Faits :
A.
A.B._, B.B._ et C.B._ ont acquis en juillet 1987 pour deux millions de francs un lot de propriété par étages (PPE) comprenant des locaux au premier sous-sol (296 m 2 ) et au troisième étage (891 m 2 ) d'un immeuble situé à Lausanne. Trois places de parc étaient rattachées à la propriété de ce lot. En outre, selon l'acte de vente, le vendeur a simultanément cédé et vendu un bail à loyer concernant dix places de parc.
Par contrat de bail prenant effet le 1 er avril 1988, les trois propriétaires précités (ci-après: les bailleurs) ont cédé l'usage des locaux en sous-sol à A._ (ci-après: le locataire). Les locaux ont été aménagés à l'usage d'une école de danse, comprenant notamment deux sanitaires et deux douches/vestiaires. Conclu pour une durée initiale de cinq ans, le bail à loyer était ensuite renouvelable de cinq ans en cinq ans, sauf avis de résiliation signifié un an à l'avance. Le loyer pouvait être adapté une fois par an en fonction de l'indice suisse des prix à la consommation (IPC).
Les bailleurs ont effectué des travaux en 1988 (500'000 fr.), 2007 (36'034 fr.) et 2009 (152'111 fr.). Ils ont payé la totalité avec leurs fonds propres, tout comme le prix d'acquisition du lot.
Le loyer mensuel net a été fixé en dernier lieu à 2'312 fr., en vertu d'un jugement rendu le 19 mars 2009 par le Tribunal des baux du canton de Vaud, confirmé par le Tribunal cantonal vaudois le 22 septembre 2010.
B.
B.a. Par courrier du 29 novembre 2011, le locataire a exigé que son loyer soit baissé à 1'000 fr. par mois, avec effet au 31 mars 2013; il soutenait que la chose louée procurait un rendement excessif aux bailleurs. Au jour de cette demande, le taux hypothécaire de référence était de 2,75 %.
Le conseil des bailleurs a répondu le 30 novembre 2011 qu'aucun élément ne justifiait d'entrer en matière sur cette prétention "exorbitante", mais qu'il ferait procéder à une analyse de la situation par ses clients; il se réservait le droit de recontacter le locataire.
Le 1 er décembre 2011, le taux hypothécaire a baissé à 2,5 % (annonce le 2 décembre 2011). Par la suite, il a encore chuté à 2,25 % le 1 er juin 2012 (annonce le 2 juin 2012), puis à 2 % le 3 septembre 2013 (annonce le 2 septembre 2013).
Le locataire a saisi l'autorité de conciliation le 11 janvier 2012, puis a porté l'action devant le Tribunal des baux, en concluant par demande du 28 février 2012 à ce que le loyer soit fixé à 1'000 fr. à partir du 1 er avril 2013, charges en sus.
Le 3 février 2012, le locataire a réitéré sa demande en réduction de loyer auprès des bailleurs, afin de ne pas être déchu de ses droits dans l'hypothèse où le courrier précité du 30 novembre 2011 serait interprété comme un refus de baisser le loyer. Après l'échec de la conciliation, il a saisi le Tribunal des baux le 19 avril 2012 d'une nouvelle demande contenant des conclusions identiques à celle du 28 février 2012.
B.b. Le Tribunal des baux a ordonné la jonction des deux procédures. Par jugement du 17 juillet 2013, il a rejeté la demande déposée le 28 février 2012 et déclaré sans objet celle du 19 avril. En substance, le tribunal a considéré que la missive des bailleurs ne donnait pas de réponse définitive à la demande en réduction de loyer, de sorte que le locataire n'avait pas à la traiter comme un refus. Le délai de 30 jours pour saisir l'autorité de conciliation (art. 270a al. 2 i.f. CO) n'avait commencé à courir qu'à l'expiration du premier délai de 30 jours déclenché par la demande en réduction de loyer, restée sans réponse. Le locataire avait saisi l'autorité de conciliation en temps utile le 11 janvier 2012. Par conséquent, la première demande était recevable, et la deuxième demande privée d'objet.
Sur le fond, le tribunal a retenu que les parties étaient liées par un contrat de bail à loyer indexé; le locataire était donc en droit de demander une diminution de son loyer net pour l'échéance contractuelle du 1 er avril 2013 en invoquant la méthode absolue du rendement net. Le tribunal a procédé au calcul de rendement en se plaçant à la date de la demande en réduction de loyer, soit le 29 novembre 2011. Ont été pris en compte le taux hypothécaire en vigueur à ce moment-là (2,75 %) et l'IPC d'octobre 2011, soit le dernier indice connu au jour de cette demande. Le tribunal a renoncé à intégrer les charges immobilières de l'année 2011, au motif qu'elles n'étaient pas encore connues en date du 29 novembre 2011.
Le calcul suivant a été effectué:
Coûts d'investissement :
Prix d'achat du lot PPE et frais d'acquisition :
2'074'995 fr.
Réévaluation de 40 % de ce montant, selon une variation IPC de + 46,52 % entre juin 1987 et octobre 2011.
Total après réévaluation: 2'461'110 fr.
Travaux :
- Le tribunal a précisé que les données recueillies concernaient la totalité du lot PPE, de sorte qu'il fallait d'abord calculer le rendement admissible pour le lot entier, puis répartir ce rendement entre les différents locaux; tous les travaux effectués sur le lot étaient donc pris en considération.
- Invoquant sa jurisprudence, le tribunal a décidé d'intégrer l'entier des travaux financés par des fonds propres dans les coûts d'investissement, et non pas seulement la part de plus-value.
- travaux de 1988: 500'000 fr.
Indexation de 40 % de ce montant selon une hausse IPC de + 43,8 % entre juillet 1988 et octobre 2011.
Total après réévaluation: 587'600 fr.
- travaux de 2007: 36'034 fr. pour la création d'une sortie de secours attenante aux locaux en sous-sol.
Indexation de 40 % de ce montant selon une hausse IPC de + 3,85 % entre janvier 2007 et octobre 2011.
Total après réévaluation: 36'588 fr. 90.
- travaux de 2009: 152'111 fr. pour le remplacement de fenêtres et stores et la modernisation des détecteurs d'incendie.
Indexation de 40 % de ce montant selon une hausse IPC de + 0,7 % entre septembre 2009 et octobre 2011.
Total après réévaluation: 152'536 fr. 90.
Total des fonds propres investis : 3'237'835 fr. 80.
Taux de rendement admissible: 3,25 %
(taux de référence 2,75 % + 0,5 %).
Rendement admissible des fonds propres : 105'229 fr. 65
(3'237'835.80 x 3,25 %).
Charges immobilières annuelles (moyenne des années 2007 à 2010) : 39'983 fr. 90.
Etat locatif annuel admissible du lot :
145'213 fr. 55 (105'229 fr. 65 + 39'983 fr. 90)
Après déduction du loyer de 3 places de parc (3'672 fr.) :
141'541 fr. 55(145'213 fr. 55 - 3'672 fr.).
Pour obtenir le rendement admissible de la chose louée par le locataire, le tribunal s'est fondé sur le rapport entre la surface louée par le locataire et la surface de l'entier du lot PPE. Toutefois, pour tenir compte d'une qualité moindre des locaux en sous-sol, il a réduit fictivement de 20 % la surface louée par le locataire (236,8 m2 au lieu de 296 m2 ), ce taux étant retenu sur la base de l'expérience du tribunal. En raison de cette correction, la surface totale du lot était de 1'127,8 m2 (236,8 + 891).
En définitive, le loyer admissible pour la chose louée s'élevait à 29'718 fr. 95 par an (141'541,55 x 236,8/1'127,8), soit 2'476 fr. 60par mois. Le loyer actuel étant inférieur (2'312 fr.), il ne procurait pas un rendement excessif aux bailleurs.
B.c. Le locataire a déféré cette décision au Tribunal cantonal vaudois, qui a rejeté son appel par arrêt du 7 juillet 2014.
Le locataire a notamment soulevé les griefs suivants:
- le calcul de rendement devrait être effectué à la date d'entrée en vigueur de la baisse de loyer requise (1 er avril 2013);
- seule la part à plus-value des travaux devrait être prise en compte dans les coûts d'investissement; il conviendrait d'appliquer par analogie l'art. 14 al. 1 OBLF (RS 221.213.11), en vertu duquel les frais causés par d'importantes réparations sont considérés, à raison de 50 à 70 %, comme des investissements créant des plus-values.
La Cour d'appel civile a rejeté le premier argument et maintenu que la date de la demande en réduction de loyer (29 novembre 2011) était déterminante pour le calcul de rendement. Concernant le deuxième moyen, elle a fait état de divergences doctrinales et renoncé à trancher la question au motif qu'elle était sans incidence pour l'issue de la cause (cf. au surplus infra, consid. 6.2).
C.
Le locataire saisit le Tribunal fédéral d'un recours en matière civile, dans lequel il requiert que le loyer mensuel soit fixé à 1'717 fr. 70, charges en sus, à compter du 1 er avril 2013. Les bailleurs concluent au rejet du recours. L'autorité précédente se réfère à son arrêt.
Considérant en droit :
1.
La valeur litigieuse minimale de 15'000 fr. requise pour les causes de droit du bail à loyer est manifestement atteinte. L'on rappelle que s'agissant d'une baisse de loyer dans un contrat à durée indéterminée, il faut prendre en compte la part litigieuse du loyer annuel - selon les conclusions prises devant l'autorité précédente - et multiplier ce montant par vingt (art. 74 al. 1 let. a LTF en liaison avec l'art. 51 al. 1 let. a et al. 4 LTF; cf. ATF 137 III 580 consid. 1.1 p. 582).
2.
Le locataire critique des réflexions générales que la Cour d'appel a faites avant d'entrer en matière sur le fond, et dont il ressort que le loyer actuel ne paraît pas abusif. Comme l'admet l'intéressé, ces remarques n'ont pas d'incidence particulière dans la mesure où la Cour a ensuite statué sur ses griefs concernant le calcul de rendement. Il est dès lors superflu de traiter ce moyen.
3.
3.1. Le locataire reproche à la Cour d'appel vaudoise d'avoir pris en compte le taux hypothécaire de 2,75 % en vigueur le 29 novembre 2011, jour où il a émis sa première demande en réduction de loyer, plutôt que le taux de 2,25 % ayant cours le 1 er avril 2013, date d'entrée en vigueur de la réduction requise. A titre subsidiaire, il plaide que la deuxième demande déposée le 3 février 2012 a privé d'objet la première, et non l'inverse; la Cour aurait à tout le moins dû se fonder sur le taux de 2,5 % prévalant en février 2012. Le locataire dénonce en outre des lacunes dans l'état de fait.
3.2. Ce dernier grief peut d'emblée être rejeté. L'évolution du taux hypothécaire de référence, qui est au demeurant un fait notoire, est retracée en page 6 de l'arrêt attaqué. Par ailleurs, les décisions cantonales relatent clairement le contexte dans lequel les deux demandes en réduction de loyer ont été déposées.
3.3. Les bases de calcul du loyer sont susceptibles d'évoluer en cours de bail, en particulier le taux hypothécaire ou l'IPC. Si le locataire décide de demander une réduction de loyer, elle ne pourra prendre effet qu'au prochain terme de résiliation (art. 270a al. 1 CO); il doit en outre respecter le délai de congé (ATF 122 III 20 consid. 4b p. 23). S'agissant d'une hausse de loyer, l'avis doit même parvenir au locataire dix jours au moins avant le début du délai de congé, afin que l'intéressé ait la possibilité de résilier le bail (art. 269d al. 1 CO).
Plusieurs moments sont envisageables pour effectuer le calcul du loyer, en particulier la date à laquelle la demande de modification est formulée, le dernier jour où elle peut être présentée, le jour de la réponse du cocontractant, ou encore la date d'entrée en vigueur de la modification (cf. ISABELLE BIÉRI, DB 1996 p. 28 n. 5). A noter que lorsqu'il s'agit de majorer le loyer, le bailleur doit d'emblée indiquer un motif qui le lie pour la suite de la procédure (art. 269d al. 1 et 2 CO; ATF 118 II 130 consid. 2a). L'on ne trouve pas d'exigence semblable pour la baisse de loyer.
3.4. Dans un arrêt publié en 1996, la cour de céans a précisé que pour juger une demande d'adaptation de loyer, il faut se placer au dernier moment où la déclaration de hausse ou la demande de baisse devait être exprimée, soit le dernier jour où elle devait être remise à la poste pour atteindre le cocontractant en temps utile (ATF 122 III 20 consid. 4b). S'agissant d'une demande en réduction de loyer, la date déterminante est donc le dernier jour où elle devait être postée pour parvenir au bailleur la veille du délai de congé. L'arrêt précise encore que sont uniquement pris en compte les facteurs de calcul connus de façon certaine à ce moment déterminant, et qui prendront effet au plus tard au terme de résiliation. La pratique s'en remettait initialement à la date d'entrée en vigueur de la modification requise, puis une évolution a semblé se dessiner en faveur de la date de communication effective de la demande d'adaptation; ce dernier critère doit toutefois être écarté dans la mesure où il s'agit d'un moment choisi arbitrairement par la partie requérante. Dans un contexte où les bases de calcul changent fréquemment, l'on ne saurait laisser libre cours à des abus (ATF 122 III 20 consid. 4b).
3.5. A sa parution, cet arrêt n'a pas suscité de critiques doctrinales majeures en tant qu'il précise le moment déterminant pour calculer le loyer. D'aucuns ont résumé le principe posé sans véritablement prendre parti ( LAURA JACQUEMOUD-ROSSARI, L'évolution récente de la jurisprudence en matière de loyers, in 11 e Séminaire sur le droit du bail, 2000, p. 23 s.; PETER MÜNCH, Mietzinsherabsetzung (...), RSJB 1996 p. 350 s.). Un auteur a contesté l'utilité de recourir à une date "objective" en soulignant les difficultés pratiques que peuvent poser les jours fériés et autres délais de garde; il aurait été préférable de retenir la date de communication effective de la réponse du bailleur, et en tous les cas - notamment à défaut de réponse -, le jour avant le début du délai de résiliation ( BIÉRI, op. cit., p. 28).
Depuis lors, la doctrine semble n'avoir retenu qu'une partie de cette jurisprudence. Pour DAVID LACHAT, le calcul de rendement net doit se faire le jour où le locataire sollicite une baisse de loyer; cette règle ne souffrirait qu'une exception, soit lorsqu'il est certain qu'un facteur de calcul évoluera entre le jour où la prétention est émise et celui où elle doit entrer en vigueur. La date d'émission de la prétention devrait aussi prévaloir lorsque le rendement non abusif est invoqué comme moyen de défense par la partie adverse; il s'agirait d'éviter qu'une prétention justifiée soit rendue inopérante par l'évolution postérieure d'un facteur de calcul ( LACHAT, Le bail à loyer, 2008, p. 446). Ce dernier point de vue est aussi défendu par ROGER WEBER, qui précise toutefois, en citant l'ATF 122 III 20, que des modifications peuvent être prises en compte jusqu'à l'entrée en vigueur de l'adaptation, dans la mesure où elles étaient déjà prédictibles le dernier jour où la requête devait parvenir au cocontractant ( WEBER, in Basler Kommentar, Obligationenrecht, vol. I, 5 e éd. 2011, n° 6a ad art. 269 CO). Pour leur part, PETER HIGIet FRANÇOIS BOHNET considèrent que quand le calcul de rendement est invoqué par la partie adverse comme moyen de défense, il faut se placer au moment où l'objection est formulée ( HIGI, Zürcher Kommentar, 4 e éd. 1998, n° 65 ad art. 269 CO; BOHNET, in Droit du bail à loyer, 2010, n° 10 ad art. 269 CO). Certains de ces auteurs reprochent à la cour de céans de s'écarter des principes posés en tenant parfois compte de l'évolution des facteurs de calcul en cours de procédure ( LACHAT, ibidem, WEBER, ibidem, et BOHNET, ibidem, qui se réfèrent aux ATF 123 III 317 consid. 4d p. 325 s. et 127 III 411 consid. 5a).
3.6. Il n'y a pas de raison de s'écarter du principe posé à l'ATF 122 III 20 consid. 4b résumé ci-dessus. Peu importe que la cour de céans n'ait jusque-là pas eu à appliquer cette jurisprudence dans un cas où les bases de calcul auraient évolué entre la communication effective de la prétention et le dernier jour utile où elle aurait pu être communiquée. Cette absence de précédent peut notamment s'expliquer par le fait que la cour de céans revoit uniquement les éléments du calcul de rendement visés par un grief. A cela s'ajoute que le principe posé à l'ATF 122 III 20 concerne principalement les baisses de loyer (cf. JACQUEMOUD-ROSSARI, op. cit., p. 24), et que le terme d'échéance et le délai de congé sont habituellement nettement plus brefs que dans le cas présent (échéance de cinq ans, délai de congé d'un an), avec pour conséquence une probabilité moindre que les facteurs de calcul évoluent entre l'annonce effective de l'adaptation et le dernier moment où celle-ci doit atteindre le cocontractant. Bien souvent, la distinction entre ces deux moments n'aura donc pas de portée pratique.
Par ailleurs, la jurisprudence "divergente" citée par la doctrine se rapporte à l'autre critère absolu que sont les loyers comparatifs (ATF 123 III 317 consid. 4d p. 325 in fine et 326; 127 III 411 consid. 5a); l'on ne saurait y voir une volonté de déroger à un principe qui venait d'être posé en matière de calcul de rendement.
Le loyer, qui repose sur des données variables, ne peut pas être constamment adapté; il est "bloqué" dans l'intervalle compris entre deux échéances contractuelles, sous réserve d'une clause d'indexation ou d'échelonnement (cf. art. 269b et 269c CO). Il est légitime que le loyer fixé selon la méthode du rendement net reflète la situation telle qu'elle était peu avant qu'il entre en vigueur, et plus exactement au dernier moment où la partie concernée devait prendre la décision de demander une adaptation de loyer. Il faut dès lors s'en tenir à la jurisprudence précitée.
3.7. En l'occurrence, le locataire a demandé le 29 novembre 2011 une réduction de loyer pour la prochaine échéance du 1er avril 2013. Le contrat de bail prévoyait un délai de congé d'une année; pour pouvoir prendre effet au prochain terme contractuel, la demande de réduction devait donc parvenir aux bailleurs au plus tard le 31 mars 2012. En admettant que la prudence impose de faire ce type d'envoi sous pli recommandé, que les plis recommandés sont distribués le jour ouvrable suivant leur dépôt à l'exception du samedi, et en admettant que le pli est réputé reçu au plus tard sept jours après la première tentative de distribution (cf. ATF 127 I 31 consid. 2b p. 35; art. 44 al. 2 LTF), la demande de baisse de loyer devait en l'occurrence être postée au plus tard le jeudi 22 mars 2012. Le taux hypothécaire déterminant était alors de 2,5 %, de sorte que le taux de rendement admissible est de 3 % (2,5 % + 0,5 %; cf. ATF 122 III 257 consid. 3a). Même si le recourant omet de le faire dans son calcul, il faut prendre en compte l'évolution de l'IPC jusqu'au 29 février 2012, date du dernier indice connu. Quant aux charges 2011, elles peuvent aussi être prises en compte, dans la mesure où la jurisprudence préconise de procéder en général à une moyenne sur les cinq dernières années (arrêt 4A_530/2012 du 17 décembre 2012 consid. 3.1, in MRA 2014 p. 27).
3.8. Les considérations qui précèdent privent d'objet le grief selon lequel les juges vaudois auraient dû déclarer valable la deuxième demande déposée le 3 février 2012 plutôt que celle du 29 novembre 2011. Au demeurant, le grief semblait voué à l'échec dans la mesure où le locataire avait précisé déposer une deuxième demande à titre conditionnel, dans l'hypothèse - non réalisée - où sa première demande serait jugée tardive.
Il convient encore d'examiner les autres griefs.
4.
4.1. Le locataire reproche à l'autorité précédente d'avoir déduit de l'état locatif admissible pour le lot PPE le loyer correspondant à 3 places de parc (3'672 fr.), alors qu'elle aurait dû déduire le loyer de 13 places de parc.
4.2. L'on rappelle que les bailleurs ont acquis pour deux millions de francs un lot PPE comprenant 1'187 m 2 de locaux, trois places de parc étant rattachées à la propriété du lot. Selon l'acte de vente, le vendeur a simultanément cédé et vendu un contrat de bail portant sur dix places de parc supplémentaires.
Le Tribunal des baux a considéré que les fonds propres pris en compte dans le calcul de rendement concernaient uniquement les trois places de parc acquises avec le lot. Après avoir fixé l'état locatif admissible pour tout le lot PPE à 145'213 fr., le tribunal a déduit le loyer relatif à trois places de parc (- 3'672 fr.), au motif qu'il n'était en aucune manière comparable avec le loyer des locaux commerciaux. L'autorité précédente a confirmé ce procédé et refusé de déduire le loyer de dix places de parc supplémentaires, au motif qu'il n'était pas possible de déterminer quelle part du prix de vente rémunérait la cession du bail portant sur ces dix places, mais qu'il s'agissait d'une valeur minime; au niveau du rendement, la question de ces dix places de parc représentait une opération blanche dont il n'y avait pas lieu de tenir compte.
4.3. L'on ne discerne pas d'abus dans cette appréciation, en particulier en tant qu'elle postule que la cession du bail portant sur dix places de parc représentait une valeur insignifiante au regard du lot PPE. Le grief est infondé.
5.
5.1. Le locataire soulève ensuite un grief concernant les travaux de 500'000 fr. effectués en 1988. L'autorité précédente aurait versé dans l'arbitraire en refusant de constater que d'après les pièces produites, seuls 26,82 % de ce montant concernaient les locaux au sous-sol. Elle aurait donc dû intégrer ces travaux dans le calcul de rendement à concurrence de 134'100 fr., soit 26,82 % de 500'000 fr.
5.2. L'on peut donner acte au recourant du fait que les bailleurs ont fourni des pièces permettant de répartir les travaux de 500'000 fr. entre les locaux du sous-sol et ceux du troisième étage à concurrence de 317'515 fr. Sur ce montant, 26,82 % concernaient des travaux effectués sur la chose louée par le recourant. Toutefois, cela ne suffit pas à faire admettre son grief.
Le calcul de rendement doit certes s'effectuer par rapport à l'objet loué par le locataire, et non au regard de l'ensemble de l'immeuble. Néanmoins, les frais d'acquisition et les comptes sont généralement établis pour l'ensemble de l'immeuble. Dans un tel cas, il faut ventiler les postes entre les différents locataires, selon une clé de répartition laissée à la libre appréciation du bailleur, respectivement du juge (ATF 116 II 184 consid. 3a p. 186 s.; cf. par ex. Lachat, op. cit., p. 426 s.).
Le Tribunal des baux a précisé que les documents concernant le prix d'acquisition initial, le coût des travaux et les charges immobilières concernaient l'entier du lot PPE. Il a donc décidé de déterminer le rendement admissible pour l'entier du lot, puis de le répartir entre les différents locaux du lot en fonction des surfaces. Il a réduit fictivement celle concernant le locataire pour tenir compte d'une différence de qualité. Dans ce contexte, il a pris en compte tous les travaux opérés sur le lot PPE. L'autorité précédente a confirmé cette manière de faire.
Le recourant ne conteste pas que, de manière générale, les données nécessaires au calcul de rendement étaient établies pour l'ensemble du lot PPE. De son propre aveu, une partie seulement des travaux de 1988 pouvait être individualisée. Dans ces circonstances, il n'y a pas à critiquer la méthode choisie en vertu d'un large pouvoir d'appréciation. Pour le surplus, le recourant ne conteste pas la clé de répartition adoptée.
Le grief doit donc être rejeté.
6.
6.1. Dans son calcul de rendement qui aboutit à un loyer de 1'717 fr. 70, le recourant a intégré comme coûts d'investissement seulement 60 % des dépenses consenties pour les travaux de 1988 et 2009, soit 300'000 fr. au lieu de 500'000 fr., respectivement 91'266 fr. 60 au lieu de 152'111 fr. Il se réfère au calcul effectué par l'autorité précédente à l'issue de son jugement.
6.2. Ce renvoi à l'arrêt attaqué appelle des précisions. Le Tribunal des baux a pour sa part jugé que les fonds propres investis dans les travaux pouvaient être intégrés à 100 % dans les coûts d'investissement, et pas seulement à concurrence de la plus-value apportée. En appel, le locataire a plaidé que seule la part de plus-value devait être incluse dans les coûts d'investissement et qu'il fallait appliquer par analogie la présomption de l'art. 14 al. 1 OBLF, selon laquelle 50 à 70 % des frais causés par d'importantes réparations représentent un investissement à plus-value. Quant à la part d'entretien des travaux, il fallait selon lui admettre qu'elle était totalement amortie, s'agissant de travaux réalisés en 1988.
La Cour d'appel - qui a effectué le calcul de rendement avec un taux hypothécaire de 2,75 % au lieu de 2,5 % (supra, consid. 3) - a renoncé à trancher le grief au motif qu'il était sans incidence sur l'issue de la cause; en effet, en retenant une plus-value de 60 % correspondant au milieu de la fourchette prévue par l'art. 14 al. 1 OBLF, et en présupposant un amortissement total des travaux d'entretien selon l'hypothèse la plus favorable au locataire, la Cour aboutissait à un loyer de 2'308 fr., alors que le loyer actuel est de 2'312 fr.; celui-ci ne procurait donc pas un rendement excessif aux bailleurs.
Il apparaît toutefois que si l'on procède au même calcul que la Cour d'appel, mais en se plaçant au 22 mars 2012, c'est-à-dire en tenant compte d'un taux hypothécaire de 2,5 % (soit 3 % pour le rendement admissible), de l'IPC de février 2012 et d'une moyenne des charges intégrant l'exercice 2011 (moyenne de 40'276 fr. 30 selon le recourant), l'on aboutit à un loyer mensuel inférieur d'environ 130 fr. au loyer actuel. Il s'impose dès lors de statuer sur le grief concernant la prise en compte des travaux dans le calcul de rendement.
6.3. En vertu de l'art. 269 CO, le loyer est abusif lorsqu'il permet au bailleur d'obtenir un rendement excessif de la chose louée. Est ici visé le rendement net des fonds propres investis (cf. ATF 122 III 257 consid. 3a). Ce rendement correspond au rapport entre les revenus nets que procure la chose louée au bailleur, après déduction de toutes les charges, et les fonds propres investis (ATF 125 III 421 consid. 2b; 123 III 171 consid. 6a p. 174). Le loyer doit d'une part offrir un rendement raisonnable par rapport aux fonds propres investis, d'autre part couvrir les charges immobilières (Lachat, op. cit., p. 425 et 441).
Le calcul du rendement net relève de la méthode absolue, où le loyer est contrôlé sur la base de la situation financière de l'immeuble à un moment donné, sans égard aux accords antérieurs (ATF 123 III 171 consid. 6a p. 173 i.f. et s.). Globalement, il implique de déterminer les coûts d'investissement financés par les fonds propres (principalement le prix d'acquisition de l'immeuble) et d'appliquer à ces investissements un taux de rendement admissible, qui se définit par le taux d'intérêt hypothécaire de référence augmenté de 0,5 pour cent (cf. ATF 122 III 257 consid. 3a). Il convient d'y ajouter les charges immobilières annuelles, soit les charges financières (en particulier les intérêts hypothécaires dus sur les emprunts), les charges courantes (impôt, prime d'assurance, etc.) et les charges d'entretien.
6.4. Une partie de la doctrine, suivie notamment par le Tribunal des baux vaudois, soutient que la totalité des fonds propres ayant financé de grands travaux peut être intégrée dans les coûts d'investissement, et pas seulement la part représentant une plus-value. Les principaux arguments sont les suivants: si l'on ne prend que partiellement en compte les dépenses consenties pour les travaux, le montant des fonds propres investis risque d'être négatif; il arrive en effet que l'on détermine ce poste en soustrayant les fonds étrangers à la valeur d'investissement. Par ailleurs, si un propriétaire effectue des travaux importants juste avant de vendre, ces frais seront répercutés en plein sur le prix de vente; le nouveau bailleur pourra intégrer les travaux dans les coûts d'investissement comme prix d'acquisition, sans que l'on distingue entre plus-value et entretien. De surcroît, ces travaux seront pris en compte une deuxième fois, au titre de l'amortissement figurant dans les charges. Enfin, la pratique admet d'intégrer les frais de démolition dans les coûts d'investissement lorsque ce travail est nécessaire pour réaliser la chose louée; or, il ne s'agit pas d'une plus-value (Philippe Conod, La prise en compte des travaux à plus-value et importants travaux de rénovation selon la méthode absolue [art. 269 CO], CdB 2010 p. 11 ss; Beat Gut, Angemessener Ertrag, mp 1996 p. 189 ss; apparemment dans le même sens Martine Jaques, Répercussion des travaux d'entretien extraordinaires sur le loyer [...], CdB 2014 p. 99 s.). Un auteur concède que cette solution a le mérite de la simplicité, mais a le désavantage de permettre au bailleur de renter les frais d'entretien différés payés par des fonds propres (Bohnet, op. cit., n° 71 ad art. 269 CO).
6.5. Il convient de confronter cet avis doctrinal aux développements de la jurisprudence.
Des arrêts publiés relèvent que le montant des fonds propres composant les coûts d'investissement (coûts de revient) peut varier avec le temps. Ainsi, ce poste, qui inclut le prix d'acquisition de l'immeuble, augmente lorsque le bailleur finance lui-même des travaux à plus-value (ATF 123 III 171 consid. 6a p. 174; 122 III 257 consid. 3a).
Dans un arrêt de 2001, la cour de céans a apporté des précisions quant aux frais d'entretien. Il s'agit des dépenses que le bailleur assume pour maintenir l'objet loué dans l'état correspondant à l'usage convenu. En principe, ces frais peuvent être inclus dans les charges dès que les travaux ont été effectués et payés par le bailleur. Pour compenser le caractère fortuit du moment auquel il faut effectuer des travaux d'entretien, l'on procède à une moyenne des charges encourues les cinq dernières années, cas échéant au moins les trois dernières années. Lorsque le bailleur encourt des frais d'entretien extraordinaires, ceux-ci sont répartis sur plusieurs exercices, en fonction de la durée de vie des installations ainsi financées. La quote-part correspondante est intégrée chaque année dans les charges d'entretien jusqu'à amortissement complet; l'on y ajoute un intérêt sur le capital non amorti. Opérer une confusion entre coûts d'investissement et frais d'entretien est incompatible avec le modèle du calcul de rendement net. L'entretien différé effectué dans le cadre d'une importante rénovation reste de l'entretien et doit être traité comme tel. A cet égard, il est à la fois nécessaire et suffisant d'estimer quelle est la part d'entretien, puis de procéder à l'amortissement, intérêt compris, des frais d'entretien extraordinaires (arrêt 4C.293/2000 du 24 janvier 2001 consid. 1b, in MRA 2001 p. 116 et rés. in DB 2002 p. 23).
Un arrêt de 2012 souligne qu'en présence d'une importante rénovation comportant une part de plus-value et une part d'entretien, il faut distinguer entre frais d'entretien extraordinaires et frais d'entretien courants. Seuls les premiers sont susceptibles d'être amortis et rentés sur plusieurs exercices. L'importance des montants en jeu n'implique pas qu'il s'agisse automatiquement d'entretien extraordinaire. Le bailleur négligent qui n'entretient pas les locaux et laisse la situation se dégrader avant de procéder à des travaux d'entretien différé peut subitement devoir engager des montants importants; il ne doit pas pour autant être favorisé par rapport au bailleur qui a entretenu régulièrement la chose louée. Les frais d'entretien extraordinaires peuvent être pris en compte aussi bien dans un calcul de rendement que dans une adaptation de loyer selon la méthode relative (arrêt 4A_530/2012 précité consid. 3.2).
Récemment, dans le cadre d'un calcul de rendement net, l'autorité de céans a statué sur un grief concernant le taux applicable au capital investi dans des travaux d'entretien extraordinaires. Elle a précisé que ce taux correspond au taux hypothécaire de référence augmenté de 0,5 pour cent. Ce taux s'applique au capital investi non encore amorti, lequel va en diminuant jusqu'à l'amortissement complet. Pour tenir compte de cet élément, l'on peut soit appliquer un taux plein sur la moitié du capital investi, soit appliquer un demi-taux sur la totalité du capital investi (ATF 140 III 433 consid. 3.5.2 p. 441 et consid. 3.5.3.2).
Enfin, la cour de céans a admis, s'agissant de la prise en compte des frais de rénovation dans un calcul de rendement, que le juge est en droit d'appliquer la règle simplificatrice de l'art. 14 al. 1 OBLF, lorsque le bailleur n'a pas tenté de distinguer concrètement entre les investissements à plus-value et les frais d'entretien (arrêt 4A_636/2012 du 2 avril 2013 consid. 2.5; cf. aussi arrêt 4A_397/2013 du 11 février 2014 consid. 5.4).
Plusieurs commentateurs de l'art. 269 CO, du reste cités par la jurisprudence résumée ci-dessus, approuvent le fait de répartir sur plusieurs années les dépenses d'entretien extraordinaires en fonction de la durée de vie des installations concernées et d'appliquer un taux d'intérêt sur la part non amortie (Weber, op. cit., n° 11a ad art. 269 CO; Bohnet, op. cit., n° 67 ad art. 269 CO; Lachat, op. cit., p. 444; Higi, op. cit., no 94 ss ad art. 269 CO; cf. aussi Commentaire SVIT, Le droit suisse du bail à loyer, 2011, nos 30-34 ad art. 269 CO, qui critique toutefois le fait de ne pas autoriser les provisions). D'aucuns soulignent qu'il s'agit d'apporter un correctif pour les frais d'entretien extraordinaires, qui sont très élevés et surviennent à des intervalles très espacés. Si l'on intègre ces frais dans les charges l'année où ils sont subis par le bailleur, cela fausse le calcul du loyer établi en fonction de ces charges. Par ailleurs, en procédant à de telles dépenses, le bailleur avance des moyens qui servent à prolonger la valeur d'usage de la chose louée. Il apparaît plus adéquat de répartir ces frais en fonction de la durée de vie des installations financées, ce qui permet d'en tenir compte même s'ils ont été engagés bien avant la période déterminante pour le calcul du loyer (Weber, ibidem; Higi, op. cit., n° 96 ad art. 269 CO).
6.6. Au vu de ce qui précède, il faut admettre que la distinction entre coûts d'investissement (coûts de revient) et charges est essentielle dans le modèle du rendement net. Cela implique de rechercher dans quelle proportion les fonds propres investis dans des travaux apportent une plus-value à la chose louée, respectivement servent à son entretien. En tant que coûts d'investissement, les fonds propres contribuant à l'acquisition de la chose louée ou à sa plus-value sont pris en compte indéfiniment dans le temps, sans égard à leur date d'investissement; ils sont au moins partiellement indexés sur le coût de la vie. Le rendement admissible de ces fonds est déterminé par le taux hypothécaire de référence augmenté de 0,5 %.
Quant aux frais d'entretien, ils sont intégrés dans les charges, et l'on procède en principe à une moyenne des charges sur les cinq ans précédant le calcul de rendement. Il s'ensuit que normalement, seuls les frais d'entretien payés les cinq dernières années précédant le calcul de rendement sont pris en compte. Toutefois, des fonds propres investis antérieurement pour l'entretien extraordinaire - remplacement d'installations telles que chaudière, ascenseur, toiture, prise d'eau (Higi, op. cit., n° 94 ad art. 269 CO) - peuvent être pris en compte, en ce sens qu'ils sont répartis sur plusieurs exercices en fonction de la durée de vie des installations concernées; ils bénéficient du même taux de rendement que celui appliqué aux coûts d'investissement, mais ce taux est divisé par deux pour tenir compte de l'"amortissement" du capital investi.
Il apparaît donc que dans le calcul de rendement net, la distinction entre fonds propres contribuant à une plus-value et fonds propres engagés pour l'entretien a des incidences pratiques non négligeables. Par ailleurs, la possibilité d'"amortir" les frais d'entretien ne vaut que pour l'entretien extraordinaire.
Dans ces circonstances, l'on ne saurait se rallier au point de vue doctrinal consistant par principe à traiter automatiquement comme coûts d'investissement les travaux importants financés par des fonds propres. La méthode utilisée par la jurisprudence pour les frais d'entretien extraordinaires s'inspire certes de celle instituée par l'art. 14 OBLF pour les augmentations de loyer fondées sur la méthode relative, mais elle ne trahit nullement les principes fondamentaux du calcul de rendement net, qui doit procurer au bailleur un rendement approprié des fonds propres investis dans l'achat et l'amélioration de la chose louée, et couvrir ses charges. Le renouvellement des installations, qui représente un investissement important à intervalles très éloignés, justifie un correctif. Cela étant, il faut concéder que des situations spéciales peuvent appeler un traitement particulier. L'on peut notamment songer au cas où le bailleur achète à prix avantageux un immeuble nécessitant des travaux, qu'il effectue dans la foulée de l'acquisition; selon les circonstances, l'on peut concevoir de traiter les fonds propres dépensés pour ces travaux comme coûts d'investissement, par égalité de traitement avec le bailleur qui achète un immeuble dont la rénovation récente a influé sur le prix de vente.
En l'occurrence, les décisions cantonales ne précisent pas quels travaux ont été accomplis en 1988 pour le montant de 500'000 fr. L'on sait tout au plus que les locaux loués par le locataire ont été aménagés pour une école de danse, avec vestiaires et douches, ce qui peut expliquer que les travaux soient qualifiés de travaux à plus-value. Dans la mesure du possible, il appartiendra à l'autorité cantonale de déterminer en quoi ces travaux ont consisté, et dans quelle proportion ils apportaient une plus-value, respectivement contribuaient à de l'entretien extraordinaire encore susceptible d'être pris en compte dans les charges 2007 à 2011. Il est possible, vu l'ancienneté des travaux, que la durée de vie des installations remplacées soit déjà échue.
Quant aux travaux de 2009 (152'111 fr.), ils ont consisté, selon les décisions cantonales, à remplacer des fenêtres et stores et à moderniser des détecteurs d'incendie (jgt de 1ère instance, p. 15 et arrêt attaqué, p. 1). Il devrait s'agir en bonne partie d'entretien extraordinaire, comme l'a du reste retenu le Tribunal des baux s'agissant d'un autre remplacement de fenêtres et stores effectué en 2010 (jgt de 1ère instance, p. 15). Pour ce poste également, la cour cantonale devra déterminer quelle part de plus-value revêtent ces travaux.
L'on rappellera que le juge bénéficie d'un large pouvoir d'appréciation pour distinguer entre plus-value et entretien et que pour ce faire, il peut notamment appliquer par analogie la présomption posée à l'art. 14 al. 1 OBLF ou recourir aux règles de l'équité.
7.
En définitive, la cause doit être renvoyée à la cour cantonale pour qu'elle procède à un nouveau calcul de rendement en date du 22 mars 2012 (cf. supra, consid. 3.7). S'agissant des montants investis dans les travaux de 1988 et 2009, elle devra rechercher dans quelle mesure ils apportaient une plus-value et pouvaient être intégrés dans les coûts d'investissement, respectivement représentaient de l'entretien extraordinaire susceptible d'être "amorti".
8.
Le recours est partiellement admis. L'arrêt attaqué est annulé et la cause renvoyée à l'autorité précédente pour qu'elle rende une nouvelle décision. Les frais judiciaires sont mis pour moitié à la charge du recourant, le solde étant supporté par les intimés, solidairement entre eux (art. 66 al. 1 et 5 LTF). Les dépens sont compensés (art. 68 al. 1 et 2 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est partiellement admis. L'arrêt attaqué est annulé et la cause renvoyée à l'autorité précédente pour qu'elle rende une nouvelle décision.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 4'000 fr., sont mis pour moitié à la charge du recourant, l'autre moitié étant supportée par les intimés, solidairement entre eux.
3.
Les dépens sont compensés.
4.
Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Cour d'appel civile du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
Lausanne, le 7 juillet 2015
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente : Kiss
La Greffière : Monti