Conception des enceintes

 



Règle d’or des constructeurs d'enceintes


Pour concevoir une bonne enceinte à trois voies, il faut choisir le meilleur HP large bande disponible, et le compléter avec un tweeter et un boomer. Mais il est toujours plus facile de réussir une bonne enceinte à deux voies qu’une enceinte a trois voies.

 

Ce que j'ai appris

            des écoutes comparatives


Les enceintes à deux voies de petites tailles surprennent souvent par la clarté de leur reproduction sonore (particulièrement pour les voix humaines) et la précision de l'image stéréo, cela provient en grande partie de leurs faibles dimensions ce qui les rend déjà assez proches de la source sonore ponctuelle idéale, et aussi grâce à leur petit volume interne qui interdit les résonnances de l'air aux fréquences basses et moyennes, celles qui sont le plus difficile à absorber. (Explication à la page  Acoustique du local dans la rubrique "Les résonances")

Les enceintes de type d'Appolito qui simulent plus ou moins une source sonore sphérique ont très souvent une image stéréo encore plus réaliste et plus précise que des enceintes traditionnelles utilisant exactement les mêmes HP. L'enceinte de type d'Appolito est aussi intéressante parce que et ses deux HP de grave-médium permettent de doubler la puissance acoustique, ce qui est encore un atout supplémentaire.

La reproduction des graves par plusieurs enceintes produit de façon évidente moins d’interférences avec l’acoustique du local qu’une seule enceinte de grave. (explication à la page Sons graves)



Ce que je tire de mon expérience

 

Pour les enceintes principales avant

A l'époque où j'ai construit mes enceintes, les vendeurs d'équipement Hi-Fi proposaient encore de compléter votre installation stéréo avec une enceinte centrale et une paire de surround, cette solution revenait à proposer le passage de la monophonie à la stéréophonie en achetant une deuxième enceinte de fabrication différente. Cela ne peut en aucun cas donner un bon résultat !


J'ai choisi donc de construire pour l'avant 3 enceintes closes identiques à deux voies de type d'Appolito, d’abord pour approcher au mieux la source sphérique, pour leur grande précision de fonctionnement (courbe de réponse linéaire, bonne tenue en puissance et excellente précision aux transitoires), pour la simplicité de leur mise au point, et la très grande proximité du résultat final par rapport aux calculs théoriques.

 

Comme j'ai aussi l'intention d'utiliser plusieurs "petits" caissons de grave, il est inutile, et même indésirable de reproduire les sons graves avec les enceintes avant. Leur bande passante sera limitée naturellement vers 100 Hz par le volume de l'enceinte close et les caractéristiques du HP, ce qui augmente encore leur tenue en puissance.

 

J'ai aussi choisi de construire un filtre passif un peu particulier à faible pente qui ne produit pas de décalage de phase. Ce type de filtre est facile à reproduire et à calculer, mais nécessite de très bons composants.

 

Ce dernier point impose de choisir des HP avec des courbes de réponses linéaires même au-delà de leur plage de fonctionnement utile, cela limite un peu le choix, mais n'est certainement pas un handicap (bien au contraire)

 

Pour les enceintes de graves,

Pour les caissons de graves, l’enceinte de type bass-reflex s’impose à mon avis, j’ai finalement  fait un compromis entre deux méthodes de calcul, la méthode classique de Snyder-Theile et Keele qui favorise plutôt la tenue en puissance, et la méthode de Butterworth qui cherche d’avantage une courbe de réponse extrêmement étendue vers le bas,

 

En utilisant plusieurs caissons de grave avec chaque fois un seul HP de taille  relativement modeste, chaque enceinte de grave aura elle aussi  une taille modeste, ainsi la plus grande dimension intérieure sera nettement inférieure à la plus petite longueur d’onde reproduite par le HP ! Traduction : pas d’apparition de résonances de l'air contenu dans la boite ! On peut donc théoriquement se passer des matériaux absorbants qui ont la fâcheuse tendance à réduire la précision des sons graves.

 

Les caissons de graves serviront aussi de support aux enceintes G et D pour les amener à la hauteur d'écoute idéale.

Les caissons de graves sont actifs et intègrent donc les amplis pour les sons graves ce qui supprime les problèmes provenant du filtre passif de basse fréquence et éventuellement d'une trop grand longueur de câble pour les fréquences ou la plus grande puissance électrique est souvent nécessaire.

 
 

Le choix des HP

Paramètres techniques du HP

Pour choisir un HP et le type d’enceinte que vous souhaitez utiliser pour ce HP, et pouvoir vérifier si cette combinaison donnera les résultats sonores espérés, tout fournisseur sérieux devrait pouvoir vous donner un tableau avec les indications suivantes.


P Puissance électrique (W) Pour connaître le niveau acoustique de chaque voie, et le niveau max de l’enceinte
SLP Rendement acoustique (DB/1W/1m)
Z Impédance nominale (4 ou 8 Ohms)
Fs Fréquence de résonnance du HP
à l'air libre (Hz)
Trois caractéristiques de votre HP pour vraiment critiques pour calculer l’enceinte qui lui correspond,
Qts Coefficient de surtension de la
ésonnance du HP à l'air libre
Vas Volume d’air équivalent à la suspension
du HP (Litre  / Dm3)
De Diamètre de la bobine (mm) Indication sur la construction du moteur
Le Hauteur de la bobine (mm)
Re Résistance de la bobine (Ohms) Utile pour les calculs des corrections d’impédance pour les filtres
Le Self inductance de la bobine (mH)
Mms Masse mobile (gr) Une masse faible peut indiquer un temps de réaction rapide
D Dimension du châssis (cm)
Sd Surface utile (cm2) Pour déterminer la capacité des HP de graves a déplacé suffisamment d’air
Xmax Débattement max. (mm)
Fmin Fréquence minimale avec filtre
(pour les tweeters) (Hz)
Limites théorique de fonctionnement du HP (à comparer avec la courbe de réponse
Fmax Fréquence d’utilisation maximale (Hz)


Fs = fréquence de résonnance du HP à l'air libre :  

La résonance du HP dans son enceinte est toujours supérieure (ou au mieux égale pour certains types d’enceintes) à sa résonnance à l'air libre, cette valeur vous informe au moins partiellement sur l’emploi possible du HP. Le tableau suivant vous donne des valeurs indicatives, seul le calcul de l’enceinte pourra confirmer quelle fonction le HP est capable de réaliser.


Fs et type d’utilisation
< 40 Hz    Grave
40 Hz à 70 Hz
Grave médium
100 Hz à 500 Hz 
Médium
> 500 Hz Tweeter (aigu)


Qts = coefficient de surtension de la résonnance du HP à l'air libre,  

Le facteur Qts permet de déterminer grossièrement le type d’enceinte dans laquelle le HP aura le plus de chance de donner le maximum de ses performances. Le tableau suivant donne aussi des valeurs indicatives, mais rien ne vous empêche de calculer une enceinte différente pour un HP de votre choix.


Qts    Type d’enceinte
< 0,3 Pavillon
0,2 à 0,4  Bass réflex / Charge symétrique
0,3 à 0,6 Close
> 0,5
Baffle plan / Enceinte tuyau


Vas = Volume d’air équivalent à la suspension du HP

Ce chiffre vous donne une idée approximative de ce que pourrait être le volume de l’enceinte, mais les équations montrent bien que c’est le couple Qts et Vas qui déterminent le volume nécessaire.



P et SLP:  La puissance et le rendement

Pour un usage optimal en HI-FI comme en home cinéma et respecter les normes THX, il faut atteindre sans un niveau sonore de 105 DB au niveau des auditeurs avec chaque canal (avant G, Centre, D ou Arrière). Dans votre salon les enceintes sont à peu près à 2 ou 3 m de vos oreilles, et la plupart des amplis fournissent une bonne centaine de Watts, si vos enceintes ont un rendement de 90 DB/1W/1m, l'ampli permettra à pleine puissance d'atteindre 110 DB à 1 m, il restera encore 104 DB à la distance de 2 m. C'est tout juste suffisant ! (voir la page  Puissance et décibels)



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Le grave-médium


Pour les HP grave/médium il faut avoir une courbe de réponse étendue et aussi linéaire que possible, et une puissance admissible de 50 à 100 W pour un rendement proche de 90DB (Pour un usage en home-cinéma dans un salon de 20 à 50 m2.)

  

Pour la liaison avec les caissons de grave il faut trouver un HP dont la courbe de réponse atteint environ les 100 Hz en enceinte close


Pour une enceinte de type d’Appolito il faut 2 HP grave-medium ayant une impédance nominale de 8 Ohms montés en parallèle pour obtenir une enceinte avec une impédance nominale de 4 Ohms
 

Il existe de nombreux modèles de 13 à 17 Cm répondants à ces critères

 

Le tweeter


La configuration d’Appolito impose l’utilisation d’un très bon tweeter ayant une fréquence de résonance basse et bien amortie avec une grande tenue en puissance. Le tout doit avoir le plus petit diamètre possible.

                                                                                     

Si le tweeter a une impédance nominale de 4 Ohms il lui faut un rendement comparable aux HP Grave-medium (tolérance de + - 1 DB)  afin d'éviter de devoir utiliser une résistance en série pour ajuster le niveau sonore. Avec un tweeter de 8 Ohms son rendement doit avoir de 3 DB de plus pour obtenir le même niveau sonore avec la correction d'impédance nécessaire.
 

Il lui faut aussi une fixation particulièrement solide sur un coffret très lourd et rigide.

 

L’isolation mécanique du tweeter des autre HP (par un logement indépendant par exemple) procure toujours un gain audible de précision sonore.

(explication à la page Vibrations)

 

Certains tweeters à aimant au néodyme conçu pour les installations automobile haut de gamme peuvent très bien correspondre à nos besoins.

 

 

Le grave (ou Boomer)


Le HP de grave doit utiliser le même type de membrane et de châssis que le grave-médium pour garantir une bonne harmonie des timbres.


Pour tenir compte de mes choix précédents il me faut un modèle de HP de diamètre moyen mais avec une grande élongation pour déplacer suffisamment d’air aux très basses fréquences.


Je choisis de reproduire ses sons sur 4 HP de 20 Cm avec une  élongation de plus de 10 mm (surface équivalente à 1 HP de 40 Cm ou 2 de 30 Cm).

 

Comme une amplification indépendante des sons graves est déjà prévue, la question du rendement devient secondaire, mais il devra tout de même être suffisamment grand.

 

  Conclusion


Vous pouvez trouver dans le commerce d'autres combinaisons de HP plus adaptées à votre budget ou à votre goût que celles que je propose plus loin sur ce site, mais bien sûr il faudra alors adapter les volumes internes des enceintes en les recalculant grâce au fichier ExcelEnceinte que j'ai conçu pour cet usage. 


Il existe aussi de nombreux fabricants qui proposent des kits d'enceintes appropriés aux débutants comme pour les constructeurs plus expérimentés, rien ne vous empêche d'utiliser le kit et de l'améliorer ou de le compléter  grâce aux conseils de mon site.


 

 

         


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