Les charges des enceintes et des subwoofers

Ecrit par Yves Mattei

Les haut-parleurs ne pouvant fonctionner correctement à l’air libre on a besoin de les intégrer dans une boite, cette boite appelée enceinte constitue une charge acoustique pour le haut-parleur. Il existe plusieurs types de charges. Les plus connus et employés sont :

• L’enceinte close
• Le bass-reflex
• La charge symétrique

On trouve aussi moins couramment :

• Le actif passif ( variante du Bass Reflex )
• Le double bass-reflex
• Le pavillon
• La ligne acoustique

En ce qui concerne le HC on trouve le plus souvent les 3 premiers types de charges qui sont les plus simples et économiques à construire. En Sono on trouve beaucoup le Pavillon, le Double Bass-Reflex, et une combinaison des 2. Le dernier type : la Ligne se trouve très peu dans le commerce mais plutot chez les amateurs DIY ( Do it yourself, fait maison) chez nos amis d’outre Atlantique.

L’enceinte close :

Elles étaient les plus répandues il y a quelques années

Le principe est d’empécher l’onde arrière du Haut Parleur d’interférer avec l’onde avant.

La pente de coupure de l’enceinte est de 12 dB/ Octave en dessous de la fréquence charnière.

On trouve ce type de ‘charge’ de haut parleur pour les HP médiums dans les enceintes 3 voies.

Avantages :

• Théoriquement la réponse transitoire est la meilleure, c’est dire que le grave devrait être plus "rapide" et de meilleure qualité qu'un BassReflex par exemple;
• La réponse infra grave bien qu'étant atténuée descend plus bas qu'un BassReflex
• La membrane du HP est ‘tenue’ par le volume d’air contenu dans l’enceinte.
• Le haut parleur n'est pas géné par les très basses fréquences ( < 10 Hz ) : ( "rumble" des platines disque vinyl, bruits de micro ou des électroniques à l'enregistrement, etc, etc….). Ces très basses fréquences inaudibles peuvent être source de distorsions et d'intermodulation.

Inconvénients :

• L’efficacité de telles enceintes est généralement faible comparée à celle du Bass Reflex surtout dans les très basses fréquences, car l’onde arrière est inutilisée et amortie par un absorbant placé dans l’enceinte.
• Le volume de la caisse doit être assez grand pour descendre très bas en fréquence.
• L'onde arrière du haut parleur doit être complètement absorbée sous peine de vibrations parasites des parois, génératrices de distorsions.

Le bass reflex et le système actif-passif

Bass reflex

Le coffret n’est plus comme précédemment parfaitement clos

Il a une ouverture sur l’extérieur appelée "Event" qui est constitué d’une sorte de tuyau plus ou moins long.

L’air contenu dans ce tuyau agit comme un résonateur à une certaine fréquence ( < 80 Hz ) et produit du son à cette fréquence là.

A cette fréquence le HP rayonne très peu et l’évent beaucoup de part et d’autre de cette fréquence l’émission de l’évent s’atténue et celle du HP augmente. Sauf qu'en dessous de la fréquence de résonance de l’évent l’émission du HP et de l’évent s’annulent purement et simplement.

Le système actif passif (radiateur passif)

Le système actif Passif est très proche du Bass Reflex sauf que l’évent est remplacé par un HP spécial sans bobine et qui n’est pas alimenté.

Le haut-parleur passif joue exactement le même rôle que l’évent et le fonctionnement est identique au BassReflex.

L’optimisation est un peu plus pointu cependant.

Le système Actif-Passif a eu son heure de gloire avec les Ditton Celestion 66 ( grandes colonnes à 3 voies 4 HP ).

La fréquence de résonance de l'évent est un paramètre fondamental du bass reflex qui conditionne son fonctionnement.

Avantages :

• Le BR représente le meilleur compromis Bande passante / volume de l'enceinte
• Ce type d’enceinte est plus efficace que l’enceinte close grâce à l’évent qui vient en renfort du HP au dessus de la résonance de l’évent.

Inconvénients :

• La réponse dans le grave chute rapidement ( 18 à 24 dB / Octave ) en dessous de la résonance de l'évent (ou du passif ).
• Le haut parleur peut être endommagé mécaniquement s'il est attaqué en dessous de la fréquence de résonance de l'évent.
• Il faut un évent de grande surface, donc un volume de caisse important pour ne pas avoir de bruits d'écoulement d'air à fort niveau.
• La réponse transitoire est théoriquement moins bonne que celle du bass reflex : attaques moins franches.

La charge symétrique

C’est un type de charge uniquement utilisé pour la partie grave :

Subwoofer ou boomer dans une enceinte multi voies. Le HP est chargé d’un coté par une enceinte close et de l’autre coté par un Bass Reflex. On ne voit de l’extérieur que le (les) évents du bass-reflex.

Cette enceinte à une courbe de réponse en fréquence en cloche avec de pentes de 12 à 24 dB / Octave de chaque coté.

Cette enceinte à une courbe de réponse en fréquence en cloche avec de pentes de 12 à 24 dB / Octave de chaque coté.

Avantages :

• Le HP est bien tenu dans les sous grave et la partie haute du spectre est filtrée mécaniquement en Passe Bas . On peux faire ainsi l’économie d’un filtre passe bas électrique. Les distortions de membranes sont aussi en partie filtré.
• L'excursion du Haut parleur (qu'on ne voit pas d'ailleurs) est mieux contrôlée que dans un BR.
• Le rendement est meilleur que dans une enceinte close et comparable au Bass Reflex.

Inconvénients :

• La surface qui met en mouvement l'air est limité à la surface des évents : il y a grand risque de bruit d'écoulement d'air à fort niveau
• La surface totale rayonnante est plus faible que pour une enceinte close et bien plus encore que pour un BR.
• La charge symétrique à subjectivement moins de "pèche" que le bass-reflex.

Le double Bass Reflex

Le haut parleur est chargé à l'avant par un BassReflex et à l'arrière par un BassReflex. On a donc 2 accord d'évent à réaliser, par ex. 40 Hz et 90 Hz

Certains constructeurs ( Bose ) utilisent ce principe avec de petits HP dans une caisse pas trop grande.

La caisse est en 2 parties et le HP fixé sur la séparation. Les 2 parties communiquent avec l’extérieur par des évents.

Avantages :

• Il est surtout utilisé en Sonorisation car il permet d’avoir un meilleur rapport niveau Maxi / taille HP.
• La membrane du HP est tenue mécaniquement par l'air des 2 cavités entre les 2 fréquences de résonances.

Inconvénients :

• Les accords sont pointus à réaliser et dépendent beaucoup des paramètres du Haut Parleur.

Le Pavillon

Le cone du haut-parleur est prolongé par une surface qui va en augmentant suivant une loi d'expansion déterminée, exponentielle, linéaire, logarithmique, ou autre.

La partie qui communique avec l'air est l'embouchure, embouchure qui est de surface bien plus grande que celle du HP: le transfert d'énergie est plus grand.

On obtient ainsi les plus grande efficacité possible.

On peut charger indifféremment l'avant ou l'arrière du HP.

Avantages :

• Efficacité importante
• Dynamique subjective ressentie importante ( du au rendement élevé)

Inconvénients:

• Encombrement très important
• Difficultés pour bien maitriser les colorations sonores et les vibrations
• Des parois du pavillon.

La ligne acoustique

Le haut parleur est chargé par un tuyau sur sa face arrière ou avant. Généralement le tuyau est ouvert à son extrémité

L'air contenu dans ce tuyau est mis en mouvement par le HP et entre en résonance avec le HP à certaines fréquences.

On calcule la longueur du tuyau pour que celle ci soit égale au quart de la longueur d'onde de la fréquence ou a lieu la première résonance, par exemple 40 Hz.

L'embouchure de la ligne rayonne de l'énergie qui vient s'ajouter à celle du HP sur une large plage de fréquence au dessus de la première résonance .

On cherche ensuite à atténuer les résonances supérieures ( au dessus de 100 Hz) avec de l'absorbant acoustique qui remplit complètement le tuyau , car ces résonances là sont néfastes et colorent le son.

En utilisation subwoofer ces résonances deviennent moins génantes si le HP est filtré assez bas ( < 100 Hz )

Un site sur le sujet et avec des réalisations DIY: http://139.142.118.15/sites/diy/index.html

Avantages :

• Absence de coloration du son car l'onde arrière n'a pas a être absorbée et les parois de l'enceinte sont moins sujettes aux vibrations.
• La réponse transitoire est de même qualité qu'avec une enceinte close et meilleure que celle d'un bass-réflex.

Inconvénients :

• Peu ou pas de réalisations commerciales.
• La mise au point est délicate et peut facilement donner de mauvais résultats.

Ils existe d’autres types de charge qui sont des variantes ou des combinaisons de celles qui sont décrites plus haut . On peut trouver des informations complémentaire sur le Net et dans la littérature , notamment aux éditions Eyrolles : Les Hauts Parleurs, Techniques des Hauts Parleurs et Enceintes Acoustiques, l’optimisation des Hauts Parleurs et Enceintes Acoustiques.