélanger les fils des haut-parleurs sera imperceptible.
👉 Les problèmes surviennent quand plusieurs haut-parleurs sont utilisés, comme dans un système stéréo, et qu’1 ou plusieurs haut-parleurs sont en polarité inversée, par rapport aux autres haut-parleurs.
⚠️ Cela entraînera des problèmes importants d’interférences destructives, dans l’environnement acoustique.
🔊 Si l’audio transmis aux haut-parleurs est en stéréo, chaque haut-parleur aura un signal audio différent.
👂 Les distances entre les haut-parleurs et l’auditeur dans l’environnement acoustique, permettront à certains sons d’être entendus, même si les haut-parleurs sont câblés en polarité inversée les uns par rapport aux autres.
Cela dit, il est préférable d’éviter un tel câblage.
Polarité & audio équilibré
👉 L’audio symétrique est un système qui transporte un signal analogique mono, avec 3 fils conducteurs (audio à polarité positive, à polarité négative et masse commune).
🎤 Ce type de transfert audio est courant dans les appareils de niveau micro (microphones et entrées micro), ainsi que dans les appareils de niveau instrument de bas niveau (claviers, etc.).
👍 Il aide à minimiser la dégradation du signal sur de longs câbles.
Les 2 fils de signal en audio symétrique s’annulent, car ils transportent des signaux de polarité opposée.
💡 Une entrée symétrique a donc besoin d’amplificateurs différentiels.
➡️ Ces amplificateurs différentiels additionnent les différences entre les 2 fils de signal, tout en éliminant le bruit induit qui serait commun à chaque fil de signal.
Ce processus est connu sous le nom de rejet en mode commun.
Polarité & enregistrement/mixage
🖥 Pendant l’enregistrement et le mixage audio, il est essentiel de garder en tête la polarité et la phase.
Il y a souvent des commutateurs d’inversion de polarité, ou de retournement de phase, sur les préamplis, les consoles, les stations de travail audio numériques et d’autres équipements audio.
💡 L’expression inversion de phase est un abus de langage. L’action réelle a à voir avec l’inversion de la polarité.
➡️ Les inversions de polarité sont bien souvent essentielles dans les sessions d’enregistrement, et de mixage, pour mieux aligner les différentes pistes enregistrées.
👍 Les signaux mal alignés interfèrent de manière destructive, lorsqu’ils sont additionnés/mixés ensemble. Il est donc important d’avoir les meilleures relations possibles, entre les amplitudes positives et négatives de nos signaux.
Exemple
🎙️ Quand 2 micros sont positionnés de manière à ce qu’ils puissent se faire face, la probabilité qu’un signal soit dans le positif, tandis que l’autre est dans le négatif est élevée.
👉 C’est également le cas quand 2 micros réglés pour capter la même source, à des distances variables, ne sont pas correctement positionnés pour tenir compte du retard des ondes sonores.
C’est quoi la Phase dans l’audio ?
👉 La phase fait référence à la position d’un point dans le temps sur un cycle d’onde, mesurée en degrés.
Dans une forme d’onde périodique, comme un signal audio répétitif (onde sinusoïdale), le début d’une forme d’onde commence à 0º, et se répète tous les 360º.
➡️ La phase est une fonction du temps, et les fréquences plus élevées (avec des longueurs d’onde plus courtes) prennent moins de temps pour parcourir leur cycle complet de 360º.
💡 Modifier ou décaler la phase signifie déplacer le signal dans le temps. Contrairement à l’inversion de polarité.
🌟 L’idée que la phase est l’emplacement dépendant du temps d’une forme d’onde audio, est important à connaître en audio, et dans le monde de la production musicale.
❌ L’inversion de polarité et le déphasage ne sont pas les mêmes choses.
Exemples d’utilisation de la phase dans l’audio :
- Phase & mixage
- Effets de phase & audio
Phase & mixage
👉 Même si l’inversion de polarité peut aider à aligner les différentes pistes, lors d’une session d’enregistrement/mixage, nous sommes limités par la mesure dans laquelle, nous pouvons vraiment aligner chacune des pistes.
👍 Le déphasage offre un contrôle beaucoup plus grand sur la synchronisation de chaque piste. Et c’est un bon outil pour aligner les pistes (pour de meilleures relations de phase).
➡️ Ce sont les différences entre les canaux gauche et droit, qui nous donnent la sensation de largeur stéréo.
⚠️ Cependant, poussés trop loin, ces déphasages peuvent détruire le mix, et ruiner toute chance de bonne compatibilité mono.
Compteurs de corrélation de phase
👉 Les compteurs de corrélation de phase s’étendent en continu de -1 à +1, ou de 180º à 0º.
Ils peuvent être placés sur des pistes stéréo, ou sur le bus de mixage stéréo, pour mesurer la relation de phase entre les formes d’onde stéréo gauche, et droite.
À +1, nous avons 100% de corrélation entre les canaux (ils sont identiques).
À 0, nous avons la divergence gauche/droite la plus large autorisée, ou l’image stéréo autorisée la plus large.
💡 Avoir le compteur de corrélation du bus de mixage se déplaçant entre 0 et 1, est idéal.
De plus petites variations signifient de plus petites différences de largeur.
À -1, les canaux gauche et droit sont complètement déphasés, et s’annuleront complètement.
➡️ Les valeurs de l’indicateur de corrélation du bus de mixage entre -1 et 0, signifient que des problèmes de phase importants sont présents, et interfèrent avec l’audio stéréo.
🌟 Il est préférable d’osciller entre 0 et +1. Cependant, vous pouvez faire en sorte que vos mixages soient un peu plus proches de +1, afin d’assurer de meilleures relations de phase entre les canaux gauche et droit. Et par conséquent, une meilleure compatibilité mono.
Effets de phase & audio
👉 La phase est utilisée dans plusieurs effets audio. Et le phaser est l’un de ces effets.
Le phaser utilise une série de filtres passe-tout (qui produisent un déphasage comme effet secondaire), pour produire diverses encoches et crêtes modulées sur tout le spectre de fréquences.
Effet Phaser
L’égaliseur a un effet secondaire inhérent de déphasage, dépendant de la fréquence au niveau et autour des fréquences d’angle ou centrales.
➡️ Plus le déplacement/filtre de l’égaliseur est important/rapide, plus le déphasage sera important (positif ou négatif).
🎸 Les effets comme le chorus, le flanger et le vibrato fonctionnent tous avec un circuit de delay, qui module la phase d’un signal pour produire l’effet (le temps de delay du circuit est modulé).
Conclusion
🔊 En audio, la polarité d’un signal désigne la direction dans laquelle se déplace le diaphragme d’un haut-parleur, ou d’un microphone, lorsqu’il est soumis à ce signal.
👉 Par exemple, si un haut-parleur est en polarité positive, cela signifie que son diaphragme se déplace vers l’avant, lorsqu’il est soumis à un signal électrique positif.
En revanche, s’il est en polarité négative, le diaphragme se déplace vers l’arrière lorsqu’il est soumis à un signal électrique positif.
⚠️ Si les haut-parleurs d’un système audio ont des polarités différentes, cela risque d’entraîner des distorsions ou des pertes de qualité sonore.
✅ La polarité d’un signal audio est importante pour garantir une reproduction correcte et fidèle des sons.
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🔊 En audio, la phase désigne la relation temporelle, entre les différentes composantes d’un signal sonore.
👂 Par exemple, dans un signal stéréo, chaque canal de gauche et de droite peut contenir des informations différentes. Mais ces informations doivent être alignées dans le temps, pour que le son soit perçu correctement par l’oreille humaine.
➡️ Si les 2 canaux sont en phase, cela signifie que les différentes composantes du signal sont parfaitement synchronisées, ce qui permet de produire un son clair et naturel.
⚠️ En revanche, si les canaux sont en déphasage, cela risque d’entraîner des distorsions ou des pertes de qualité sonore.
✅ La notion de phase est importante en audio pour garantir la qualité des enregistrements, et des transmissions sonores.
Autres questions
C’est quoi un amplificateur différentiel ?
👉 Un amplificateur différentiel est un type d’amplificateur électronique, qui est capable d’amplifier la différence de signal entre 2 entrées.
Il est souvent utilisé pour éliminer les composantes communes aux 2 entrées, ce qui permet d’obtenir un signal plus pur.
🎸 Il peut être utile dans de nombreuses applications, notamment en audio ou en instrumentation.
C’est quoi le rejet en mode commun ?
👉 Le rejet en mode commun (CMRR, ou Common Mode Rejection Ratio) est une mesure de la capacité d’un amplificateur différentiel, à éliminer les composantes communes aux 2 entrées.
Plus précisément, c’est le rapport entre la différence des signaux d’entrée, et la composante commune, mesuré en décibels (dB).
➡️ Plus le CMRR est élevé, meilleure est la capacité de l’amplificateur à éliminer les composantes communes. Cela permet d’obtenir un signal amplifié plus pur.
Comment calculer le rejet en mode commun ?
👉 Pour calculer le CMRR d’un amplificateur différentiel, il faut d’abord mesurer la différence des signaux d’entrée (Vdiff), et la composante commune (Vcm) quand l’amplificateur est en fonctionnement.
Le CMRR peut alors être calculé en utilisant la formule suivante :
CMRR (dB) = 20 * log10 (Vdiff / Vcm)
👉 Vous pouvez également calculer le CMRR en mesurant directement le rapport, entre la tension sortie en mode différentiel et la tension sortie en mode commun.
La formule est la suivante :
CMRR (dB) = 20 * log10 (Vod / Voc)
Où Vod est la tension sortie en mode différentiel, et Voc est la tension sortie en mode commun.
