Compression-extension (compander)

Pratiquement tous les microphones sans fil utilisent une technique de compression-extension pour réduire le bruit. Le brouillage radio de faible niveau et les bruits d’ambiance réduisent la qualité du son des transmissions sans fil. Les réglementations gouvernementales et la limitation des circuits restreignent également au maximum le rapport signal/bruit ou SNR atteint. Sans compression-extension, nommée également compander, le rapport signal/bruit des systèmes sans fil ne dépasserait pas 60 à 80 dB, valeur insuffisante pour la plupart des applications professionnelles. La compression-extension permet d’atteindre un SNR de 100 dB ou plus.

Le terme anglais « companding », également traduit par compander, associe deux mots : compression et extension. Dans un système sans fil doté de compression-extension, le signal audio est comprimé dans l’émetteur et rétabli dans le récepteur. La compression réduit la dynamique de l’audio avant sa transmission. Cette gamme dynamique d’environ 100 dB est comprimée jusqu’à 50 dB dans un compresseur 2 : 1. Puis, dans le récepteur sans fil, un extenseur 1:2 rétablit la dynamique originale de l’audio reçu à 100 dB.

Tout ce processus de compression et d’extension vise à préserver le rapport signal/bruit original de l’audio. Si l’audio avait été transmise avec sa dynamique originale, le bruit lors de la transmission aurait réduit le SNR à une valeur se situant entre 60 dB et 80 dB. Cependant, comme la gamme dynamique de l’audio transmise n’est que de 50 dB, elle n’est pas touchée par le bruit de transmission.

De fait, le bruit introduit par la transmission radio dépasse de 20 à 40 dB le niveau de l’audio originale. Avec la compression-expansion, cependant, le bruit de transmission est inférieur de 10 à 30 dB à l’audio comprimée. Puis, le bruit de transmission subit, avec l’audio, l’expansion dans le récepteur. Les signaux inférieurs de 50 dB au niveau de sortie maximal seront étirés à 100 dB au-dessous du niveau de sortie maximal, tandis que le bruit de transmission inférieur de 60 dB au niveau de sortie maximal sera théoriquement étiré à 120 dB au-dessous du niveau de sortie maximal. Cependant, une valeur de 120 dB sous le niveau de sortie maximal est inférieure au bruit dans l’audio originale et au bruit résiduel du circuit. Par conséquent, on élimine efficacement le bruit de transmission.

La compression-expansion permet également de réduire les bourdonnements, sifflements et les bruits audio de faible intensité imputables à un brouillage léger. Par exemple, un bruit audio de seulement 50 dB sous le niveau de sortie maximal serait tout à fait inacceptable. Avec la compression-extension, le bruit équivaut en fin de parcours à une valeur de 100 dB inférieure à celle du niveau de sortie maximal et, bien que légèrement audible, reste acceptable.

Ce dispositif améliore également la portée utile des systèmes sans fil. À mesure que la portée augmente, l’audio devient plus bruyante. Le SNR d’un système sans fil tombe généralement à 80 dB à une portée relativement faible sans compression-extension. Après compression-extension, il peut chuter à 40 dB avant que la sortie SNR ne tombe à 80 dB. Cela représente un rapport de l’amélioration de la portée pouvant grosso modo varier de 2:1 à 10:1, selon les conditions.

Malheureusement, ce processus n’est pas parfait. La compression et l’extension de l’audio introduisent inévitablement de petits défauts. Dans un système bien conçu, de telles imperfections passent inaperçues, même si l’on prête l’oreille. Néanmoins, la qualité de l’audio dépend presque exclusivement des circuits de compander utilisés et de leur précision, ainsi que de la qualité de fabrication des composants. Comme les spécifications du produit ne rendent pas compte de ces facteurs, il faut écouter soigneusement l’audio lors de l’évaluation d’un système sans fil. Car des systèmes aux caractéristiques similaires donnent parfois de grandes différences dans la qualité sonore.