Caisson de grave en detail [home cinéma et voiture]

[Stéph@nie-tuning-attitude 0]

Voila j'ai trouvé des infos plutôt interressantes sur les caissons de graves Pour les interéssés. Cela correspond plutot pour les caissons de home cinéma, mais cela reste interessant et au fond c'est pareil pour les caissons de voiture.




Facteur d'amortissement : c'est une grandeur absolue (sans unité) qui renseigne sur la capacité d'un amplificateur à contrôler la force contre-électromotrice qui lui est envoyée par le ou les hauts-parleurs qui lui sont associés.



Haut-parleur
Le haut-parleur d'un caisson de basse est conçu pour la reproduction des basses fréquences.
Généralement de grand diamètre, il accepte un niveau de puissance électrique élevé, permettant un fort déplacement de la membrane.

Suspensions
La plus courante est de type souple en demi-rouleau. Les suspensions rigides sont plutôt employées en sonorisation, car elles sont plus résistantes aux puissances très élevées.
D'autre part, il est impératif que la suspension périphérique ainsi que le spider permettent un fort débattement de la membrane.

Spider
C'est la deuxième suspension du haut-parleur. Elle permet de maintenir la bobine mobile centrée dans l'entrefer de l'aimant (c'est la membrane ondulée dans le schéma ci-contre).
Le système bobine mobile/aimant doit aussi être adapté aux forts débattements : dans ce cas, la bobine est plus longue, et l'aimant doit être assez profond pour que la bobine reste dans le champ magnétique. Certains haut-parleurs sont alors équipés d'une double ferrite (deux aimants superposés) pour un débattement extrême.

Aimant
L'aimant sera aussi plus puissant pour maîtriser un équipage mobile relativement lourd du fait du grand diamètre du haut-parleur. L'équipage mobile comprend toutes les parties mobiles du haut-parleur : la bobine et son support, la membrane (cône) et une partie des suspensions.
La puissance de l'aimant est importante. La plupart des aimants de haut-parleurs de grave sont en ferrite.
L'aimant doit donc être de taille suffisante pour être puissant et au moins d’un diamètre équivalent à la moitié du diamètre du haut-parleur. C’est un moyen simple de se rendre compte de la qualité du haut-parleur de basses d'un caisson.

Amplificateur (intégré ou externe)
Tous les amplificateurs peuvent alimenter un haut-parleur de grave. Certains sont cependant mieux adaptés. Les paramètres comme la puissance et le facteur d'amortissement peuvent être optimisés pour cette application. Un haut-parleur reçoit une tension électrique qu'il transforme en déplacement de membrane, puis en vibration de l'air: le son. Si l'on branche un voltmètre aux bornes du haut-parleur et que l'on déplace la membrane, on peut y lire une tension électrique. Cette tension s'appelle «force contre-électromotrice». Cette force joue un rôle important dans le choix de l'amplificateur. Les haut-parleurs de grave, de par leur architecture (aimant puissant, grand débattement) exercent une force contre-électromotrice importante qui nécessite un amplificateur adapté.

Le rôle d'un amplificateur n'est pas seulement de fournir un signal au haut-parleur, mais de contrôler ce dernier pour que les déplacements de la membrane soient cohérents avec le signal électrique appliqué à son entrée. Les basses fréquences nécessitent une grande puissance électrique (beaucoup plus que pour les registres médium et aigu) et donc une alimentation généreusement dimensionnée pour fournir cette forte demande en courant. On trouve de plus en plus d'amplificateurs en classe D (à modulation d'impulsion) dans les caissons de grave. Cette technologie est très économique tant qu'on ne cherche pas à lui faire reproduire de très hautes fréquences. Les bons amplificateurs en classe D sont coûteux si l'on veut obtenir un son de qualité avec une bonne bande passante, surtout aux très hautes fréquences. Pour le caisson de grave, cette technologie combine un excellent rendement, une puissance très élevée et un coût réduit. La limitation de la bande passante au registre grave permet de produire des amplificateurs numériques intégrés d'un excellent rapport qualité/prix. Pour les puissances moyennes, les amplis en classe AB, très classiques, restent simples, économiques et robustes.

Les amplificateurs intégrés aux caissons de basses doivent être construits très soigneusement. Les composants sont collés pour éviter les contraintes sur les soudures. Les gros condensateurs de l'alimentation sont maintenus par des colliers et soudés.
Cet amplificateur dispose d'une entrée en niveau ligne qui doit être raccordée à la sortie basses fréquences du pré-amplificateur. Une autre entrée atténuée permet de prélever le son sur la sortie des enceintes stéréo d'un amplificateur classique. Cela permet donc d'utiliser le caisson de basses fréquences avec un amplificateur ne disposant pas de sortie dédiée (comme la plupart des amplificateurs stéréophoniques).

Le filtre actif permet de limiter la bande passante en hautes fréquences. Elle est généralement réglable en continu afin de s'adapter au mieux aux caractéristiques des enceintes principales.

Il existe plusieurs technologies de conception pour le coffret d'une enceinte dédiée aux basses fréquences. Ces différentes technologies se différencient par le type de charge du haut-parleur. C'est ainsi que l'on appelle la gestion du volume d'air qui entoure le haut-parleur.


Le caisson clos (ordre 1)


Il est constitué d’un coffret fermé, hermétique. Seule l’onde sonore générée par la face avant du haut-parleur est restituée dans le local d'écoute. On l'appelle aussi "suspension acoustique".
Le caisson clos a l’avantage de permettre un fonctionnement régulier du haut-parleur et ainsi de le laisser descendre en fréquences basses sans générer de distorsions dues à la conception du coffret.
Cela implique qu'il est nécessaire d'employer un haut-parleur de bonne qualité et de grand diamètre pour reproduire efficacement les fréquences basses. Le coffret doit être d’un volume conséquent afin de permettre au haut-parleur de descendre en fréquence. Enfin, le coffret doit être extrêmement rigide afin d’éviter les déformations entraînées par les fortes pressions internes, sources de rayonnements parasites et donc de distorsions.


Transitoire : partie d'un signal sonore évoluant rapidement? Cela correspond à l'attaque et à la décroissance du signal.

Le caisson bass-reflex (ordre 2)



C’est la méthode employée par la plupart des constructeurs. Une formule mathématique permet aisément d'accorder l’évent au haut-parleur, au volume du coffret et à la fréquence basse souhaitée. Cet évent a l’avantage de transférer l’énergie émise par la face arrière du haut-parleur vers l'extérieur du coffret. Cela renforce l’énergie rayonnée par la face avant, tout en abaissant la fréquence basse qu'un même haut-parleur aurait reproduit dans un caisson clos. Le haut-parleur et le coffret peuvent donc être de taille réduite pour des performances identiques à celles d'un caisson clos.
Le calcul de l’évent doit être réalisé avec soin : une mauvaise adaptation au haut-parleur ou à l'enceinte peuvent provoquer des résonances désagréables.
L'évent peut être légèrement évasé aux extrémités pour réduire les bruits d’écoulement d’air. Un caisson accordé en bass-reflex a un meilleur rendement qu'un caisson de type clos. Le bass-reflex reste plus linéaire dans les basses fréquences, mais la pente de coupure est plus raide qu'avec une charge close. Ainsi, un caisson accordé en bass-reflex descendra moins bas en fréquence qu'un caisson accordé en clos, mais il sera linéaire plus longtemps.
La charge bass-reflex offre une bonne réponse sur les transitoires.
Le caisson bass-reflex peut donc être associé à des enceintes satellites car il est possible de lui faire reproduire des fréquences assez hautes.

[Stéph@nie-tuning-attitude 0]

Le caisson passe-bande 4 (ordre 4)



Conception de plus en plus employée pour les caissons au volume réduit. La partie arrière du haut-parleur est chargée en clos alors que la partie avant est de type bass-reflex. Cette conception se comporte comme un filtre acoustique passe-bande. Un haut-parleur de «petit» diamètre est utilisable et les charges avant et arrière sont réduites par rapport au modèle bass-reflex. Le filtrage naturel du caisson permet de ne pas employer de filtre électronique complexe. Cela évite les distorsions et élève légèrement le rendement (de l’ordre de celui d’un caisson bass-reflex). Il est impératif que le calcul de la taille de l’évent soit correct car il est le seul couplage (lien) entre le haut-parleur du caisson et la pièce d’écoute. De plus, si les volumes avant et arrière ne sont pas correctement calculés, le caisson ne sera efficace que sur une bande passante très étroite.



Le caisson passe-bande 6 (ordre 6)



Cette technologie possède des caractéristiques quasiment identiques au caisson passe bande d'ordre 4. Dans le caisson d'ordre 6, les deux charges sont conçues en bass-reflex, le rendement est donc supérieur. Ce type de caisson est extrêmement difficile à mettre au point et présente un intérêt faible, car il est employé dans des cas très particuliers nécessitant une bande passante étroite. Il est généralement utilisé en sonorisation compacte et en car-audio.



Le caisson de grave à haut-parleur passif



Il associe un haut-parleur actif (classique) et un haut-parleur passif (ou radiateur dans ce cas), c'est-à-dire un haut-parleur amputé de sa bobine et de son aimant. Celui-ci est mû uniquement par les déplacements du haut-parleur actif qui lui est associé. Cette association permet de descendre en fréquence, mais le traînage apporté par le passif est très difficile à maîtriser.
Traînage : temps que met le haut-parleur (actif ou passif) à reprendre sa position de repos lorsque plus aucun signal ne lui est transmis.
Ce type de caisson peut descendre à des fréquences très basses malgré un volume de caisse très compact. Le système passif, en abaissant la fréquence de résonance, rend les transitoires moins franches. Il faut donc réserver ce type de caisson à des enceintes ayant déjà une bonne réponse en grave, histoire de leur ajouter une octave basse supplémentaire. Il faut éviter que la fréquence émise ne soit trop élevée.



Le caisson à charge TQWT (Tapered Quarter Wave Tube)

Tube évasé accordé en quart d'onde. Ce type de charge est très peu utilisé pour la conception de caissons de basses fréquences, car il implique une taille imposante pour la reproduction des fréquences très basses. La longueur (L) calculée étant équivalente au quart de la longueur d’onde de la fréquence la plus basse à reproduire. Par exemple, si l’on veut reproduire une fréquence de 20 Hz, (L) doit mesurer 4,25 m !
On ne les trouve donc que sur quelques modèles ésotériques, jamais en home-cinéma.

Le caisson à charge à pavillon (avant et/ou arrière ou toboggan)

Charge généralement utilisée en sonorisation. Le rendement global est amélioré mais la fréquence de coupure basse est relativement élevée, car pour obtenir les fréquences sub-graves, la taille de la bouche (extrémité du pavillon) doit être très élevée. Par exemple, toujours pour 20 Hz, elle doit mesurer près de 12 m. Il y a peu de différences de principe entre un pavillon avant et un pavillon arrière. Il existe une multitude de charges associées aux pavillons : avec charge close, avec résonateur, avec chambre de compression… C’est pourquoi nous n'entrerons pas plus dans le détail.
Ces enceintes de grave à pavillon font les bonnes pages des magazines spécialisés. Leur taille gigantesque fait rêver bon nombre d'utilisateurs "raisonnables", telle la puissance des voitures de rêve...



Le caisson asservi
Tous les caissons vus précédemment peuvent être de type asservi. L’asservissement consiste à mesurer ce qu’émet le caisson à l’aide d’un microphone (ou d’un accéléromètre) et de le comparer au signal d’entrée, puis de soustraire électroniquement et surtout en temps réel tout signal parasite. Cette méthode est inégalable sur le papier, mais difficile et coûteuse à mettre en œuvre du fait du temps de réponse du système électronique qui doit être très court, et de la difficulté à maîtriser un gros haut-parleur. Cette technologie reste aujourd'hui onéreuse car chaque composant doit être très performant. On ne la trouve que sur les modèles haut de gamme.


Regler le caisson

Etant donné que nous n’avons pas tous la même salle d’écoute, il serait illusoire de donner une méthode de placement ou des réglages qui marchent à tous les coups. D'autre part, ce sont les réglages à l’écoute qui permettront de finaliser la procédure.

Cependant, en procédant pas à pas, il est relativement simple de trouver les réglages qui vous conviendront. Nous prendrons bien évidement l'exemple d’un caisson actif, donc constitué de son haut-parleur, du coffret, de son filtre et de son amplificateur. Pour les caissons passifs, donc simplement constitués du haut-parleur et du coffret, essayez de procéder aux mêmes types de réglages sur votre système d’amplification en fonction de ce qu’il propose.

Avant toutes choses, sauf si le caisson en est déjà équipé, découplez le caisson du sol à l’aide de pieds en caoutchouc ; la netteté des graves en sera améliorée

Ne pas négliger la qualité du câble de modulation qui alimente le caisson car les basses fréquences sont très sensibles aux parasites extérieurs.

Procédure générale :
1- Commençez par régler la fréquence de coupure haute
2- Réglez ensuite l’emplacement dans le local d’écoute
3- Puis le réglage de la phase
4- Et pour finir, le réglage de niveau

1-Fréquence de coupure haute
Deux solutions : si le caisson est relié à la sortie LFE (Low Frequency Effect), canal destiné aux basses fréquences de votre décodeur/ampli audio DTS, Dolby… il est important de régler la fréquence de coupure du caisson au plus haut niveau proposé par le filtre car c’est le décodeur qui se charge du filtrage. Il n’est donc pas nécessaire de re-filtrer de façon à de ne pas perdre d’informations.
Si votre décodeur/ampli ne possède pas de sorties basses fréquences, c’est la sortie ligne classique ou un prélèvement sur les enceintes stéréo qui sont utilisés. Il est alors impératif d’utiliser le filtre intégré au caisson.
Il faut se référer à la bande passante de vos enceintes principales et reporter la fréquence basse de vos enceintes sur le filtre du caisson, majorée d’une dizaine de hertz afin de créer une petite plage de recouvrement et ainsi harmoniser la transition entre les deux. Un ajustement à l'oreille sera nécessaire afin d'éviter une «bosse» dans cette zone.

2-Emplacement
Pour commencer, malgré notre incapacité à localiser les basses fréquences, il ne faut pas placer le caisson derrière la position d’écoute. Sur les transitoires, vous auriez une sensation de glissement des graves de l’avant vers l’arrière. De plus, l’image stéréophonique s’en trouverait affectée.
Le meilleur emplacement du caisson se situe le plus loin possible de la position d’écoute, face à l’auditeur. D'un point de vue pratique, le plus simple est de le placer entre les deux enceintes frontales, la face du haut-parleur actif tournée vers l’auditeur, en prenant soin de le décoller des parois d’au moins 10 cm, car celles-ci jouent le rôle de pavillon naturel et peuvent provoquer des résonances.
Si votre caisson ne dispose pas de réglage de phase, la seule solution est de procéder par étapes, en déplaçant légèrement le caisson dans une limite d'environ 20-30 cm. Cela permet d’avoir à la position d’écoute une basse ferme, claire, sans traînage et d'un niveau sonore maximum sans toucher au volume. Bien sûr, la basse ne doit pas glisser à gauche ou à droite sur les transitoires. Si c’est le cas, c’est que le réglage de phase n’est pas correct. Pour vous aider, utilisez un morceau de musique connu avec de la contrebasse ou de la guitare basse. Au réglage optimum, vous devriez pouvoir très clairement discerner deux notes très proches du même instrument.

3-Réglage de la phase
Les fréquences graves ayant une assez grande longueur d'onde, l'émission par le caisson et par les enceintes principales peut provoquer des interférences qui apparaissent dans la pièce comme des "trous" où la fréquence disparaît. C'est dû à l'annulation de la pression émise par une enceinte et par le caisson. Pour éviter que cela soit gênant — on ne peut pas complètement le supprimer — il faut déjà que le caisson soit placé près des enceintes principales. Depuis la zone d'écoute, le niveau de grave du caisson doit être bien perçu sur plusieurs fréquences (ou notes). Si ce n'est pas le cas, il faut essayer de déplacer le caisson d'une dizaine de centimètres.
Si cela ne suffit pas, jouer sur l'inverseur de phase. Ces réglages sont plus faciles à réaliser à deux. L'auditeur évaluera le résultat avant/après afin de valider le réglage.

4-Réglage du niveau
La tendance actuelle (surtout avec l’avènement des musiques électroniques) est à une écoute totalement déséquilibrée, avec beaucoup trop de basses. Que dire de plus si ce n'est qu’un caisson bien réglé est un caisson que l’on n’entend pas. Par exemple, sur un film, vous devez ressentir les effets de caisson sur les explosions et autres crashs, en aucun cas lorsque votre héros préféré parle !


N.B. Le calibrage par microphone
Disponible sur les modèles haut de gamme, il permet un réglage simple et optimal. En plaçant à l'endroit de l'auditeur un microphone relié au caisson, celui-ci émet toutes les fréquences de la bande passante qu'il est capable de reproduire. Le micro capte le niveau et, à l'aide d'un égaliseur automatique, lisse la courbe de réponse en fréquence afin de ne pas avoir de bosses ni de trous, donc un niveau sonore constant sur toutes les fréquences.

[bdaboah 0]

Merci Steph
C'est un article interessante
Le caisson passe-bande 4 & 6 sont pas super beau dans un coffre je trouve
J'ai appri pas mal de chose

[Stéph@nie-tuning-attitude 0]

Derien Oui c'est instructif Y'a pas que des betises sur ce forum :p Tu vas te lancer ds le son?

[bdaboah 0]

Ouep quand j'aurais la caisse et les sous