Mesure de la qualité sonore selon l’ISO 532 & l’ECMA-74 avec OpenTest

Cet article s'adresse aux ingénieurs travaillant dans les domaines de l'acoustique et des essais de vibrations. Il présente la façon d'effectuer des mesures de qualité sonore dans OpenTest sur la base de la norme de sonie ISO 532 et des méthodes d'évaluation de tonalité ECMA-74. En mesurant et en comparant trois indicateurs psychoacoustiques clés — Sonie (Loudness), Aigreur (Sharpness) et Proéminence (Tonalité) — les équipes des secteurs de l'électronique grand public, du NVH automobile, de l'électroménager et des équipements informatiques peuvent transformer « à quel point ça sonne bien ou mal » en données d'ingénierie quantitatives, et réaliser un flux de travail standardisé de qualité sonore sur une plateforme unique, depuis l'acquisition des données, en passant par l'analyse, jusqu'au rapport.

Pourquoi les mesures de qualité sonore sont importantes

Dans les essais de bruit traditionnels, on s'appuie généralement sur les valeurs en dB pour décrire à quel point un appareil est « bruyant ». Mais de plus en plus d'études et de projets sur le terrain rappellent aux ingénieurs que la « sonie » n'est qu'une partie de l'histoire. Dans le NVH automobile, l'électroménager, les équipements informatiques et l'électronique grand public, l'acceptation du bruit d'un produit par les utilisateurs dépend bien davantage de son caractère agréable, aigu, fatigant ou agaçant, et pas uniquement du niveau global de pression acoustique.

Les enquêtes industrielles montrent également que la plupart des fabricants considèrent désormais que « la qualité du son » est tout aussi importante que « son niveau de silence », et qu'ils commencent à se préoccuper de la qualité sonore dès les premières phases de conception. À niveau sonore identique, une mauvaise qualité sonore peut diminuer fortement la satisfaction globale vis‑à‑vis du produit.

C'est précisément pour cette raison que la discipline de la qualité sonore existe : au moyen d'un ensemble d'indicateurs psychoacoustiques tels que la Sonie (Loudness), l'Aigreur (Sharpness) et la Tonalité / Proéminence, elle transforme des impressions subjectives comme « aigu », « sourd », « agressif » ou « doux » en données mesurables, comparables et traçables, de sorte que les équipes d'ingénierie puissent aller au‑delà du simple contrôle du bruit et véritablement concevoir et optimiser le son des produits en fonction de l'expérience d'écoute.

Indicateurs clés pour la mesure de la qualité sonore

En pratique d'ingénierie, la qualité sonore n'est pas une valeur unique, mais un ensemble de grandeurs psychoacoustiques. Les indicateurs couramment utilisés comprennent la Sonie (Loudness), l'Aigreur (Sharpness), la Ruguesse (Roughness), la Force de fluctuation (Fluctuation Strength), la Proéminence / Tonalité, etc.

Figure 1 – Indicateurs clés pour la mesure de la qualité sonore

Sonie (Loudness) – ISO 532-1

La Sonie (Loudness) et le niveau de sonie décrivent à quel point un son est perçu comme fort par l'oreille humaine, plutôt que son simple niveau de pression acoustique en dB. Au niveau international, la norme ISO 532-1:2017 basée sur la méthode de Zwicker est largement utilisée pour le calcul de la sonie. Elle permet de traiter des sons stationnaires comme des sons variables dans le temps et présente une bonne corrélation avec la perception subjective dans de nombreuses applications de bruit technique.

D'un point de vue ingénierie, la sonie présente des avantages clairs par rapport au niveau de pression acoustique pondéré A :

• Elle tient compte de la sensibilité différente de l'oreille selon la fréquence (l'audition humaine est plus sensible dans la zone des moyennes‑hautes fréquences)
• À niveau de dB identique, la sonie reflète généralement plus fidèlement « est‑ce que cela paraît fort ou non ? »

Aigreur (Sharpness) – DIN 45692

L'Aigreur (Sharpness) reflète si un son est perçu comme aigu ou perçant. Lorsque la proportion de contenu haute fréquence est plus élevée, les personnes ont tendance à percevoir le son comme plus « aigu » ou « agressif ».

L'aigreur a été normalisée dans la DIN 45692:2009, et est généralement calculée à partir de la distribution de sonie spécifique issue d'un modèle de sonie, avec un sur‑pondération dans les bandes de Bark élevées. Le résultat est exprimé en acum.

Dans des applications telles que les ventilateurs, les compresseurs ou les bruits de motorisation électrique, la réduction de l'aigreur améliore souvent plus efficacement le confort subjectif que la simple diminution du niveau global en dB.

Ruguesse (Roughness) – asper

La Ruguesse (Roughness) correspond approximativement à une modulation rapide d'amplitude dans la plage 15–300 Hz, qui donne une impression « râpeuse, vibrante » — par exemple pour certains sifflements d'onduleurs ou d'engrenages où le son semble « trembler ».

• Unité : asper
• Définition classique : 1 asper correspond à une onde pure de 1 kHz et 60 dB, modulée en amplitude à environ 70 Hz avec une profondeur de modulation de 100 %
• Plus la modulation est profonde et plus la fréquence de modulation est proche de la zone de sensibilité (autour de 70 Hz), plus la ruguesse perçue est élevée

En ingénierie, la ruguesse sert souvent à décrire à quel point un son donne une impression de « bourdonnement » ou de « grattement »; elle est particulièrement pertinente pour l'évaluation subjective des bruits techniques dans les systèmes de traction électrique, les boîtes de vitesses et les compresseurs.

Force de fluctuation (Fluctuation Strength) – vacil

La Force de fluctuation caractérise les fluctuations plus lentes d'amplitude — des amplitudes qui montent et descendent approximativement dans la plage 0,5–20 Hz, perçues comme un bruit « pulsé » ou « respirant », avec une sensibilité maximale typique autour de 4 Hz.

• Unité : vacil
• Définition classique de 1 vacil : une onde pure de 1 kHz et 60 dB avec modulation d'amplitude à 4 Hz et 100 % de profondeur de modulation
• Pour le « bruit de respiration » à l'arrêt dans l'habitacle, ou pour des ventilateurs dont le niveau augmente et diminue périodiquement, la force de fluctuation est un indicateur clé.

Vous pouvez considérer la Force de fluctuation et la Ruguesse comme les deux faces d'une même « pièce de modulation » :

• Force de fluctuation : modulation lente (quelques Hz), perçue comme un bruit « respirant » ou « pulsé »
• Ruguesse : modulation plus rapide (dizaines de Hz), perçue comme « vibrante, râpeuse, granuleuse »

Proéminence / Tonalité (ECMA-74)

De nombreux appareils ne sont pas particulièrement bruyants au global, mais deviennent extrêmement agaçants en raison d'une ou deux composantes tonales étroites. Ces « tons qui ressortent » sont généralement quantifiés par la Tonalité / Proéminence.

Pour le bruit des équipements informatiques et de technologies de l'information, la norme ECMA-74 spécifie des méthodes basées sur le rapport ton‑bruit (TNR, Tone‑to‑Noise Ratio) et le rapport de proéminence (PR, Prominence Ratio) pour évaluer la proéminence tonale et déterminer si une raie spectrale est un « ton proéminent ».

Historiquement, ces indicateurs proviennent de la recherche psychoacoustique et sont aujourd'hui largement utilisés dans l'automobile, l'aéronautique, l'électroménager et les équipements informatiques pour prédire et optimiser le caractère agaçant des bruits. Par exemple, des études ont montré que, pour un niveau de sonie contrôlé, l'Aigreur, la Tonalité et la Force de fluctuation sont des prédicteurs importants de l'agaçement provoqué par le bruit d'hélicoptère.

Pourquoi la qualité sonore est plus utile que de simplement « surveiller les dB »

Dans de nombreux projets, vous avez probablement déjà vu des questions comme :

• Deux conceptions de ventilateur ont des niveaux de puissance acoustique similaires, mais l'une « sonne doux » tandis que l'autre présente un sifflement marqué
• Après réduction du bruit, le niveau global de pression acoustique est plus faible de quelques dB, mais les retours des utilisateurs s'améliorent à peine
• Sur la ligne de production, le niveau de pression acoustique pondéré A est utilisé comme seul critère, et certaines unités au « mauvais son » passent quand même au travers

Fondamentalement, c'est parce que :

• Niveau de pression acoustique / puissance acoustique = « quelle quantité d'énergie est présente »
• Indicateurs de qualité sonore = « comment l'oreille le perçoit »

Avec des indicateurs comme la Sonie, l'Aigreur, la Ruguesse, la Force de fluctuation et la Proéminence, vous pouvez décomposer des plaintes vagues du type « c'est simplement inconfortable à l'oreille » en :

• Quelle région de fréquence contient trop d'énergie (ce qui conduit à une aigreur élevée)
• S'il existe une modulation d'amplitude marquée (entraînant une ruguesse ou une force de fluctuation élevées)
• Si une composante tonale ressort nettement au‑dessus de son environnement (tonalité / proéminence élevée)

Dans les itérations d'ingénierie, ces indicateurs peuvent être directement associés à :

• L'optimisation de la structure (raideur, modes propres, forme des pales, etc.)
• Les stratégies de commande (par ex. fréquence PWM, courbes de vitesse de ventilateur et transitions)
• Les choix de matériaux et de traitement / isolation acoustique

Cela fournit des orientations beaucoup plus claires et actionnables que « réduire simplement les dB ».

Analyse de la qualité sonore dans OpenTest

En tant que plateforme pour les essais acoustiques et vibratoires, OpenTest prend en charge un flux de travail complet de qualité sonore allant de l'acquisition → l'analyse → le reporting. Remplissez le formulaire en bas ↓ de cette page pour nous contacter et obtenir une démonstration d'OpenTest.

Exemple d'appareil : bruit du ventilateur d'un PC de bureau

Pour rendre le processus concret, nous utilisons un appareil très courant comme exemple : un PC de bureau typique.

Objectif de l'essai : évaluer les indicateurs de qualité sonore du bruit de son ventilateur dans différentes conditions de fonctionnement, afin de :

• Comparer les performances subjectives en bruit de différentes stratégies de refroidissement et de commande de ventilateur
• Fournir des données quantitatives pour les revues NVH (par ex. la sonie dépasse‑t‑elle la cible, l'aigreur est‑elle trop élevée ?)
• Fournir une base pour une optimisation ultérieure de la qualité sonore (par ex. suppression des fréquences de sifflement, adoucissement des transitions de vitesse)

Les environnements d'essai possibles sont :

• Une chambre semi‑anéchoïque / un laboratoire à faible bruit (recommandé) ; ou
• Un bureau calme pour une évaluation comparative en phase amont

Système de mesure : SonoDAQ + module de qualité sonore OpenTest

Côté matériel, nous utilisons un système d'acquisition de données multivoies CRYSOUND SonoDAQ (pour plus de détails sur les modèles, veuillez nous contacter), associé à un ou plusieurs microphones de mesure placés à proximité du ventilateur du PC ou à la position d'écoute, selon les exigences de l'essai.

Figure 2 – Système d'acquisition de données multivoies SonoDAQ Pro

Bien sûr, OpenTest prend également en charge la connexion via openDAQ, ASIO, WASAPI et d'autres interfaces audio grand public, de sorte que vous puissiez réutiliser, si besoin, les dispositifs d'acquisition ou interfaces audio existants pour la mesure.

Côté logiciel, le module de qualité sonore d'OpenTest est l'un des modules de mesure. Combiné à l'analyse FFT, à l'analyse par bandes d'octave et à l'analyse de niveau sonore, il couvre la plupart des besoins standard d'essais audio et vibratoires.

Configuration des paramètres de mesure

Après avoir créé un nouveau projet dans OpenTest, procédez comme suit :

1. Configuration et étalonnage des voies

• Dans le menu Channel Setup, sélectionnez les voies de microphone à utiliser et définissez la sensibilité, la fréquence d'échantillonnage et la pondération fréquentielle selon les besoins
• Utilisez un calibreur acoustique (par ex. 1 kHz, 94 dB SPL) pour étalonner les microphones de mesure, afin de garantir que la sonie et les indicateurs associés disposent d'une référence absolue fiable

2. Basculer vers le module « Measure > Sound Quality »

• Sélectionnez les indicateurs à calculer : Sonie (Loudness), Aigreur (Sharpness), Proéminence
• Définissez la bande passante d'analyse, la résolution fréquentielle et les modes de moyennage temporel
• Configurez éventuellement la durée d'essai et les libellés pour les différentes conditions de fonctionnement

En substance, cette étape transforme les « définitions de calcul » des normes ISO 532, DIN 45692 et ECMA-74 en un gabarit de scénario de qualité sonore OpenTest réutilisable.

Acquisition des données sonores pour différentes conditions de fonctionnement

Une fois l'environnement d'essai mis en place et les paramètres configurés, cliquez sur Start pour mesurer les données de qualité sonore dans différentes conditions de fonctionnement. Chaque enregistrement d'essai est sauvegardé automatiquement pour une analyse ultérieure.

Comme la qualité sonore se concentre sur la perception du son en conditions réelles d'utilisation, il est recommandé d'enregistrer plusieurs conditions typiques, par exemple :

• Veille / repos (ventilateur à l'arrêt ou à basse vitesse)
• Charge bureautique typique (documents, navigation multi‑onglets, etc.)
• Forte charge / test de stress (CPU / GPU à pleine charge)

Avec cette décomposition, les ingénieurs peuvent gérer clairement quel résultat de qualité sonore correspond à quelle condition de fonctionnement.

Figure 3 – Superposition de plusieurs enregistrements de qualité sonore dans OpenTest

Des mesures multiples à un rapport de qualité sonore unique

Après avoir mesuré plusieurs conditions de fonctionnement (par ex. repos, charge bureautique typique et test de stress en pleine charge), vous pouvez effectuer les opérations suivantes dans OpenTest.

• Dans la liste des jeux de données, sélectionnez les enregistrements que vous souhaitez comparer et superposer :
  • Comparer les courbes de sonie dans les différentes conditions
  • Vérifier si l'aigreur présente des pics lors des accélérations ou des transitions de vitesse
  • Identifier les conditions où apparaissent des tons étroits proéminents (forte proéminence)
• Dans le Data Selector, enregistrez les formes d'onde et résultats d'analyse associés :
  • Exporter des fichiers .wav pour des essais d'écoute ou des évaluations subjectives ultérieurs
  • Exporter des fichiers .csv / Excel pour des statistiques ou des modélisations complémentaires
• Cliquez sur le bouton Report dans la barre d'outils :
  • Saisissez les informations relatives au projet, au DUT et aux conditions de fonctionnement
  • Sélectionnez les indicateurs de qualité sonore et les graphiques à inclure (par ex. sonie en fonction du temps, diagrammes en barres de l'aigreur, spectres avec mise en évidence de la proéminence tonale)
  • Générez en un clic un rapport de qualité sonore pour les revues internes ou la remise au client

Figure 4 – Exemple de rapport de qualité sonore dans OpenTest

Le rapport généré comprend les conditions de mesure et les modes de fonctionnement, les principaux indicateurs de qualité sonore tels que la Sonie, l'Aigreur et la Proéminence, ainsi qu'une comparaison avec les indicateurs acoustiques traditionnels (niveau de pression acoustique, spectres 1/3 d'octave, puissance acoustique, etc.), ce qui permet aux équipes projet de discuter à partir d'un ensemble d'indicateurs à la fois objectifs et étroitement liés au son perçu.

Scénarios d'application typiques

Vous pouvez créer différents scénarios de tests de qualité sonore dans OpenTest pour différents domaines d'activité, par exemple :

• Électronique grand public / équipements informatiques (ordinateurs portables, routeurs, ventilateurs, etc.)
  • Utilisez la sonie + l'aigreur +, le cas échéant, la ruguesse pour évaluer le « confort subjectif » de différentes stratégies thermiques / de commande de ventilateur
  • Comparer la qualité sonore pour différentes courbes de vitesse ou différents schémas PWM
• NVH automobile / systèmes de traction électrique
  • Utiliser l'acquisition multivoies pour enregistrer de manière synchrone le bruit intérieur et les signaux de vitesse
  • Combiner l'analyse d'ordres avec les indicateurs de qualité sonore pour évaluer à quel point un sifflement de traction électrique est « aigu » et s'il existe une modulation marquée provoquant de la ruguesse
• Électroménager et équipements industriels
  • Lorsque la puissance acoustique respecte déjà les normes, utiliser les indicateurs de qualité sonore pour filtrer en plus les « bruits agaçants », au lieu de se baser uniquement sur les dB

Si vous mettez en place ou mettez à niveau vos capacités d'essais de qualité sonore, vous pouvez utiliser les normes ISO 532 et ECMA-74 comme colonne vertébrale et laisser OpenTest relier environnement, acquisition, analyse et reporting en une chaîne reproductible. De cette façon, chaque essai de qualité sonore est clairement traçable et a beaucoup plus de chances d'évoluer d'une expérience isolée vers un actif d'ingénierie à long terme.

Nous vous invitons à remplir le formulaire ci‑dessous ↓ pour nous contacter et réserver une démonstration et un essai du module de qualité sonore OpenTest. Vous pouvez également visiter le site Web d'OpenTest à l'adresse www.opentest.com pour en savoir plus sur ses fonctionnalités et ses cas d'application.