NOTIONS DE BASE

 



Intro

                                                

Les enceintes représentent le maillon le plus important d'un système de sonorisation , c'est l'élément qui va convertir le signal électrique fourni par l'ampli en ondes acoustiques qui vont grace à l'air parvenir à nos oreilles.

Hz signifie Hertz et kHz le kilo hertz soit 1000Hertz , c'est l'unité utilisée pour mesurer la fréquence .

L'oreille humaine peut entendre (ou percevoir) des sons situés entre 20Hertz (Hz) et 20KHz(20000Hertz) ; avec l'âge on perd de la bande passante dans les aigues (certaines personnes ne peuvent entendre au delà de 12-14KHz) ; 20Hz correspond à de l'infra basse , 40Hz : grave très rond très chaud profond , 80-120Hz : grave moins profond mais percutant , 150-250Hz : bas médium , 300Hz - 3000Hz medium (bande passante du téléphone) , 3000-8000Hz : haut medium , 8000Hz - 20KHz aigue et extreme aigue.


On distingue 3 catégories fondamentales de fréquence : les graves (jusqu'à ~150Hz ) , les médiums (~150Hz à ~6000Hz) et les aigues (au dessus de 6000Hz).
Une enceinte de bonne qualité doit être capable de pouvoir reproduire du grave à l'aigue avec un bon rendement et pour ce devra avoir au minimum 2 voies c'est à dire 2 haut parleurs l'un étant spécialisé dans le grave et bas médium et l'autre dans le haut médium et l'aigue... il est en effet impossible de reproduire du grave à l'aigue avec une seule voie.


(Il ne faut pas confondre enceinte et haut-parleur : l'enceinte est la caisse dans laquelle se trouve les haut-parleurs .)
 


Les haut-parleurs de grave

Les Haut parleurs pour la reproduction des Graves :
Les Boomers


Un boomer est composé d'une partie fixe (saladier , aimant) et d'une partie mobile (membrane , bobine) et d'un système de suspension entre les deux (suspensions , spider).
La reproduction des graves demande un déplacement d'air important c'est la raison pour laquelle la membrane doit être mobile et de taille importante.
Les diamètres courants sont 25cm (10 pouces) , 30cm (12 pouces) , 38cm (15 pouces) , 46cm (18 pouces) , voir 54cm (21 pouces)..

Eléments d'un boomer

La partie fixe:

Le saladier est la structure du HP , il supporte l'aimant et la partie mobile et c'est lui qui est vissé à la caisse , sur les modèles d'entrée de gamme il est en métal embouti , sur les modèles plus sérieux il est en aluminium de bonne épaisseur ce qui assure une bien meilleur rigidité.

On voit bien l'épaisseur de l'alu d'un saladier de Beyma 12k200:

Sur les modèles de forte puissance il peut y avoir un système à aillettes à la base pour améliorer le refroidissement de la bobine.(technique utilisée sur certain hp RCF ainsi par exemple que sur le 15G450/N de Beyma) :


L'aimant est de type permanent , la bobine qui est au centre de celui ci subit son champ magnétique et ne doit pas être en contact mécanique , il ne doit pas y avoir de frottements.Au centre de l'aimant , sur les modèles sono , il doit y avoir un trou dont le but est d'extraire la chaleur produite par la bobine ; il est grillagé pour que rien ne puisse y pénétrer:



La partie mobile :


La membrane , le cache bobine , la bobine , la suspension et le spider forment l'ensemble mobile du HP :
Sur cette photo la partie blanche est juste un support car sinon c'est le coeur de l'aimant qui est dans la bobine et autour.

Voici à quoi ressemble ce HP avant la pose du cache bobine :

Sur certains modèles de grande puissance on trouve un double spider , c'est à dire 2 spiders , renforçant encore davantage l'efficassité de la suspension et le maintien de la partie mobile.

En sono on utilise toujours des enceintes en bass-reflex c'est à dire des caisses dont le volume intérieur communique avec l'extérieur grâce à des couloirs (évents) aux dimensions savaments calculés.Le ou les évents doivent être calculés pour avoir une résonnance adéquat , c'est primordial pour avoir un bon rendement.Enfin pour avoir plus de détails voir ma partie conception ou j'explique comment faire les calculs.



 

Les compressions médium - aigue


Les Haut parleurs pour la reproduction des Haut-Médiums - Aigues : Les Compressions

Un système à compression est composé de 2 éléments : le moteur et le pavillon. .Le moteur (en anglais " driver ") c'est en fait l'aimant et la partie mobile , mais à la différence d'un boomer la partie mobile d'une compression se trouve dans l'aimant et non pas à l'extérieur et le son sort via un trou grillagé.... Le son est ensuite dirigé grace au pavillon (en anglais " horn " ) , sorte de cône en métal ou en matières plastiques qui se fixe sur le moteur en se vissant ou grâce à quelques vis....
Attention ! : ici le terme moteur d'indique pas qu'il y ai la moindre rotation , en effet rien ne tourne ! , c'est un terme technique en sono qui n'a pas de rapport avec les moteurs électriques tels ceux qui font tourner les ventillateurs à l'arrière de votre PC !!!

A l'intérieur du moteur on retrouve une bobine qui fait vibrer une membrane très légère , la puissance admissible sera beaucoup plus faible que celle d'un boomer mais le rendement étant largement supérieur la pression acoustique en sortie peut être très importante et c'est la raison pour laquelle tous les systèmes de sonorisation de haute puissance en sont équipés.

En vert le
pavillon et en rouge le moteur d'une compression ETP TI88 : (modèle économique)



Voici le moteur de la superbe compression Beyma CP380/M : (vue de l'arrière , le pavillon se fixe de l'autre coté grâce à 3 vis.)

Beyma CP380/M


Et voici le pavillon Beyma TD250 qui va très bien avec :

Sur ce modèle haut de gamme le moteur est séparé du pavillon et on peut choisir plusieurs pavillon pour ce type de moteur.

Cependant pour des enceintes de puissance plus modeste il exsite des petites compressions d'un bloc c'est à dire le moteur + pavillon vendus ensemble . Même si en général sur ces petites compressions le pavillon est démontable il n'existe qu'un seul type de pavillon pour un seul type de moteur . Voici quelques exemples :

Beyma CP22 Beyma CP25


Suivant les pavillons l'angle de dispersion sonore n'est pas le même , les constructeurs donnent d'ailleur les diagrammes de rendement suivant la position devant le pavillon et suivant la fréquence car en effet la dispersion n'est pas la même pour chaque fréquence....

Voici un exemple avec le pavillon TD250 de Beyma :

Plus la fréquence augmente plus l'angle se réduit

A l'image des boomer dont la taille est caractérisée par leur diamètre nominal ; 12pouces (31cm) ; 15pouces (38cm) ... ; la taille des compressions est caractérisée par le diamètre de leur "gorge" c'est à dire le diamètre de leur sortie . Les 2 valeurs courantes pour les grosses compressions sont 1 et 2 pouces , pour les plus petites cela peut être 0.75 pouce (=3/4 pouce) , 0.78 pouce (=2cm) , 0.5 pouce ....).

En règle générale les compressions inférieur à 1 pouce sont réservés aux aigues et extrêmes aigues , c'est à dire de 5-6KHz à 20Khz , on coupe sérieusement grâce à un filtre les fréquences inférieur à 5-6Khz pour éviter leur destruction .

Les compressions 1 pouce representent le bon compromis , elles montent moins haut en fréquence (perte de rendement après 15-16KHz) mais peuvent attaquer à partir du haut médium (~1200-1500Hz) .Sachant qu'un Boomer ne pourra pas reproduire correctement au dessus de 1.5-2.5KHz si l'on veut faire une enceinte à 2 voies la compression 1 pouce s'impose . Les petites compressions (<1pouce) sont donc faite pour les enceintes ayant déjà une voie de grave et une voie de médium.

Puis il y a les compressions 2 pouces , elles peuvent en générale être utilisées à partir 800Hz-1KHz et monter jusqu'à 15KHz .Cependant la reproduction des médiums à partir de 800Hz - 1000Hz peut donner un son assez agréssif , leur utilisation est réservée à un usage de sonorisation de très haute puissance pour de grands espaces .

Pour de gros besoins en décibels il est même possible de coupler 2 moteurs sur un seul pavillon et/ou de rapprocher plusieurs pavillons cote à cote...

Adaptateur pour mettre 2 compressions 1 pouce vers un pavillon 2 pouces


Pour les moteurs 1 pouces le poids du moteur est en général supporté par le pavillon avec éventuellement une petite équerre de renfort , pour les moteurs 2 pouces souvent très lourd (desfois >10kgs) il faut une structure de maintient supplémentaire à l'intérieur de l'enceinte.
 

 


Les haut-parleurs Médium


 


Nous avons vu qu'il suffit d'un boomer et d'une compression 1 pouce pour faire une enceinte complète .....

Enceinte sono de base : Boomer & compression 1 pouce

...., cependant pour peu que l'on dispose d'assez de place sur la facade avant on peut alors faire une enceinte 3 voies pour une qualité optimale. Dans ce cas on pourra choisir une petite compression qui monte haut en fréquence (plus haut en générale qu'une compression 1 pouce) , un boomer qui descend bas en fréquence , et faire reproduire le médium ( ~500-600Hz à 5000-6000Hz) avec un troisième haut parleur spécialisé dans cette bande de fréquence. Ce type de haut-parleur fonctionne sur le même principe que les boomers dont nous avons expliquer le principe plus haut. Cependant la reproduction du médium demande beaucoup moins de déplacement de volume d'air que pour le grave ; ainsi le débattement de la membrane est beaucoup moins important et la dimensions de la membrane plus petite que celle d'un boomer. De plus la membrane d'un médium devra être beaucoup plus rapide et donc plus légère et les suspensions seront plus dures.

Voici un exemple de médium chez Beyma : le 8M100

Médium Beyma 8M100

Un médium doit être dans un volume clos très faible et non amorti , ce volume doit de plus être entièrement étanche par rapport au volume interne dans lequel se trouve le boomer ( et aussi étanche par rapport à l'extérieur) . En général on met derrière le haur parleur un "bol" en plastique prévu à cet effet...

Voici un exemple d'enceinte avec une petite compression , un médium et un boomer ...

Enceinte 3 voies RCF

Cependant il est aussi possible pour éviter de mettre ce type de médium de mettre 2 compresions , une de 1 pouce pour faire de 1500Hz à 10KHz et puis une plus petite (<1pouce) pour les 10kHz à 20kHz . (comme j'ai fait sur mes enceintes présentées dans ma partie "perso")
Le bas du spectre (40Hz-1500Hz) étant laissé au boomer.

Les haut-parleurs coaxiaux
 

Les haut parleurs coaxiaux sont des boomers avec une compression d'aigue au centre de l'aimant qui contient donc 2 bobines , celle du boomer et celle de la compression le tout dans le même aimant..
Le premier avantage est le gain de place , le deuxième est d'avoir un système parfaitement en phase .
Il y a évidement 2 groupes de 2 bornes pour la connection .
Certains modèles possèdent même un pavillon en leur centre ce qui les rend très reconnaissables ....

Beyma 15XT  ( retiré du catalogue pour une raison inconnue )

...mais certains n'ont pas ce signe extérieur et peuvent alors être confondu avec des boomers classiques tel le 15DX de Beyma :

Beyma 15DX  Coaxial

Les tweeter Piezos :

 

Certaines enceintes sono sont équipées de tweeters piezos , il s'agit de tweeters très économiques. A une époque c'était Motorola qui distribuait ce type de tweeter mais maintenant c'est le marché asiatique qui approvisionne et de ce fait ce type de tweeter vaut moins de 20 francs pièce....Bref comme on peut s'en douter il s'agit de modèles très économiques et peu performants . Il peuvent se brancher sans filtre et supporte d'être branchés sur des enceintes données pour 150w car ils supportent une tension jusqu'a 35v crête avant d'être détruit. Du fait de leur impédance élevée il peuvent être mis en parrallele sans risques de surcharge pour l'ampli.Cependant les enceintes équipées de ce type de tweeter sont de toutes façon des modèles bas de gamme.
Il est évident qu'une petite compression aura une qualité sonore largement supérieure.

Les piezzos : Tweeters bas de gamme

De plus il n'existe pas de médiums piezzos , c'est un abus de language car un piezzos est incapable de reproduire correctement en dessous de 8-10kHz mais certain piezzos (rectangulaires) descendent un peu plus en fréquence mais cela reste du tweeter (aigue)...
Bref ca me fait rire quand certains clament qu'ils ont une enceinte 3 voies avec 2 piezzos pour les médiums-aigues...enfin dans ma rubrique arnaques je vais davantage détailler ...


Les caissons de graves



Sur les systèmes évolués de fortes puissances ou la présence du grave doit être intense on renforce les graves avec des caissons dédiés. Il existe de nombreuses conceptions possibles , la plus simple est d'avoir une caisse avec 1 ou 2 évents et un 1 ou 2 boomers en facade . Cela reprend les caractéristiques d'une enceinte classique sans les médiums-aigues.

C'est par exemple mon choix avec ma réalisation à base de 2 boomers Beyma 12k200:

Mon caisson de basse avec 2 Beyma 12k200

On peut utiliser des évents laminaires ou des évents plus évolués avec le boomer en facade :


Sur certain caisson de basse c'est l'arrière du haut parleur qui est vers l'extérieur :


Caisson de basse RCF

Certains caissons de basses comportent le haut parleur dans la caisse :





Sur beaucoup de caissons de basses sophistiqués on utilise 2 boomers au lieu d'un ...Voici un exemple chez Celestion :


LSPCAD version 3 propose d'ailleur de nombreux schémas de caissons de basses évolués :


Les boomers sur Pavillons


Pour augmenter le rendement et la directivité des graves et des bas-médiums il est possible de mettre des boomers derrière un pavillon à l'image d'un moteur de compression. Ce système ne permet pas d'avoir des graves très profonds , la bande passante dans le grave est limitée . On peut améliorer en mettant un event laminaire .....


... mais en général ce type d'enceinte est complété d'un caisson de basse....

Sur l'exemple si dessus nous avons un empilement composé d'un caisson de basse , de deux bas-médiums/médium sur pavillons et d'une compression d'aigue..On appelle ce genre d'empilement des " chateaux " , ils permettent d'atteindre des niveaux sonores très importants.


 

Les boomers sur Pavillons

 

La sonorisation d'une scène fait appelle à des enceintes particulières , aux dimensions réduites et orientées vers le haut car elles sont disposées sur le sol au bord de la scène : on les appelle les "retours de scène" ; ces enceintes doivent parfaitement renforcer les médiums et aigues . Leurs dimensions ne permet pas d'avoir des graves en quantité , cependant les graves étant moins directifs ils seront fournis par le reste des haut parleurs sonorisant la salle même si ces derniers ne sont pas dirigés vers la scène .

 

Les filtres

 

Les haut parleurs que nous venons de voir ne doivent pas être connecté directement à l'amplificateur de puissance ; des filtres répartissent le signal suivant sa fréquence .
Un filtre est un circuit électronique composé de condensateurs , de bobines à air (selfs) et éventuellement de résistances... le tout sur un circuit en époxy fixé à l'intérieur de l'enceinte...

Filtre HP

Nous verrons en détail les schémas de ces filtres dans la partie technique cependant voici la synoptique de base :

Le rôle du filtre est de répartir les fréquences vers les haut parleurs dédiés . Par exemple sur l'exemple ci dessus les fréquences jusqu'à 1500Hz vont être dirigées vers le boomer et les fréquence au dessus de 1500Hz vont être dirigé vers la compression.
Il faudrait rajouter une troisième sortie si il s'agissait d'une enceinte 3 voies avec un haut parleur de médium.
Il ne doit pas y avoir de croisement des fréquences de coupures pour que 2 haut parleurs ne se retrouvent pas en parrallele à certaines fréquences pour ne pas que l'impédance totale de l'enceinte de descende en dessous de son impédance nominale.(8 ohms en générale avec 1 boomer)

La qualité de ces filtres est primordiale surtout pour les hp d'aigues (compressions) car ils empêchent les basses fréquences d'atteindre ces derniers. En effet sans ces filtres les HP d'aigues seraient détruit dès les premières puissances dans les graves.
Ces filtres doivent donc être parfaitement calculés pour les hp qu'ils vont alimenter.

Par exemple un signal de 50Hz de quelques dizaines de watts appliqué directement à une compression la détruirait rapidement.

 


La caisse


L'extérieur de la caisse doit pouvoir résister aux chocs lors des transports , les coins et les arrêtes doivent être renforcées ; les haut parleurs doivent être protégées par des grilles en métal.

La facade avant doit être en retrait de plusieurs centimètres pour éviter que le haut parleur ou sa grille ne soit habimé si l'enceinte est posée sur sa face avant.

La connection arrière peut être de type XLR ou Speakon cependant les normes actuelles obligent l'utilisation de la connectique de type speakon car elle permet une isolation optimale .

Pour éviter les résonances 'tonneaux' il est parfois nécessaire d'avoir un peu de mousse acoustique sur la face interne derrière le boomer.Cependant il ne faut en mettre trop car cela risquerait d'étouffer le son et de réduire le rendement .De plus l'utilisation de laine de verre est à proscrire car des particules nocives à respirer peuvent s'échapper surtout lorsque le boomer en action fait circuler l'air dans les évents.Il est préférable d'utiliser de la mousse synthétique prévue à cet usage.

La dimension de la caisse et les évents doivent être calculés correctement , pour ce voir mes pages 'conception' , 'download' et 'perso' pour plus d'infos.