Le point S à 3 dB en radio : évolution ou rupture de convention ?

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Le point S est une unité conventionnelle permettant d’estimer et de comparer le niveau des signaux radio reçus. La convention historique fixe S9 à −73 dBm en HF et un écart de 6 dB entre deux points S successifs.

Il n’existe pas de norme ISO, IEC ou ITU, mais les références historiques sont :

• les travaux de l’International Amateur Radio Union, notamment dans la Région 1 ;
• les spécifications publiées par l’American Radio Relay League ;
• les pratiques de mesure retenues par les principaux fabricants de récepteurs dans les années 1960-1970.

La convention devenue universelle est :

• S9 = −73 dBm (50 µV sous 50 Ω) en HF ; S9 = −93 dBm (5 µV sous 50 Ω) en VHF et au-dessus.
• 1 point S = 6 dB ; soit une plage dynamique de 48 dB pour les repères S1 à S9.
• au-dessus de S9, le niveau est exprimé directement en dB au-dessus de la valeur S9 : +10 dB, +20 dB, +40 dB…

La convention du S-mètre s’est imposée dans les années 1960 à la suite des recommandations de l’International Amateur Radio Union. Elle a été largement reprise dans pratiquement toute la littérature technique radioamateur depuis plus de cinquante ans et est devenue la référence de facto. C’est celle qui est utilisée dans les essais comparatifs de récepteurs, les publications techniques, les ouvrages spécialisés, ainsi que par la majorité des fabricants de matériel radioamateur jusqu’à la généralisation des architectures SDR dans les transceivers modernes.

À partir des années 2010, avec la démocratisation de l’architecture SDR, certains appareils ont adopté un S-mètre non conforme à la convention historique de 6 dB par point S. Cette évolution est apparue sur certains équipements commercialisés par les constructeurs, sans qu’aucune modification de la recommandation historique de l’IARU n’ait été publiée. Des modèles sont ainsi apparus avec un étagement de 3 dB par point S au lieu de 6 dB, tout en conservant la même lettre « S » : S1 à S9. Cette modification de l’échelle d’affichage n’a pas été annoncée clairement alors qu’il s’agit bien d’une nouvelle échelle de niveaux entre S1 et S9.

Ce changement n’est pas anodin car il modifie radicalement la correspondance des niveaux par rapport à l’échelle S historique. Entre S1 et S9, l’échelle historique couvre 48 dB. Avec un étagement de 3 dB par point, elle ne couvre plus que 24 dB. Le niveau correspondant à S1 est ainsi décalé de 24 dB vers le haut par rapport à la convention historique, soit un écart considérable : S1 avec la nouvelle échelle correspond à S5 avec l’ancienne échelle.

Voici la correspondance entre les deux échelles, pour les fréquences HF (jusqu’à 30 MHz) :

Cette différence pose problème non seulement pour communiquer sans ambiguïté entre stations sur les niveaux reçus, mais également dans la caractérisation du bruit radioélectrique mesuré par le récepteur, puisque deux récepteurs utilisant des échelles différentes peuvent fausser l’interprétation.

Modifier la signification d’une échelle conventionnelle tout en conservant son appellation et sans annoncer explicitement ce changement va à l’encontre des principes élémentaires de la métrologie. Une telle pratique rompt la continuité historique du point S et rend les comparaisons entre équipements et stations de réception ambiguës si les opérateurs ou les rapports ne précisent pas le type d’échelle S utilisé par les équipements de réception.

De la même manière, la caractérisation des différences de bruit radioélectrique ambiant mesuré par le récepteur peut être fortement affectée, avec un décalage d’interprétation pouvant atteindre 24 dB : un niveau de bruit S5 selon l’ancienne échelle correspond à S1 selon la nouvelle échelle. Un opérateur non informé qu’il utilise la nouvelle échelle pourrait alors conclure que le niveau de bruit est très inférieur. Il pourrait penser à tord que son système d’antenne ou son récepteur présente de meilleures performances en termes de rejet du bruit, ou que le site de réception est moins bruyant.

Cette évolution, probablement motivée par des considérations d’ergonomie : affichage plus réactif et plus détaillé, avec une meilleure perception des faibles variations de niveau, a pour conséquence majeure de rompre la correspondance historique entre les points S et les niveaux de signal et de bruit : un écart de quatre points S ne représente plus 24 dB mais 12 dB avec la nouvelle échelle. Les rapports de réception et les comparaisons entre équipements peuvent donc ne plus être directement comparables en dessous de S9. Par exemple, un radioamateur qui utilise un poste équipé d’un S-mètre conventionnel à 6 dB par point, ne peut pas comparer ses niveaux de réception et de bruit directement avec un autre radioamateur équipé d’un S-mètre nouvelle génération à 3 dB par point.

En modifiant la perception du niveau des signaux et du bruit, cette nouvelle échelle, introduite silencieusement sur le marché, peut conduire des utilisateurs non informés à surestimer ou sous-estimer les performances d’un récepteur lorsqu’ils se fient uniquement aux indications du S-mètre plutôt qu’aux niveaux exprimés en dBm ou en µV.

Un autre problème avec l’échelle point S est, pour la plupart des équipements, une absence de compensation du préamplificateur et de l’atténuateur. Par exemple, si l’activation d’un préamplificateur fait monter simultanément le bruit et le signal de 10 dB, le S-mètre indique un niveau plus élevé alors que le niveau à la prise d’antenne n’a pas changé. Cette présentation peut donner l’impression que le récepteur « reçoit davantage », alors qu’en réalité il s’agit seulement d’un changement de gain interne. En tout état de cause, cela fausse également les comparaisons de niveaux de réception entre radioamateurs.

Pour conclure, le point S n’est pas une simple graduation d’affichage ; c’est une unité conventionnelle permettant depuis plus d’un demi-siècle de comparer les niveaux de réception entre stations, récepteurs et campagnes de mesure. Une meilleure résolution d’affichage eut été parfaitement compatible avec cette convention historique, par exemple en affichant des demi-points S ou directement les niveaux en dBm, sans modifier la signification de l’unité S.

L’amélioration de la résolution d’affichage ne nécessite donc nullement de modifier la définition du pas entre les points de l’échelle S. Les possibilités offertes par l’architecture SDR permettraient au contraire de respecter plus fidèlement la convention historique tout en proposant un affichage plus précis. Une simple option logicielle permettant de sélectionner un pas de 6 dB ou de 3 dB par point S préserverait la convention historique tout en offrant aux utilisateurs qui le souhaitent une résolution d’affichage plus fine. Logiquement, l’utilisation d’une autre lettre que S pour l’échelle à 3dB permettrait d’éviter toute ambiguïté d’interprétation.

Alors que le bruit d’environnement est devenu un facteur déterminant, disposer d’une échelle de mesure stable et comparable entre stations est plus utile que jamais pour caractériser objectivement les conditions de réception.