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Conception des coffrets

 

Je ne me suis pas encore intéressé de suffisamment près à la ligne de transmission même si cela viendra probablement, je vais donc aborder les configurations clos et bass reflex. J’ai un faible pour la configuration en enceinte close, parce-que cette configuration présente des propriétés très intéressantes :

     – Une meilleure réponse transitoire dans les basses fréquences, ainsi qu’une coupure basse plus douce.
     – Les problèmes d’accord et de résonance d’évent n’existent pas.
     – Le couplage avec la pièce d’écoute est meilleur et les premières octaves sont transmises par toute la surface du HP et pas par un petit évent

 

Mais…
En l’absence d’évent, les déplacements de membrane sont environ doublés pour un même volume sonore. Donc pour une puissance équivalente, il faudra un HP plus grand et avec plus de débattement.
Pour obtenir une extension jusqu’à 30/35 Hz en clos, il faudra au minimum 1 HP de 30 cm ou 26 cm typé subwoofer, avec des masses de membranes très élevées, très souvent supérieures à 100 g.
Cela oblige à fixer la fréquence de coupure haute parfois aussi bas que 80 Hz, ce qui représente un challenge en filtrage passif.
La sensibilité de tels HP est également moindre, typiquement entre 86 et 88 dB/2,8V, ce qui peut être limitatif en termes de dynamique et d’association avec les HP de médium et d’aigu. La rigidité du coffret d’une enceinte close sera également un critère encore plus important que dans le cas du bass reflex, à soigner tout particulièrement.
Malgré l’idée que l’on peut s’en faire au premier abord, une réalisation de qualité en clos n’est donc pas si simple…
Alhéna est un exemple de ce que peut être une configuration en clos de haut niveau, mais qui demande un budget conséquent… Pour la majorité des réalisations, mon choix est le bass reflex, qui, bien conçu, permet de réaliser des enceintes de volume raisonnable avec des haut-parleurs de 18 ou 22 cm, suffisamment rapides. Un bass reflex bien réalisé n’atteint pas les performances du clos, mais peut néanmoins s’en approcher. Et, gros avantage, la tenue en puissance à haut parleur équivalent est bien supérieure.

 

Matériaux :
Les possibilités sont nombreuses, mais le bois reste le matériau le plus facile à utiliser et à travailler. Les modifications et la mise au point sont relativement simples. Bien construite, une enceinte en bois présente un bon rapport poids/rigidité/amortissement et peut présenter des performances de tout premier ordre. Le choix du bon matériau reste cependant important :
L’aggloméré est bon marché, parfait selon moi pour les prototypes de test, mais manque cruellement de rigidité. Le médium (mdf) a de réelles qualités, entre autres sa masse volumique élevée qui amène de l’inertie, il est également très facile à travailler et permet un bon niveau de finition. Bien que plus cher que l’aggloméré, son prix reste raisonnable.
Le contre-plaqué est plus cher, plus léger, mais surtout beaucoup plus rigide. D’un point de vue vibratoire, il stocke moins d’énergie et a tendance à coffret égal à favoriser des basses plus propres et plus tendues en résonnant plus haut en fréquence (donc pas forcément idéal dans le médium). Attention quand même, les qualités de bois proposées sont très variables… Mes premiers projets ont été réalisés 100% en médium. Désormais j’utilise les 2 matériaux, soit mixés dans la construction (médium pour le baffle, CP pour le reste), en panneau mixte 16mm médium +16mm CP, ou bien coffret en médium et renforts en CP.

Rigidité et amortissement :
La rigidité du coffret est un élément essentiel pour juguler les vibrations parasites des panneaux, qui produisent des sons venant se rajouter au son émis par les HP, et qui peuvent même générer des altérations visibles de la courbe de réponse et d’impédance. Les renforts internes, les plaques bitumineuses sont des solutions qui, bien utilisées luttent efficacement contre les vibrations parasites.
Au final, les fréquences de résonance résiduelles des panneaux doivent se situer si possible en dehors de la gamme reproduite par le HP.

Concernant l’amortissement, le challenge est de minimiser les modes de résonances internes, tout en conservant la dynamique et la vie de l’enceinte. Cela suppose un de positionner le bon type d’amortissant au bon en droit, et dans la bonne quantité. Pour compliquer le tout la quantité d’amortissant impacte l’accord pass reflex… L’amortissement est donc un des aspects très délicats de la conception d’une enceinte.

Souvent on voit des personnes s’extasier sur un coffret très lourd et totalement inerte : Il ne faut pas oublier que toutes les résonances qui ne peuvent pas se dissiper par le coffret le font très facilement à travers les membranes des haut-parleurs, très légères et perméables ! un coffret inerte quand on tape dessus, n’est pas selon moi obligatoirement un gage de performance.

Géométrie des coffrets :
<style= »text-align: justify; »= » »>Beaucoup de choses ont été écrites sur le sujet, avec notamment la publication des proportions idéales limitant les résonances internes. Ces proportions permettent d’éviter les modes de résonnance proches. Les respecter ne peut donc qu’être bénéfique.
Cependant, l’optimisation de la géométrie doit surtout se faire en fonction des longueurs d’ondes reproduites par le HP. Par exemple un HP de grave coupé à 100 Hz posera peu (pas) de contraintes de géométrie de coffret. La longueur d’onde de 100 Hz étant de 3,43 m, (soit 1,71 m pour la ½ longueur d’onde), on peut admettre que toute dimension inférieure à 85 cm (soit l’équivalent de la ½ longueur d’onde 1 octave après filtrage) sera « indolore » , si le filtrage est à 12 db/oct ou plus, ce qui est quasiment toujours le cas.
Cela se complique sérieusement en configuration 2 voies avec 1 HP fonctionnant de 50 Hz à 2 kHz. Dans ce cas, il y a plusieurs moyens pour limiter les résonances internes :</style= »text-align:>

     – Utiliser des rapports entre côtés optimaux
     – Faces non parallèles autant que possible
     – Eviter les dimensions récurrentes (d’un HP vers un panneau intérieur, de panneau à panneau)
     – Les géométries irrégulières limitent la formation d’ondes stationnaires (mais compliquent la réalisation)
     – Amortir copieusement la face à l’arrière du HP (cela traite déjà efficacement les fréquences les plus élevées)
     – S’il subsiste des faces parallèles, placer une bonne épaisseur d’amortissant sur l’une de ces faces.

Les fréquences les plus basses sont les plus difficiles à amortir, en particulier les résonances de mode vertical des enceintes colonne d’environ 1 m de haut, autour de 170 Hz, phénomène très audible et perturbateur, car il dégrade la restitution du haut grave.
Un point très important concernant la rigidification du coffret : le volume interne doit rester un volume « unique », vu du ou des haut-parleurs de grave, aussi il faut impérativement éviter les restrictions internes qui seraient inférieures à la surface totale des membranes et qui créeraient plusieurs volumes communicants vu par les HP (sauf à savoir très bien ce que l’on fait).

 

Largeur de baffle :
style= »text-align: justify; »>Il y a 2 phénomènes liés à la largeur de baffle : la réflexion et la diffraction. Dans l’immense majorité des réalisations commerciales, le baffle étroit prédomine. Il est clair que ce choix permet de réaliser des enceintes d’un volume déjà conséquent avec une empreinte visuelle acceptable. D’un point de vue technique, ce choix limite au minimum les phénomènes de réflexion sur la face avant, mais génère cependant un phénomène de diffraction et de « saut de baffle » à une fréquence liée à la largeur du baffle (F3 =115/L (m) : exemple 460 Hz pour une largeur de 25 cm).
A l’inverse, un baffle de grande largeur repousse ou élimine le phénomène de diffraction, mais génère des réflexions sur la face avant qui peuvent être néfastes à l’écoute et en particulier à la précision de l’image sonore ; cependant ce principe présente quelques avantages de taille :
      – Augmentation de l’efficacité d’environ 4 db dans la zone des basses fréquences, donc beaucoup moins de contraintes sur les HP de grave, et une dynamique perçue supérieure
     – Régularité de la courbe de réponse des HP, car absence de saut de baffle  (très favorable pour la réalisation du filtre)
    – Les altérations de la courbe de réponse liées à la pièce sont moindres, car l’impact du saut en distance (baffle-mur arrière) est repoussé à des fréquences bien plus basses (exemple : 191 hz / longueur d’onde 1,78 m, pour un baffle de 60cm de large). Si le baffle est suffisamment large et l’enceinte suffisamment proche du mur, ce phénomène devient négligeable
     – Enfin, les réflexions sur la face avant peuvent être limitées par un baffle à profil arrondi ou à facettes

Un baffle large à courbure contrôlée peut donc être une solution performante. J’ai pu comparer la même configuration 3 voies « haut de gamme » en version baffle étroit et en version baffle large, il y a un net gain en termes d’impact du grave et d’absence de distorsion à niveau d’écoute soutenu. De manière générale, l’écoute est plus immersive et réaliste.

Alignement des haut-parleurs :
Dans une réalisation multivoies, le son arrive à l’auditeur en provenance de plusieurs HP, localisées différemment en hauteur, mais aussi en profondeur (le point d’émission sonore d’un HP de grave de 18 cm est 2 à 3 cm plus loin de l’auditeur que le dôme d’un tweeter si ces 2 Hp sont montés sur le même baffle vertical. Cela va générer un retard entre l’arrivée du son en provenance du tweeter, puis le son du HP de grave, phénomène bien évidemment absolument non désiré… Certains concepteurs compensent ce phénomène en adaptant le filtre pour que les déphasages inhérents au filtre combinés au retard temporel ramènent les 2 HP en phase à la fréquence de coupure du filtre, et cela fonctionne… pour la fréquence de coupure ! Car dès que l’on s’en éloigne, une fois les déphasages des filtres stabilisés 1 ou 2 octaves plus loin, on retrouve notre décalage temporel.
Les avis sont partagés sur la question. Pour ma part, après plusieurs écoutes comparatives, j’ai pris le parti d’aligner les les points d’émissions des HP sur le plan vertical afin de garantir une simultanéité d’arrivée des sons.
Il y a plusieurs solutions pour y parvenir :

    – Travailler en filtrage numérique actif en ajustant le retard de chaque HP : nécessite un filtre actif et plusieurs amplificateurs, mais parfait techniquement
    – Introduire des lignes à retard dans le filtre passif (imparfait à mon sens car on n’a pas un retard constant sur toute la plage de fréquences).
    – Décaler physiquement les HP via un baffle incliné, ou encore mieux via un baffle en escalier.
    – Utiliser un HP coaxial.

L’apport de cet alignement temporel n’est valable à 100% que si les oreilles de l’auditeur sont sur le bon plan horizontal (généralement hauteur du tweeter), mais dans le cas lors d’une véritable écoute, le gain est vraiment flagrant.

Montage des Haut parleurs sur le baffle  :
Après avoir pris toutes les précautions abordées plus haut, il est important que les haut-parleurs soient encastrés et montés affleurant au baffle, afin de ne pas générer de nouveaux problèmes de diffraction. Compte tenu des fréquences reproduites, ceci est indispensable pour le médium et l’aigu, pas vraiment sur un haut parleur dédié au grave. Après, c’est une question d’esthétique.