Les types de charges utilisées en sonorisation
Le type de charge (ou load en anglais) peut être évoqué par la manière dont va être « bafflé » le HP, mais la charge elle même représente la résistance acoustique qui sera opposée au HP. Le choix du type de charge et son optimisation aux paramètres T&S du HP sont vitaux, car il vont dicter comment va se comporter le HP, quel sera la sensibilité de l’enceinte, sa réponse grave, la réponse impulsionelle, la sonorité, etc. D’un type de charge à une autre, et en fonction de l’optimisation réalisée, les résultats pourront être radicalement différents.
Dans l’absolu, aucune charge n’est susceptible d’être supérieure à une autre, car chacune a des avantages et des inconvénients, et aucune n'est censée être sans défaut. Mais chaque utilisateur pourra trouver des avantages à une charge donnée, charge qui répondra à ses attentes, ce qui peut apparaître comme une évidence ou un choix cornélien. On devra donc tenir compte des spécificités propres à chaque charge, en fonction de l’application choisie, des préférences de l’utilisateur. Les HP devront aussi être choisis suivant le type de charge. Par exemple, très sommairement, pour un caisson de grave bass reflex, on choisira un HP au Qts entre 0.28 à 0.45, (plus souvent entre 0.35/0.40 pour un sub). Si on veut descendre bas en BR, on choisira une fréquence de résonance basse (un HP aura du mal à descendre en dessous de la fréquence de résonance). Pour un pavillon, on recherchera un Qts bas de l’ordre de moins de 0.28 ce qui implique donc un moteur à fort Bl. Pour un caisson hybride pavillon/reflex, on privilégiera un Qts plus haut de l’ordre de 0.28 à 0.35. Mais dans certains cas, on pourra optimiser les HP en dehors de ces limites. Ces chiffres ne représentent donc en aucun cas des règles absolues, mais de simples bases de départ, d’autres paramètres autres que le Qts rentrant en ligne de compte.
Les logiciels de simulation seront donc d’une aide précieuse pour le design d’une enceinte, ils feront gagner énormément de temps à la fois sur le choix de la charge, son optimisation et le choix du HP. Citons deux types de logiciels:
- Les basiques comme WinISD, BassBox, et autres dérivés, tous basés sur les mêmes équations (travaux de Small, Thiele, Snyder) donnant tous des résultats sensiblement équivalents (les seules différences étant dues à quelques variables, par exemple la vitesse du son, Ql, etc)
- les logiciels basés sur des équations électro acoustiques plus complexes (Webster, Leach, etc), ces logiciels pouvant non seulement calculer des charges simples comme closes et Bass Réflex (avec plus de précision que les logiciels basiques), mais pouvant aussi calculer des pavillons, qu’ils soient avant, arrière, hybride, etc. Ces logiciels s’appellent Akabak (le plus complet, le plus performant), Hornresp, AJ Horn, MJKing (sous MathCAD).
Les résultats issus de ces derniers logiciels de simulations sont très proches de la réalité, toutefois sous réserve qu’il n’y ait pas d’erreur faite par la personne qui va programmer les paramètres, ce qui peut facilement arriver avec des logiciels complexes à maîtriser comme Akabak: Akabak n’affiche aucune représentation graphique de la simulation, seulement une suite de lignes de codes servant à rédiger un script qui sera la base du calcul. Avantage: le logiciel permet de simuler tous types de charges, y compris les plus complexes et plus folles qui soient, la seule limite étant celle de votre imagination. Inconvénient, on peut très facilement se tromper et ne pas s’en apercevoir si on n’a pas l’expérience requise (voire chercher des heures pour expliquer pourquoi un script refuse de s’exécuter).
Si après écoute, vous n’avez pas été séduit par un type de charge, cela ne veut pas dire pour autant qu’il faut la mettre le mettre aux oubliettes: Tous les designs ne sont pas équivalents et peuvent présenter des différences de rendu importants pour le même type de charge. Rappelons aussi que la seule détention de logiciels de simulation ne suffit pas à faire de Mr tout le monde un bon designer d’enceintes, et que la qualité des designs trouvés n’importe ou sur le net peut donc être très variable, d’excellente à très mauvaise. Ce qui fait la différence, c’est l’expérience du designer, la maîtrise des logiciels de simulation, la notion de règles élémentaires d’électro-acoustiques, la capacité du designer à replier un pavillon simulé dans un espace donné.
Se faire un avis sur une charge donnée peut ne pas être simple: Tout ce qu’on peut lire sur le net n'est pas forcément pertinent, c’est même souvent très subjectif, quand ce n’est pas tout simplement faux. Il vous sera donc recommandé la plus grande prudence: Combien de personnes se permettent elles de donner leur avis sur du matériel qu’elles n’ont jamais écouté, et qu’elles condamnent sur de prétendues théories qu’elles n’ont jamais vérifié? C’est malheureusement devenu monnaie courante. Prenez donc le temps d’écouter divers caissons, dans les meilleures conditions possibles afin de parfaire vos propres jugements et opinions: Qui n’a jamais été déçu du son d’un concert pourtant amplifié et reproduit avec les plus grandes marques de sonorisation? Le matériel ne fait pas tout, ceux qui sont aux commandes ont aussi une grande part de responsabilité sur la qualité finale. Il vous faudra donc multiplier les écoutes dans des conditions diverses et variées: c’est uniquement de cette manière que vous pourrez enrichir vos connaissances dans le domaine de l’audio, et acquérir de l’expérience.
Voici les diverses types de charge rencontrées en sonorisation
Enceinte close:
C’est une des charges les plus basiques ayant pour objectif d’empêcher l’onde arrière du HP de rencontrer l’onde avant, ce qui génèrerait un déphasage aux plus grandes longueurs d’onde, un court circuit acoustique. Ce genre d’enceinte est assez facile à concevoir, elle requiert des HP présentant un Qts supérieur à 0.45. Elle a ses défenseurs en hifi qui l’apprécient pour son faible group delay, sa bonne réponse impulsionelle, aussi très utilisée pour les caissons voiture à cause de l’acoustique particulière de la voiture (« cabin gain » qui renforce l’extrême grave à raison de 12dB/oct correspondant à la pente de coupure d’un caisson clos). Néanmoins, ce type de charge est totalement ignoré en usage sub de sonorisation, à cause du faible rendement, d’une fin de grave atténuée, de l’absence de refroidissement du HP. Les caissons clos peuvent être sujets à distorsion dans la fin de grave à fort niveau. On ne rencontre la charge close en sonorisation que sur des tops ou enceintes bas médium/médium.
Enceinte BR:
A l'enceinte close, on a ajouté un évent bass reflex dont le rôle est d’étendre la réponse basse. La conception/réalisation est simple, à la portée de tous grâce à l’aide de logiciels basiques (WinISD, BassBoxPro par exemple). Les volumes requis restent faibles (en regard des autres charges). La surface de l‘évent doit être correctement dimensionnée pour ne pas générer de bruits d’air audibles qui ne manqueront pas de freiner l’écoulement à fort niveau et donc d’en limiter le niveau. La charge BR s’impose donc lorsque la taille est prépondérante, et la ou on recherche une facilité de conception, fabrication, mise en oeuvre. Mais les utilisateurs reprochent assez souvent aux BR sa mauvaise réponse transitoire (manque de dynamique, effet d’impact assez limité sur musiques enregistrées) et un faible rendement, ce qui demandera de multiplier subs et amplification. Ce type d’enceinte convient à la restitution de musique live dont la dynamique des instruments est importante et contrôlée, mais moins à la reproduction de musiques enregistrées compressées (sauf si utilisé conjointement à un kick bin).
Exemple d'enceintes Bass Reflex: EAW SB750, Martin WS218x, Gsub (Rog Mogale),
Pavillon ou Horn:
On distinguera deux types de horn, bien qu’identiques dans le principe: ceux destinés à reproduire les fréquences les plus graves, que l’on appellera « pavillons longs » (généralement supérieurs à 1.60m), et ceux destinés à reproduire les fréquences de haut grave, « pavillons courts » (inférieur à 1.60m), souvent appelés kick Bin.
Horn long:
La surface avant du HP est chargée par un pavillon, alors que l’arrière est en charge close. Le pavillon long permet un excellent rendement au dessus de 60Hz, mais le plus souvent la courbe de réponse chute en dessous de cette fréquence à cause de la taille énorme requise en sortie de pavillon pour reproduire les fréquences les plus basses. Pour pallier cet inconvénient, on réalise une bouche de sortie sous dimensionnée, et on couple plusieurs caissons, au moins 4 unités, afin de recréer la surface de sortie nécessaire à la bonne reproduction des fréquences les plus graves. L’excursion du HP est bien maîtrisée, le group delay reste bas, mais on retrouve un des problèmes inhérent à une charge close: l’échauffement plus rapide du HP. Les pavillons longs présentent généralement une sonorité caverneuse au dessus de 80/90Hz, ce qui sera leur limite haute. On les raccordera donc avec un kick bin (pavillon court ou BPH). Le design d’un bon horn long peut s’avérer complexe à cause du nombre important de parties repliées du pavillon, la réalisation peut s’avérer compliquée pour le néophyte.
Exemple de horn long: Martin WSX, SBH, 1850 Horn.
Horn court:
Même principe de base que les pavillons longs sauf que, les pavillons courts, aussi appelés kick bins, sont dédiés à reproduire le haut grave. Ils peuvent monter bien plus haut en fréquences que les horns longs ou les BPH, mais ne peuvent pas descendre très bas (généralement 80Hz) à cause de leur pavillon court. La sensibilité peut être très élevée (plus qu’un band pass horn BPH). Raccordés à des horns longs, ils ajoutent l’effet d’impact que ne peuvent reproduire ces derniers.
Exemple de horn court: Martin 215MKIII, MKB-230
Hybride:
Sur un hybride, deux technologies réunies: Horn + Bass Reflex. L’idée d’un hybride est d’associer un pavillon Horn court en charge avant du HP, avec une charge arrière de type bass reflex. Le pavillon court permet de monter haut en fréquence avec une excellente réponse transitoire, l’évent bass reflex permet de reproduire les fréquences les plus graves en dessous de la fréquence de coupure du pavillon. Aucun autre type de caisson de grave ne peut rivaliser en terme d’effet d’impact/dynamique: ceux qui ont déjà écouté des MHB-46/4818 comprendront de quoi on parle. Ces caissons ne nécessitent pas de kick bin et peuvent donc représenter une solution « tout en un ». La courbe de réponse est généralement ascendante vers le haut grave, ce qui se corrige bien via preset, ou bien pourra être compensé par le couplage de plusieurs unités. Si on recherche la plus forte sensibilité, on devra remonter l’accord du bass reflex, ce qui peut engendrer des colorations, un group delay plus élevé. Mais certains préfèrent cette solution plutôt qu’un rendement plus faible.
Exemples d’hybrides: WLX et WMX Martin audio, MHB-4818, MHB-46
BPH (Band Pass Horn)
Les BPH, reprennent l’idée du Horn avec charge arrière close, mais avec l’insertion entre HP et pavillon d’une charge dite band pass: ce volume va permettre de raccourcir la longueur du pavillon, ainsi que la taille de sortie du pavillon. Le prix à payer est celui d’une sensibilité plus faible (par rapport à un horn), d’une réponse en fréquence qui peut être plus tourmentée, et limitée dans sa réponse en fréquence haute (par rapport à un horn court).
Exemple de BPH: F218 Funktion one, USB, ES-18BPH
BPH hybride:
Une variante du BPH: même chose mais avec une charge arrière plus importante et évent bass reflex. On peut ainsi descendre encore plus bas tout en diminuant la longueur de pavillon. Certains BPH hybride sont appelés K Horn à cause de la forme en K de la charge band pass et pavillon (B2, TB218s)
Exemple BPH hybride : B2 D&B, APG TB218s, MPH-46
Manifold/Planar:
On doit la popularisation du nom Manifold à ElectroVoice, dont l’idée de base était de réunir plusieurs transducteurs dans une même charge. Le nom Planar est utilisé par Dynacord qui utilise une cavité résonnante tout comme le MTL-4 manifold de EV. Le principe de la cavité relève à la fois du résonateur et du pavillon: plus la cavité est profonde plus l’effet pavillonaire sera marqué. Le filtrage et eq doivent être soignés (pas de coupure trop haute, utilisation d’eq pour atténuer les éventuelles résonances). Sous ces conditions, ce genre de charge marche très bien, le rendement est supérieur aux BR.
Exemples MTL-4 EV, PWH-28 Dynacord, T21 Adamson, MN-246.
Band pass 4th:
On distingue plusieurs types de band pass, essentiellement 4ème et 6ème ordre (des ordres supérieurs existent, mais rarement utilisés car assez difficiles à mettre au point). Les 4èmes ordres (4th) sont quasi inexistants en sonorisation car leur rendement est faible pour une bande passante limitée. Une des deux faces du HP est en charge close, l’autre face dans une charge band pass.
Exemple BP4: Funktion One Infrabass
Band pass 6th:
Ce type de charge est plus compliqué à mettre au point qu’un bass reflex, mais permet une sensibilité plus élevée. Il est important que les deux charges band pass avant et arrières soient parfaitement accordées. La simulation sera donc d’une grande aide, mais il y aura aussi obligation de finaliser l’accord des évents sur un prototype. Les caissons BP6 ont une bande passante limitée, ce qui impose de les raccorder avec des kick bin si on souhaite un minimum d’impact. Le son d’un BP6 est souvent jugé mou, certains lui reprochent aussi une rotation de phase trop importante. Le gain est fonction de la bande passante et des fréquences d’accords (bande passante réduite et accord haut = + de gain). Les évents agissant en passe bande, ils peuvent masquer en partie les distorsions harmoniques générées par le HP.
Exemple BP6: CD18, LS1200 Nexo, X1 Rog Mogale
RLH (Rear Loaded Horn)
Les Rear Loaded Horn (ou Back Loaded Horn) comprennent de nombreuses variantes. Un de leur avantage est de permettre l’utilisation de nombreux types de HP avec une plage de paramètres T&S large. La principale caractéristique d’un RLH est qu’il génère un court circuit acoustique tout en haut de la bande de fréquences utilisable. Il est néanmoins possible d’atténuer les effets de ce court circuit acoustique grâce à de l’absorbant placé dans le pavillon. Il existe de nombreuses réalisations large bande hifi utilisant une charge RLH. Parmi les premiers RLH réputés, l’enceinte Hartsfield de chez JBL (années 50). Les charges RLH les plus connues et les plus utilisées en sonorisation sont:
Les Scoops (toboggans)
Le toboggan a certainement été popularisé en hifi dans les années 50 par Jensen et JBL, toboggan Jensen réalisé pour le HP D610 (triaxial), JBL avec le modèle C34 (HP D130) qui avait déjà le même design interne repris par plus de 90% des productions suivantes. En sonorisation, le scoop deviendra très utilisé dans la fin des années 70’s/début 80’s avec les 4520 et 4530 JBL. Il compte encore beaucoup d'aficionados, notamment en Angleterre ou il est très apprécié des sounds systems, il a aussi quelques défenseurs en France. La face avant du HP travaille en radiation directe, alors que la face arrière débouche sur un volume de charge de type Mass Loaded (équivalent à un volume Band Pass sur un pavillon avant), volume lui même relié à un pavillon. Sur un scoop, la bande passante utilisable est d’environ une octave. A noter que malgré cette limitation apparente, les scoops furent souvent utilisés en deux voies, raccordés entre 800 et 1200Hz avec un moteur à compression, certains l’utilisent encore de cette manière en hifi.
Exemple de scoops : 4520 et 4530 JBL, Super Scooper Rog Mogale, MS-46
Tapped Horn:
Le tapped horn, RLH lui aussi, est une vielle idée: des dépôts de brevets ayant été effectués dans les années 50 (Franck Massa US2604182 A et Robert G Pruden US3047090 A). On trouve même un modèle de tapped horn chez Jensen en 1952 (Transflex, HP P15LL). Mais ce n’est que dans les années 2000 ou Tom Danley a popularisé le procédé, et surtout le nom de « Tapped Horn », nom qu’il a déposé avec un brevet (brevet octroyé malgré que le procédé existait bien avant). Le principe diffère d’un scoop par le fait que le HP du tapped horn est dans le pavillon (et non en radiation directe comme sur un scoop), une des faces du HP débouche directement dans le pavillon (et non dans une charge Mass Loaded). Au final, le gain est plus important que sur un scoop, la bande passante est étendue à une octave et demi. La distorsion est plus faible que sur un BR, le gain peut atteindre 6dB (par rapport à un BR). Les TH avec un long pavillon peuvent procurer un son rond, profonds, plein, puissant, sans nécessiter plusieurs unités comme avec les horns longs. Néanmoins avec un pavillon long (3 mètres ou +), l’utilisation d’un Kick bin sera obligatoire. Les pavillons plus courts (2.50m et en dessous) peuvent se passer de kick bin.
Exemples tapped horn: Danley TH118, C.Heil Incremental, MTH-4654, MTH-30
Transmission Line:
RLH encore, on peut toutefois confondre certains TL avec un bass reflex à cause de quelques similitudes: radiation directe et présence d’un évent. Exemple: le caisson ESW1018 de RCF a l’apparence d’un BR, mais il s’agit bien bien d’un transmission line: son énorme évent est bien trop gros pour être un simple BR. La mesure peut elle aussi révéler le fonctionnement en Transmission Line par la présence dans la courbe de réponse du court circuit acoustique qui apparaît en limite de bande passante haute, comme tout RLH (fréquence située à environ 170Hz sur l’ESW1018). On peut aussi mesurer la présence d’un gain d’environ 4dB (par rapport à une enceinte bass reflex). N’essayez donc pas de simuler ce genre d’enceinte dans un logiciel comme WinISD, il en est tout à fait incapable: sa méthode de calcul est beaucoup trop simpliste. La bande passante de l’enceinte transmission line, dépend essentiellement de sa conception, elle peut être étendue, si nécessaire, jusqu’à plus de 3 octaves (presque une décade) au prix d’une sensibilité plus faible. Comme tout RLH, il est même possible d’atténuer le court circuit acoustique en plaçant de l’absorbant dans le pavillon, mais au détriment du rendement. La réponse basse peut être étendue au delà de ce qu’on pourrait faire avec une charge BR pour le même HP. La reproduction des fréquences les plus basses ne seront donc plus obligatoirement réservées à des haut parleurs spécialisés et hors de prix. Les transmission Line sont souvent reconnus pour avoir une réponse transitoire égale voire supérieure à ce qu’on peut obtenir avec un volume clos, et donc supérieure à un BR. Cela se ressent parfaitement à l’écoute: la dynamique est reconnue excellente, supérieure à un BR. C’est une charge très polyvalente, présentant de nombreux avantages et ayant sa place aussi bien en hifi, home cinéma que sonorisation. Par rapport à une charge bass reflex, la majorité des transmission line ne connaissent pas les bruits d’air et autres distorsions que peuvent générer un évent ainsi que la compression acoustique engendrée à fort niveau (avec un évent BR de trop petite surface, et à haut niveau, l’air fortement compressé agit comme un bouchon). Le group delay est souvent plus bas que sur un BR, la distorsion faible. La grande flexibilité de cette charge fait qu’elle pourra s’adapter à de nombreuses situations sans inconvénient majeur, si ce n’est une conception plus complexe qui requiert de l’expérience pour arriver à la meilleure optimisation possible.
Exemples transmission line: MDC-3 Mario Di Cola, RCF ESW-1018, MTL-146
En conclusion:
Le choix d’une charge relève souvent d’un choix personnel, choix dicté par goût, par contrainte de la taille de l’enceinte, du nombre d’enceintes/amplis requis (besoin de moins d’enceintes et moins d’amplis avec des systèmes à gain), contrainte du marché (le dictat des systèmes les plus demandés sur les fiches techniques des artistes), etc. Pour certains, le choix paraîtra évident, pour d’autres, il sera un vrai casse tête. A noter que plus on recherchera une sensibilité élevée, plus la taille du caisson sera susceptible d’être élevée, de même plus on cherchera à descendre bas, plus la taille requise sera susceptible d’être élevée. Le caisson qui tient dans moins de 200 litres, qui produit 105dB 1w/1m, pour une réponse basse de 30Hz n’existe pas. Aucun type de charge ne permet ce miracle avec les connaissances actuelles. Ne cherchez d’ailleurs pas à comparer avec des documentations constructeurs dont les chiffres sont le plus souvent manipulés, et ne correspondant pas avec la réalité.
Si vous doutez sur le type de caisson et charge qui correspondrait le mieux à vos attentes, prenez le temps d’aller écouter plusieurs types d’enceintes, ou sinon construisez plusieurs protos et jugez par vous même. N’oubliez pas pour les tests de comparaisons de programmer les bonnes fréquences de coupures, de bien paramétrer les eq, bien caler les delays pour une meilleure phase entre sub et top, et ce pour chacune des configurations. Si un de ces paramètres n’était pas correctement ajusté, cela pourrait fausser la comparaison. Les processeurs numériques et presets font parti de toute bonne sonorisation, ils sont des éléments indispensables, il faut donc les inclure dans les écoutes et comparaisons.
Bonus:
La conception d’une bonne enceinte, requiert, comme on pourrait s’en douter, un minimum d’expérience, des bases théoriques et pratiques en électro-acoustiques. Il est impératif que la charge puisse être précisément optimisée en fonction des paramètres du HP. Les logiciels de simulation permettent des approches précises. Il n’y a plus nécessité absolue de réaliser de multiples prototypes comme ce fut le cas dans le passé, et ce, grâce aux logiciels effectuant des calculs complexes. Si toutes les conditions sont réunies, il n’y a aucune raison pour qu’il y ait de grandes différences entre simulation et mesure réelle. Si ces différences sont importantes, c'est forcément qu’il y a erreur quelque part. Ci dessous, comparaison simu/mesure réelle: la courbe noire correspond à un caisson tapped horn, avec un HP 18 pouces, mesuré au sol en champs libre à une distance de deux mètres (courbe non lissée, micro calibré, calibrateur SPL classe 1, SPL rapporté à 2.83 volts 1m) et en bleu sa simulation dans Akabak (courbe non lissée). Comme on peut le constater, les deux courbes sont très proches, le niveau SPL conforme à la simulation. La bande passante utilisable est d’environ une octave et demi, et sans artéfact marqué dans cette bande de fréquences, comme le prévoyait la simulation. A noter qu’il est possible d’aller un peu plus loin dans la simulation en programmant les pertes liées au coffret.
Autre illustration, c’est une comparaison d’une charge BR avec une charge transmission line, simulation faite dans Akabak (on obtient des résultats équivalents avec d’autres logiciels comme AJ Horn, Hornresp, ou MjKing sous MathCAD). Dans cette comparaison, chaque caisson BR et TL utilisent les mêmes 18 pouces de 97dB de sensibilité, les deux enceintes sont optimisées pour une réponse basse typique des caissons utilisés en concerts/live. La réponse est simulée pour 1 mètre 2 volts 4 ohms soit l’équivalent d’un watt. La sensibilité du transmission line (en rouge) est supérieure au BR (en bleu) de 4 dB sur toute la bande. Le court circuit acoustique est centré sur 115Hz, ce qui ne pose aucun problème puisque ce genre de caisson est le plus souvent raccordé aux alentours de 80Hz. Aucun artéfact marqué à répertorier dans la bande passante utile (une octave et demi).
