HP et caisson de grave Part 6:
Un excellent article sur les caissons de basse, en 6 parties, paru dans le magazine sono, N°323 à 328, par Alain Pouillon-Guibert, Monsieur APG himself.
Les caissons de grave
Comment positionner un caisson de grave ?
Nous voilà sur le site, le caisson de grave d'un côté et le système de mesure de l'autre, ça doit tourner dans une heure. Avant de démarrer l'installation, prenons le temps de réfléchir à la meilleure façon d'agencer le tout en faisant abstraction des idées reçues.
Les fréquences graves n'étant pas localisables (1), le choix de l'emplacement pourra se faire uniquement sur des critères techniques. Tout d'abord installons-nous en plein air. loin de tout obstacle réfléchissant qui pourrait nous renvoyer la balle.
Hormis les caissons cardioïdes, on peut considérer qu'une enceinte de grave, si elle n'est pas trop imposante. est une source non directive, ce qu'on appelle scientifiquement une sphère pulsante. Posons cette sphère au sol. et elle devient, physiquement. une demi-sphère. Au lieu de rayonner dans tout l'espace, elle ne rayonne plus qu'en "demi-espace". Elle ne peut plus rayonner vers le bas. toute l'énergie est alors envoyée vers le haut, on vient de gagner 3 dB gratuits. En plein air il n'y a pas de piège particulier si ce n'est qu'il faut toujours s'arranger pour ne pas trop éloigner les caissons de la zone d'écoute afin de ne pas perdre de niveau. Mais mise à part une piste d'aérodrome et encore, un vrai plein air en champ libre est rare. Il y a toujours des murs ou des bâtiments pour apporter leur touche personnelle en apportant des réflexions qui sont souvent déplacées. Pour mieux comprendre le phénomène et son influence, il faut l'étudier par le biais des sources images. Une paroi rigide se comporte en acoustique comme un miroir en optique. Si cette paroi est recouverte d'un matériau absorbant, le miroir se teinte et la quantité d'énergie réfléchie diminue. On peut même bosseler le miroir acoustique en y appliquant des diffuseurs. Reste que plus les longueurs d'onde sont grandes et plus l'analogie avec la lumière est vraie, ce qui peut sembler paradoxal quand on sait que les longueurs d'onde lumineuses sont les plus petites de l'univers. C'est cependant le cas des parois rigides peu absorbantes dans le grave. Le premier exemple est te sol en béton sur lequel on a posé le caisson de grave. Une image sonore s'est formée qui est symétrique du caisson par rapport au sol. Explications :
Figure 1, le caisson est posé au sol. faisant apparaître une image, en pratique confondue avec lui si ses dimensions sont petites devant les longueurs d'onde mises en jeu, ce qui est le cas dans le grave. Sur la figure 2. un mur se trouve placé à 10 m de l'enceinte, apparaissent alors deux images miroir créant une source secondaire identique et rejetée 10 m en arrière du mur. c'est-à-dire à 20 m du caisson. Nous voici donc avec deux sources séparées de 20 m. ce qui n'est plus du tout négligeable, et qui dit multiplication des sources dit interférences et arrivée des soucis. Je vous ai préparé une simulation sous Ease afin de visualiser ce qui ne peut l'être dans la réalité mais dont les effets sont bien perceptibles. L'incidence du mur. ou du bâtiment, sur le niveau SPL se traduit par des franges d'interférences. encore un terme d'optique. entre la source et le mur et est pratiquement négligeable de l'autre côté du caisson. Les figures 3 & 4 sont des vues de dessus, le mur étant placé en haut de la vue alors que le caisson se trouve au centre de la zone de 20 m par 20 m. On peut par contre voir sur la figure 5 que. s'il existe un écart de niveau de 18 dB entre le son direct et le son réfléchi, l'écart temporel est. lui. de plus de près de 60 ms. ce qui rend cet écho perceptible et perturbant, non pas pour une note de clavier, mais pour un coup de grosse caisse qui va se trouver dédoublé. Que faire ? Rapprocher le caisson du mur pour diminuer le retard ? AlIons-y. (figures 6,7 & 8)
Les franges d'interférence ont disparu, le décalage temporel est devenu négligeable et l'écart de niveau est inférieur à 3 dB par le miracle du couplage avec le mur. On dit encore que la source rayonne dans un quart d'espace. Mais que se passe-t-il si par malchance des murs se trouvent sur les côtés ?
Avec un seul mur latéral, les franges réapparaissent quand on se rapproche du mur et vont créer des zones de manque dans le grave. Et si les niveaux ne changent pas trop sur le reste de la zone d'écoute, les décalages des temps d'arrivée vont former un grave brouillon et qui manquera d'impact.
QUE SE PASSE-T-IL SI LA SURFACE DE GAUCHE EST SYMÉTRISÉE À DROITE?
C'est le cas par exemple d'une place fermée sur trois côtés avec la scène placée parfaitement dans l'axe (figure 9). C'est la cata. Hormis les privilégiés qui se trouvent dans les cinq premiers mètres, c'est la grande loterie des interférences pour les autres avec creux et bosses assurés et flou artistique. Il faut casser cette belle symétrie en décalant la source de grave sur le côté (figure 10). Il existe toujours des zones fortement interférentes. mais mon intuition me dit que je suis sur la bonne voix. Allons au bout de l'idée et plaçons le caisson de grave dans le coin de la place (figure 11).
Bingo. les interférences sont moins violentes et le niveau moyen a augmenté. le positionnement en coin a encore divisé l'espace de rayonnement de la source par deux et fait gagner 3 dB. 50 % de la surface sont couverts à la valeur de niveau moyenne contre seulement 28 % pour la position centrale et avec 2 dB de moins.
QUE SE PASSE-T-IL SI LA PLACE SE FERME AVEC UN QUATRIÈME BÂTIMENT?
Comme on pouvait s'en douter, l'affaire ne va pas en s'améliorant. Les conclusions restent les mêmes. Soit essayer d'obtenir le maximum de surface homogène, soit privilégier la zone la plus grande possible. Le choix se fera donc soit en plaçant la source dans un coin, soit en la décalant par rapport à l'axe, voire en la plaçant dans l'axe, mais maintenant en toute connaissance du résultat escompté. Attention, je ne dis pas qu'il faut mettre le sub dans le coin si la scène se trouve dans l'axe de la place. Le remède serait alors pire que le mal. Mais peut-être serait-il astucieux de réfléchir au problème avant de décider de la disposition finale (figures 12 & 13).
X,Y,Z étant les dimensions de la salle. Dans mon exemple X = 15, Y= 10, Z = 4.
Le premier mode est obtenu pour I = 1, m = n = 0 et correspond à f = 11 Hz. 15 m étant la demi-longueur d'onde à 11 Hz. Il y aura donc un nœud de pression sur l'axe correspondant au milieu de la longueur et un ventre de pression près des murs à chaque extrémité. Contrairement à une idée bien enracinée, plus la pièce d'écoute est petite, meilleur est l'extrême-grave. Pour les mêmes raisons, plus les dimensions sont faibles et plus le "gain" de salle est élevé, la pièce d'écoute fonctionnant alors en pression. Un habitacle automobile en est le meilleur exemple.
UN DERNIER CONSEIL
Vous savez tous que le fait de rapprocher les caissons de basse en augmente le niveau, on appelle ce phénomène couplage. Il y a couplage lorsque les sources sont acoustiquement identiques, même niveau et même phase, et que leur écartement est faible devant la longueur d'onde mini générée. Le couplage de deux caissons de grave identiques procure un gain de niveau de 6 dB alors que l'addition des puissances électriques n'est que de 3 dB. Magique. Mais si vous couplez un bass-reflex monté en baffle plan avec un caisson à pavillon avant, il y a beaucoup de chances pour que l'addition se transforme en soustraction, les différences de chemin se traduisant par des différences de phase...
Et puis, un seul point de grave n'est pas toujours la meilleure solution, mais j'y reviendrai peut-être une autre fois.
Acoustiquement vôtre,
Alain Pouillon-Guibert Ingénieur-conseil diplômé ESME Consultant en acoustique et électroacoustique.
(1) Encore une histoire de longueur d'onde et de géométrie. Comment localise-t-on les sources sonores ? Principalement grâce à l'écart temporel de nos oreilles. Cet écart est nul lorsque le son arrive de face et augmente avec l'angle d'incidence puisque la différence de chemins augmente. Pour qu'un son soit localisable, il faut au moins une différence de phase de 45° soit un quart de longueur d'onde. A 100 Hz, la longueur d'onde étant de 340/100 = 3.4 m. un quart d'onde est égal à 85 cm. Il faut vraiment avoir une grosse tête pour localiser un caisson de grave, à condition que celui-ci ne génère pas de distorsions harmoniques importantes qui, elles, seront localisables. Il existe donc une grande latitude de placement des caissons de grave par rapport aux enceintes principales et, si l'installation est correcte, c'est toujours de ces dernières que semblera arriver le grave des caissons.
2) Les modes propres d'une salle parallélépipèdiques sont les fréquences pour lesquelles cette salle est soumise aux phénomènes d'ondes stationnaires, créant des creux et des bosses de niveau selon l'emplacement dans la salle, en termes savants, des nœuds et des ventres de pression.
La formule qui donne ces fréquences en fonction des dimensions de la salle est la suivante :