Comprendre le clipping : comment utiliser la saturation et la distorsion harmonique pour sublimer ton son
L'écrêtage: qu'est-ce-que c'est?
Si tu as déjà monté le volume de tes enceintes au maximum et que tu as entendu un son déformé et saturé, alors tu as déjà été témoin du phénomène de distorsion appelé écrêtage ou clipping.
Dans cet article, on va essayer de comprendre ce qu'est le clipping, comment et sous quelles formes il se produit, afin que tu puisses l'utiliser à ton avantage.
Comprendre le clipping
Le clipping est une forme de distorsion qui apparaît lorsque le signal audio dépasse la capacité maximale de l'amplificateur.
Tout système audiofréquence se caractérise, entre autres, par deux limites qui sont le seuil du bruit et celui de la saturation.
Autrement dit, la plage utile d'un équipement audio se situe quelque part entre le niveau de bruit de fond et son niveau maximum de sortie.
On peut se représenter cela ainsi:
- à l'extrémité basse le bruit de fond causé par l'équipement lui-même, lié aux caractéristiques physiques des composants électroniques.
- à l'extrémité haute le niveau maximum, c'est-à-dire le seuil de saturation qui est atteint lorsque le signal en entrée est poussé au-delà de la capacité qu'a l'équipement à délivrer du courant en sortie.
Si une crête d'amplitude dépasse le seuil de saturation, la partie haute du signal est supprimée. On appelle cela l'écrêtage (clipping en anglais).
Cet écrasement de la forme d'onde engendre une distorsion de non-linéarité, dite harmonique, car elle crée des fréquences supplémentaires dans le signal en sortie.
La dégradation occasionnée sera d'autant plus importante que l'amplitude du signal dépassera le seuil de saturation.
Une crête est un maximum d’amplitude du signal.
Soft Clipping VS Hard Clipping
Il existe donc deux types de clipping : le soft clipping et le hard clipping.
Le "soft clipping" produit une distorsion qui augmente graduellement lorsque le signal entre dans la zone où l'amplificateur ne garantit plus une reproduction linéaire.
En gros, plus on s'approche du niveau maximum, plus la distorsion est audible.
Les amplificateurs à lampe et la bande magnétique sont connus pour produire cet effet lorsqu'ils sont poussés en zone de saturation et, à faible dose, cette distorsion est employée pour enrichir le son par l'ajout d'harmoniques paires ou impaires selon la technologie utilisée.
En revanche, le "hard clipping" se produit lorsque le signal audio est coupé net dès que le niveau maximum est atteint. Cela provoque une distorsion abrasive et brutale.
Bien qu'il soit souvent utilisé pour des effets sonores extrêmes, tels que les pédales de distorsion pour guitare, ce dépassement du niveau max doit, bien sûr, être évité dans le cadre de l'enregistrement et du mixage.
C'est la raison pour laquelle il est important de bien comprendre comment structurer le gain sur toute la chaîne audiofréquence.
L’écrêtage doux (soft clipping)
L’écrêtage dur (hard clipping)
Différence entre écrêtage analogique et numérique
Il faut bien faire la différence entre un écrêtage analogique, qui se produit en milieu électrique, et un écrêtage numérique, résultat de limitations inhérentes au codage informatique.
En effet, en analogique la saturation se manifeste de manière graduelle ; par conséquent, il en est de même pour la déformation du signal.
Plus on s'approche du niveau maximum, plus la distorsion augmente.
On définit donc le niveau maximum en analogique comme étant celui pour lequel la valeur de distorsion produite n'est plus admissible.
Pour ce qui est du numérique, le niveau maximum est la valeur 0 dB FS, qui correspond au nombre maximum de combinaisons binaires possibles, au-delà duquel le signal ne peut plus être codé, ce qui entraîne un écrêtage soudain et absolu.
En d'autres termes, il est impératif de ne jamais dépasser cette valeur.
Dans les deux cas, la partie haute du signal, quand elle se trouve au-dessus du niveau maximum, est perdue et le résultat est un taux plus ou moins important de distorsion harmonique.
En numérique, le niveau maximal est la valeur 0 dB Full Scale (pleine échelle)
Distorsion harmonique
On parle de distorsion harmonique lorsque des fréquences qui ne sont pas présentes à l'origine sont ajoutées au signal et que le timbre de celui-ci est modifié.
Cette distorsion se produit quand l'amplificateur est utilisé hors de sa zone linéaire et que celui-ci entre en saturation (c'est à dire que le signal en sortie diffère du signal en entrée - la reproduction du signal n'est plus linéaire).
Il est important de noter que la distorsion n'est pas toujours indésirable en audio. Comme on l'a vu, dans certains cas et correctement dosée, elle peut contribuer à enrichir le son.
Je t'invite à regarder l'extrait vidéo suivant où je démontre cela en images.
LeFrenchgineer - Episode 3: Distorsion harmonique. (vidéo)
Réduction du facteur de crête
Grâce au clipping, on peut aussi augmenter considérablement la sensation de volume sonore.
En effet, en plus d'ajouter des harmoniques au signal, le clipping permet également de réduire le facteur de crête.
Le facteur de crête est un concept important en audio qui décrit la différence entre le niveau crête (peak), qui représente un maximum d’amplitude, et le niveau RMS (Root Mean Square) qui exprime une valeur efficace (moyenne).
En d'autres termes, le facteur de crête permet d’évaluer la dynamique d’un signal. Plus celui-ci est élevé, plus la dynamique est importante.
Cela peut être bénéfique dans certains contextes musicaux, comme la musique classique ou le jazz.
Cependant, la réduire le facteur de crête, donc la plage dynamique, contribue fortement à augmenter la sensation de volume sonore et c’est très utile dans certains cas!!!
Voyons cela…
Le facteur de crête décrit la différence entre le niveau de crête et le niveau RMS d'un signal.
Augmenter la sensation de volume sonore
Bon…on a vu que les crêtes ou "peaks" en anglais sont des maximums d'amplitude. Remember?
En fait, ce sont des événements très brefs que nos oreilles n'interprètent pas en termes d'intensité de la sensation auditive et il est tout à fait possible de mesurer une valeur de peak élevée (avec un crête mètre) sans pour autant ressentir un fort volume sonore.
À l'inverse, une mesure élevée sur l'indicateur RMS (ou le VU mètre) signifie une sensation de volume importante.
Une autre façon de présenter les choses serait de dire que le crête-mètre affiche ce que les machines ‘entendent’ et le VU mètre ce que les humains perçoivent en termes de volume sonore. Tu vois ce que je veux dire?
Il est possible de mesurer une valeur peak élevée sans pour autant ressentir un fort volume sonore.
Tandis que la valeur "peak" représente une mesure absolue, le VU mètre et l'indicateur RMS donnent une valeur moyenne, mesurée sur une période plus longue et plus proche de la façon dont nous percevons les sons.
Un son tenu, avec du sustain, entraîne une valeur moyenne élevée et une sensation de volume plus forte qu'un son bref qui, pour une même valeur en peak, ne fait quasiment pas bouger l'aiguille du VU mètre.
Pour en revenir au facteur de crête : on sait qu’il est le rapport entre les valeurs peak et RMS, ce qui fait que lorsque l'on augmente le niveau RMS sans toucher au niveau peak, on diminue ce rapport.
En termes d'enveloppe sonore, on peut donc voir la diminution du facteur de crête comme le rapprochement des phases d'attaque et de sustain par une sorte de compression dynamique du signal.
Le résultat est une augmentation de la sensation de volume tout en ayant un contrôle sur les crêtes, ce qui est utile pour les sons de batteries et les percussions notamment. (cf. extrait vidéo)
LeFrenchgineer - Episode 3: réduction du facteur de crête. (vidéo)
Le facteur de crête est le rapport entre les valeurs peak et RMS.
Conclusion
En résumé, le clipping peut être à la fois un allié et un ennemi. D’un côté, il permet de colorer et d’enrichir le son en ajoutant des harmoniques, mais d’un autre côté, il peut être la cause d’une distorsion indésirable et d’une perte de qualité sonore. Il est donc important d'en comprendre les mécanismes et d’apprendre à l’utiliser de manière judicieuse pour en tirer le meilleur parti.
Que ce soit en analogique ou en numérique, il convient de respecter les limites et de bien structurer ton gain sur toute la chaine, pour éviter de provoquer un écrêtage dur et une distorsion non désirée.
Enfin, pour les passionnés et les concepteurs sonores, il est fascinant de découvrir les nombreux effets que l’on peut obtenir grâce au clipping, en jouant sur la palette des harmoniques et sur le facteur de crête du signal.
Je concluerai en disant que ce qu'on appelle 'chaleur' analogique vient en partie d'une utilisation contrôlée de ce phénomène.
Alors n’hésite pas à expérimenter et à te familiariser avec cet outil formidable, si tant est que tu l'utilises avec intention.
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Hasta luego !
