HP à radiation directe versus pavillon

[Jean Fourcade]

Bonjour à tous,

Je fais un post sur la différence de fonctionnement entre un pavillon et un HP à radiation directe. C’est un ancien post de Melaudia que j’ai un peu modifié et que je mets sur ce forum.

Une approche naturelle, mais fausse est de considérer qu’un HP à pavillon fonctionne comme un HP à radiation directe : le pavillon augmenterai seulement la mesure du SPL dans l’axe du fait de sa directivité.

En réalité, un HP a pavillon est très différent d’un HP à radiation directe. Pour s’en convaincre nous allons comparer la courbe de réponse d’un même HP dans deux cas : en rayonnement direct et monté derrière un pavillon. Nous prendrons comme HP l’altec 515-8G. Nous justifierons ce choix un peu plus loin.

Nous étudierons dans un premier temps comment se comporte un circuit électrique résonnant série, nous en déduirons comment fonctionne un pavillon et un HP à radiation directe puis nous terminerons par une simulation :

Le circuit résonnant série :

Un circuit résonnant série se schématise par la figure suivante :

Ce circuit est composé de trois composants : une résistance R, un condensateur C et une bobine M. On applique une tension fixe à ce circuit et on cherche à calculer l'intensité du courant qui en résulte. Pour cela il nous faut calculer son impédance.

L'impédance de la résistance vaut Z=R et est indépendante de la pulsation (fréquence). L'impédance du condensateur vaut Z=1/Cω et varie de manière inversement proportionnelle à la pulsation. Enfin l'impédance de la bobine vaut Z=Mω et varie proportionnellement à la pulsation. Les impédances du condensateur et de la bobine sont en fait les parties imaginaires de nombres complexes. Sans rentrer dans les détails, disons que la résistance est un terme dissipatif d'énergie alors que la bobine et le condensateur emmagasine de l'énergie. De cette remarque, il résulte que l'impédance totale du circuit n'est pas la somme des trois termes ci-dessus mais s'écrit :

On constate que le terme entre parenthèse s'annule pour une valeur donnée de la pulsation qui définit la pulsation de résonance :

Simulons le comportement de ce circuit et traçons le courant en fonction de la pulsation. En prenant R=3 Ω M=5 mH et C=20 μF et une tension de 1 volt on obtient une fréquence de résonance de 500 hz. La courbe du courant est :

Cette courbe représente le courant en fonction de la pulsation normalisée (la valeur vaut 1 à la résonance) dans un diagramme log-log. On constate que le courant croit jusqu'à la valeur maximale qui est atteinte à la résonance puis décroît au-delà. On peut considérer trois zones dans cette courbe :

• La zone 1

Cette zone se situe aux fréquences inférieures à la résonance. Quand la pulsation est largement inférieure à la pulsation de résonance, l'impédance du condensateur étant inversement proportionnelle à cette pulsation, son impédance devient prépondérante. Il en résulte donc que l'impédance du circuit peut simplement s'écrire Z=1/Cω. On dit que le circuit est contrôlé par le condensateur. En effet, ce courant ne dépend plus de la résistance et de la bobine. Dans ce cas, le courant est proportionnel à la fréquence. Quand la fréquence augmente, le courant augmente.

• La zone 3

A l'opposé on trouve la zone 3 qui se situe aux fréquences supérieures à la fréquence de résonance. Quand la pulsation est largement supérieure à la pulsation de résonance, l'impédance de la bobine étant proportionnelle à cette pulsation, son impédance devient prépondérante. Il en résulte donc que l'impédance du circuit peut simplement s'écrire L=Mω. On dit que le circuit est contrôlé par la bobine. En effet, ce courant ne dépend plus de la résistance et du condensateur. Dans ce cas le courant est inversement proportionnel à la fréquence. Quand la fréquence augmente, le courant diminue.

• La zone 2

Il existe enfin la zone 2 qui se situe autour de la fréquence de résonance. Autour de la fréquence de résonance  le terme entre parenthèse dans l'expression de l'impédance est proche de zéro puisqu'il est parfaitement nul à la résonance. Il en résulte que l'impédance du circuit peut s'écrire Z=R. On dit que le circuit est contrôlé par la résistance, le courant ne dépend plus du condensateur et de la bobine. Le courant est constant.

La plage sur laquelle le courant peut être considéré comme constant dans la zone contrôlée par la résistance (zone 2) va dépendre de la valeur des composants et notamment de l'amplitude du terme R par rapport à M et 1/C. Dans la figure ci-dessus on a calculé le courant dans le cas où la résistance vaut 35 Ω  sans changer M et C (courbe rouge) :

Comme on a augmenté la résistance, le courant est plus faible, mais la plage sur laquelle il peut être considéré comme constant est plus grande. Plus on augmente la résistance, plus cette plage est étendue. Nous allons voir que c'est la raison exacte pour laquelle un haut-parleur à pavillon nécessite un facteur de surtension Qp le plus faible possible.

Modélisation d'un HP à pavillon et à radiation directe

Prenons un HP donné dont on connait les paramètres T&S. Montons ce HP devant un pavillon ou plaçons ce HP dans un baffle plan infini. Dans les deux cas, le comportement acoustique est représenté par le schéma électrique suivant :

Le courant de ce circuit est le débit du diaphragme (surface de la membrane multipliée par sa vitesse) et la tension une source de pression. Ce schéma est un circuit résonnant série de pulsation de résonance ωs correspondant à la fréquence de résonance du HP.

Mas représente la masse de l'équipage mobile et se modélise comme une bobine. Cas représente la compliance de la suspension de la membrane et se modélise par un condensateur. Ras représente les pertes par frottement de la suspension de la membrane et se modélise par une résistance. Rae représente les pertes dans la bobine du HP dues au couplage électromagnétique et est également représenté par une résistance. On trouve enfin le terme Rar qui est du point de vue du circuit une perte, mais cette perte ne s'effectue pas par effet joule comme les deux précédentes, elle constitue la transformation de l'énergie mécanique en énergie acoustique. Autrement dit la puissance dissipée dans cette résistance suivant la classique formule Pa= Rar qd^2 est la puissance acoustique produite par le haut parleur.

Toutes les résistances dissipant de l'énergie sont la source d'un amortissement de la membrane et se caractérisent par un coefficient de surtension Q.

Le coefficient de surtension étant inversement proportionnels à la résistance, plus l'amortissement est élevé (R grand) plus le coefficient de surtension est faible (Q petit). Le Qms d'un HP étant généralement plus élevé que le Qes, c'est donc bien la bobine électrique via le couplage électromagnétique qui amortit la membrane. On peut s'en rendre compte facilement en tapotant la membrane d'un HP de grave. Son amortissement est bien plus rapide lorsque la bobine est en court-circuit que lorsque elle est ouverte.

La résistance Rar qui modélise la conversion de l'énergie mécanique en énergie acoustique est un peu particulière. Notons que c'est le seul composant qui change entre un HP monté sur un baffle plan et le même sur un pavillon. Mais, justement, ça change tout 

En effet l'étude mathématique du rayonnement montre que cette résistance est très différente entre un HP rayonnant à l'air libre et un HP chargé par un pavillon.

• HP à radiation directe

Dans le cas d'un HP à radiation directe comme notre HP monté sur un baffle infini, cette résistance n'est pas constante et varie en fonction de la fréquence. Sa valeur est le produit de l'impédance spécifique de l'air (Zc=ρC) divisé par la surface de la membrane (Sd) et multiplié par un terme Rr (résistance de rayonnement réduite) dépendant de la fréquence, avec ρ la densité de l'air et C la vitesse du son. La valeur de Rr est une fonction mathématique que nous ne détaillerons pas (fonction de Bessel) dont l'argument est le terme ka avec k le nombre d'onde (k=ω/C) et a le rayon de la membrane.

Pour illustrer la chose, le plus simple est de tracer la valeur de Rr. On obtient :

L'axe X est gradué en ka. Remarquons simplement que quand ka=1 la fréquence est telle que sa longueur d'onde correspond à Pi.d avec d le diamètre de la membrane. Autrement dit, lorsque la longueur d'onde est supérieure à la taille de la membrane, le terme Rr est constant et vaut 1. Et lorsque la longueur d'onde est plus petite que la taille de la membrane la valeur de Rr est inférieure à 1 et décroît lorsque la fréquence décroît. On peut alors montrer que Rr est proportionnel au carré la pulsation.

L'impédance de rayonnement vaut précisément :

Ce qu'il faut retenir au-delà de ces formules rébarbatives est que pour un haut-parleur à radiation directe qui fonctionne à des fréquences dont les longueurs d'ondes sont largement inférieures à la taille de la membrane, la résistance de rayonnement est faible et proportionnelle au carré de la pulsation.

Évidemment, le fait que la résistance de rayonnement dépende de la fréquence complexifie le calcul du courant du circuit acoustique. Cependant, dans les basses fréquences en regard de la taille de la membrane, le diagramme ci-dessus montre que le terme Rr est très petit. Ainsi donc, la valeur de la résistance de rayonnement est négligée dans le calcul du débit de la membrane (qd) et on ne prend en compte comme résistance que les valeurs Ras et Rae.

• HP à pavillon

La résistance de rayonnement dans le cas d'un HP à pavillon est très différente ce celle d'un HP à radiation directe. Celle-ci vaut simplement :

Elle est constante, indépendante de la fréquence et purement résistive. Cette valeur n'est bien sûr valable que dans la plage de fonctionnement du pavillon et donc au-delà de sa fréquence de coupure et pour un pavillon adapté (c'est-à-dire se comportant comme un pavillon infini).

Ainsi, la résistance de rayonnement de la membrane dans le cas d’un pavillon vaut l'impédance spécifique de l'air divisé par la surface de la gorge. On remarquera une différence fondamentale par rapport au HP à radiation directe, qui est qu'on peut moduler la valeur de cette résistance pour un HP donné en faisant varier la surface de la gorge. On peut notamment augmenter cette résistance en diminuant la valeur de la surface de la gorge.

Dans le cas d'un HP à pavillon, la valeur de Rar n'est pas négligeable en regard de Rar et Rae. Non seulement sa valeur est prise en compte pour calculer le débit de la membrane mais Rar introduit un terme d'amortissement supplémentaire caractérisé par un facteur de surtension du pavillon noté Qp qui vaut :

Nous pouvons maintenant faire le lien entre le fonctionnement d'un HP et les zones de contrôles d'un circuit résonant série dont nous avons parlées. Nous avons vu que dans le cas d'un HP à radiation directe la résistance de rayonnement varie proportionnellement avec la fréquence. La puissance acoustique rayonnée étant donnée par l'expression Pa=Rar qd^2, pour que cette puissance ne varie pas en fonction de la fréquence il faut que le débit varie de manière inversement proportionnelle à la fréquence pour qu’élevé au carré il compense la variation du terme Rar.  Or ceci est la caractéristique propre de la zone 3, dans laquelle le circuit est contrôlé par la masse.

Ainsi donc, par nature, un HP à radiation directe fonctionne sous le régime de la masse et sa plage de fonctionnement se situe au-delà de la fréquence de résonance.

Dans le cas d'un HP à pavillon, la résistance de rayonnement est constante. Il faut donc que le débit du diaphragme soit également constant pour que la puissance rayonnée soit constante. Ainsi donc, par nature, un HP à pavillon fonctionne sous le régime du contrôle par la  résistance (zone 2) et sa plage de fonctionnement se situe autour de la fréquence de résonance.

Il y a deux conséquences à cela :

• La fréquence de coupure d'un pavillon est donc nécessairement plus basse que celle du même HP rayonnant à l'air libre puisqu’elle s’étend en dessous de Fs alors que le même HP monté sur baffle plan ne descendra pas en dessous de Fs.

• Le facteur de surtension total du circuit joue un rôle fondamental dans la bande passante du pavillon. Il faut comme nous l'avons dit avoir un coefficient de surtension le plus faible possible pour une bande passante élevée. Le facteur de surtension d'un HP à radiation directe n'a pas d'effet sur la bande passante de ce haut-parleur. Il ne joue que sur la valeur de la fréquence de coupure basse.

Remarquons que dans le cas d'un HP à pavillon, le facteur de surtension dû à la résistance de rayonnement intervient dans le calcul du facteur de surtension total. D'autre part, ce facteur de surtension dépend de la surface de la gorge puisque la résistance de rayonnement en dépend. En diminuant la surface de la gorge, on augmente la résistance de rayonnement, on diminue donc le facteur de surtension du pavillon et on diminue en conséquence le facteur de surtension total. On en déduit que l’on augmente la bande passante.

Il n’y a théoriquement pas de limite à augmenter la bande passante en diminuant la section de la gorge. Cependant, en augmentant trop la bande passante, on perd en rendement. Il y a en effet, pour un HP donné, une section de gorge qui maximise le rendement. Il y a d’autres limites technologiques, notamment sur la réalisation de la pièce de phase.

Simulations :

Nous terminerons par une simulation pour illustrer ces propos. Nous utiliserons le HP Alte 515-8G pour l'exemple. Ses paramètres sont : R=6,2 Ω Fs=37 hz Qms=5 Qes=0,284 Qts=0,268 Vas=350 l Sd=848 cm2.

Ce HP est de conception ancienne avec un petit Xmax. Il constitue toutefois un excellent choix pour un pavillon de grave car il procure en grande linéarité de la réponse.

Nous désirons réaliser un pavillon dont la bande passante est Fb=10 hz à Fh=250 hz. C'est évidemment un cas d'école !
Pour cela il faut calculer le volume de la charge arrière au HP, la surface de gorge, la fréquence de coupure du pavillon et le facteur de forme.

La fréquence de résonance du HP monté dans sa boite Fp doit se situer de telle manière que les fréquences de coupure basse Fb et Fh soient de part et d'autre de cette fréquence. On peut montrer qu'il faut :

On obtient la valeur de 50 hz. Il faut donc remonter la fréquence de résonance du HP avec un système de suspension acoustique.

Le coefficient de surtension total du pavillon pour respecter la bande passante est donné par :

On obtient 0.19. Cette valeur est plus faible que le Qts du HP qui vaut 0,268. C'est donc le coefficient de surtension du pavillon, le terme Qp, qui provient de la résistance de rayonnement qui va être calculé de telle manière à obtenir la valeur totale de 0.19. Cela va fixer la surface de la gorge.

Il faut enfin calculer les paramètres du pavillon. Pour limiter sa taille, on choisit un pavillon hyperbolique de fréquence de coupure Fb et on ajuste le facteur de forme pour que la compliance de l'enceinte arrière annule la réactance de gorge (célèbre papier de Leach : On the Specification of Moving-Coil Drivers for Low-Frequency Horn-Loaded Loudspeakers).

Utilisons Hornresp pour simuler ce pavillon. En demandant à Hornrep de calculer le pavillon avec ce HP pour une bande passante de 10h à 250 hz avec un rayonnement en 2pi (in-wall), on obtient :

Le volume de l'enceinte arrière calculé par Hornresp est Vrc=423 l. On peut vérifier cette valeur. On sait que dans le cas d'un système par suspension acoustique, le facteur de compliance et la fréquence de résonance du HP dans la boite sont donnés par :

avec alpha le facteur de compliance et Vb le volume de l'enceinte. Le calcul avec Fp=50 hz et Fs=37 hz donne alpha=0,82 et on trouve bien Vb=423 l.

La réponse en fréquence de ce pavillon est donnée par la courbe suivante (tension d’excitation de 2,83v):

Le rendement est autour de 107 db/w/m. L’excursion de la membrane pour cette même puissance vaut :

En faisant varier la tension, on obtient les valeurs suivantes du niveau et de l'excursion de la membrane :

Ce pavillon avec son HP produira bien 120 db autour de 10-15hz pour 20W en entrée.

Alors évidemment, on ne réalisera pas ce pavillon pour plusieurs raisons :

• L'excursion linéaire maximale de l'altec qui est de 4mm. Avec de plus la surface d'un seul HP, cela conduira à une importante distorsion dans la plage 10-15hz. Ce problème peut toutefois être résolu en mettant plusieurs HP en parallèle (6 ou 12).

• Mais le problème majeur est la taille du pavillon. Il fait 19 m de long et son embouchure est de 47 m2. Un auditorium de 6 m de large et de 4 m de haut conduit à un mur de 24 m2. En multipliant les HP on pourra diminuer sa longueur. Mais, rien ne permettra de diminuer la surface de l'embouchure.

Ce qui limite la bande passante d'un pavillon de grave n'est donc pas le HP mais bien la surface de la bouche ce qui conduit en pratique à une utilisation jusqu'à environ 25hz.

Si l’on compare maintenant la fréquence de coupure de ce HP monté sur un baffle plan infini. Celle-ci s’exprime par :

Dans le cas de l'Altec 515 avec Fs=37 hz et Qts=0,268 cela conduit à 128 hz. Donc ce même HP passera le 10hz monté sur un pavillon et ne descendra pas plus bas que 128 hz sur un baffle plan alors que le circuit électrique qui modélise son comportement ne diffère qu'un d'un seul composant qui est la résistance de rayonnement. Comme je le disais, ça change tout 

Evidemment, ce HP est bien adapté à une charge pavillonnaire (Fs élevé, Qes faible, EBP qui vaut 130, élevé) et n'est pas du tout adapté à une radiation directe pour faire du grave.

Pour faire du grave on utilisera un BR, une Fs basse, un Qes élevé et un Xmax élevé. Si l'on choisit par exemple un alignement Tchebychev avec 1 db d'ondulation correspondant à un Qts de 0,624, la fréquence de coupure sera inférieure à la fréquence de résonance. Ce haut parleur ne sera pas adapté à la charge pavillonnaire parce que son Qts élevé ne permettra pas une bande passante élevée.

Conclusion :

L'idée de ce post était de montrer la différence de fonctionnement entre un HP à radiation directe et un pavillon avec un cas d'école (pavillon de grave de fc 10 hz).

Au vu de ces explications, on peut comprendre combien le HP à radiation directe est une aberration. Un rendement de seulement quelques pourcents, un fonctionnement dans la zone de contrôle par la masse du fait d'une impédance de rayonnement non constante en fonction de la fréquence (un coup de bol finalement, que ça donne une courbe de réponse plate en fréquence).

Bien évidemment, dans les très basses fréquences (<25 hz), les pavillons sont inexploitables et dans la zone jusqu'à 400-600 hz, ils sont de tailles imposantes.

Dans les TBF, on est alors amené à utiliser des HP à membranes lourdes sous-amorti avec quelques KW d'amplificateurs…

Cordialement
Jean

[Indien]

Merci Jean `pour le partage !!

Dans l'utilisation que nous en faisons, le pavillon sert surtout à améliorer le contrôle de la directivité afin d'obtenir une réponse hors axe linéaire, quitte à ensuite devoir compenser la répartition d'énergie dans l'axe qui au final offre une réponse plate dans l'axe et une parfaite linéarité hors axe.

Le contrôle et le gain de directivité permet d'arroser les murs de façon plus homogène pour que les sons réfléchis aient une intensité proche de celle du direct, sans déséquilibre important, pour le cas d'une écoute mono auditeur.

En multicanal, ça permet pour les auditeurs hors axe, de garder intact la linéarité en terme de réponse en fréquence (zone de couverture étendue) et toujours sans déséquilibre des sons réfléchis.

Plus de directivité permet un recul de la distance critique. C'est aussi et surtout dans un salon, le moyen d'augmenter le recul avec les enceintes, de faire un triangle d'écoute plus grand car dans un salon, tout n'est que compromis pour contourner sensiblement les défauts.

La modification de l'indice de directivité joue énormément sur l'écoute, une enceinte à directivité croissante envoie moins d'énergie sur les murs ce qui dans les cas extrêmes créé un déséquilibre fort à cause du manque d'aigu et un manque d'ampleur, ce qui donne envie de compenser l'aigu, qui devient criard (on est nombreux à avoir eu l'expérience d'écoute des profils JMLC circulaire )

Le fait qu'il y ait un gain de rendement n'est pas l'interet principal pour ce qui est de l'utilisation en milieu domestique.

C'était l'atout principal à l'époque ou les amplis à tube des années 1920 - 1960 ne sortaient que quelques watts, époque qui a connu l'âge d'or des pavillons géants type Western Electrique et son fameux 15A, pavillon dont la taille permet de comprendre ce que tu viens d'expliquer, comment une membrane de 2cm2 peut sortir autant d'énergie avec seulement 1 watt ...

Ecoute très impressionnante par la pression acoustique fournie sans forcer, mais aussi et surtout en salle, par un maintien de la directivité inédit aussi bas en fréquence, énorme avantage des pavillons géants.

[Sensunda]

Bonjour Jean et merci pour ce long "préambule" et explication ... cela dit j'ai quelques doutes sur tes conclusions .

Autant oui, la sensibilité (et donc le rendement d'un HP électrodynamique) est la résultante du surface de radiation et de sa possibilité à reproduire les basses dans un volume adapté ... Ce qui fait qu'un 18" qui ne descend que à 40Hz dans 250 litres aura une sensibilité bien plus importante qu'un 6.5" qui descend à 30 Hz 15 litre ...

Mais cette sensibilité n'est plus depuis des dizaines d'années un problème, sauf cas particulier et encore il existe des solutions pour y palier et avoir du SPL sur de longues distances...

Quel problème est-ce d'avoir une impédance non constante avec la fréquence ? Car comme tu le dis, si la réponse en fréquence elle l'est, nos oreilles prêtes un peu plus d'attention à la dernière qu'à la première .

Autre point à prendre en compte, c'est la distance d'écoute et là, souvent un pavillon de grandes dimensions est inexploitable, donc au final, la radiation direct ne se débrouille pas si mal pour le premier travail qu'on lui demande c'est à dire reproduire des sons .

[Indien]

De ce que j’ai compris de l’explication de Jean, c’est que sur le plan technique et mathématique, la radiation directe est nulle en terme d’impédance acoustique, c’est ce que démontre l’explication.

Ça ne remet pas en cause le fait que le couplage simple d’une faible surface de HP, donc un mauvais rendement global par rapport à la puissance du signal électrique injecté… soit une solution pertinente.

La démonstration est théorique, c’est une vue d’esprit mathématique

Le SPL fourni par la radiation directe permet sans distorsion gênante de répondre au cahier des charges de nos petites applications audio, le choix d’un pavillon est donc uniquement le choix d’une solution large bande permettant un super contrôle de la directivité

La radiation directe est trop peu directive dans le cas d’installations domestique, ça contraint à écouter de très près pour une écoute à distance critique

70 (voir moins) à 90 degrés H permettent d’augmenter la taille du triangle d’écoute tout en restant à DC, c’est le principal avantage que je vois au pavillon avec le fait que les nouvelles générations de pavillons à directivité constante offrent des courbes de réponse axe et hors axe, proche de la perfection ( pour les meilleurs d’entre eux )

Pour moi la radiation directe est réservée aux salles dédiées, aux studios ou aux écoutes de proximité.

Dans les autres cas, une directivité plus marquée est un avantage.

[Dagda]

Mathématiquement, ok ça se tiens.
Par contre en pratique c'est autre chose !

Les explications des camarades sont claires.

Autre point, qui peut se permettre de mettre des pavillons de 3m de long dans son salon ?
Et même dans des salles dédiées, ça fait belle lurette que le pavillon ne sert que pour l'aigu.

Du coup, hormis l'aspect mathématique de la chose, c'est quoi le but de ce sujet ?

D.

[Nicolas]

@JM c'est à peut prêt ça a part que pour la radiation direct on peut la réserver à une distance d'écoute trés proche (car on s'en fout de la radiation et le SPL est pas enorme), cas des enceintes de monitoring posées sur console (pas celles plus loin au mur) ou dans notre cas posé sur un bureau écoute entre 50 et 100cm, aprés tu peux passez au 100° comme Neumann, puis tu réduis de plus en plus (en fonction de la distance, de l'acoustique mais aussi de la zone d'écoute à couvrir), rien que du classique.

Ne pas négliger l'apport de la charge, ce n'est pas que une question de directivité, sinon on aurait tous des OS simple, hors ça ne marche pas super bien dans le cas des comp car pas de charge en bas, impossible de descendre avec une comp, avec un tweeter oui car il n'a pas besoin de charge, enfin plus précisément pas au même endroit donc l'OS lui va mieux.

Attention au contexte, distance mais aussi ce que l'on met dans le pav ou waveguide.

Perso ce qui m'intéresse c'est une démonstration sur le principe de la charge sans prendre en compte le gain obtenu par juste un focus de directivité(ce que fais l'OS en gros), alors que mes pav cumule les deux, la charge (énorme) et le gain par focus de l'énergie, mais clairement quand tu descend c'est le principe de charge seul sans focus de l'énergie qui apporte le plus ça se voit en simu, aprés coté math je laisse Jean s'en occuper

Mais bon en gros ça doit ressembler à :

Inversement proportionnel au carré de la distance à partir de la gorge X surface

Puis faut relier à a des longueurs d'onde car c'est pas forcément uniforme. Si Jean est ok la dessus

[Jean Fourcade]

Quel problème est-ce d'avoir une impédance non constante avec la fréquence ? Car comme tu le dis, si la réponse en fréquence elle l'est, nos oreilles prêtes un peu plus d'attention à la dernière qu'à la première .

Bonjour,

Le HP à radiation directe fonctionne et plutôt bien, c'est un fait. 

Comme je l'ai indiqué, c'est quand même un coup de bol. Heureusement que sa résistance de rayonnement est proportionnelle au carré de la fréquence, ce qui permet,  dans la zone de fonctionnement supérieure à Fs, que la puissance rayonnée soit constante, étant donné que le débit varie de manière inversement proportionnelle à la fréquence.  Il aurait pu en être autrement. 

Mais, ce n'est pas sans conséquence. Du point de vue théorique, les HP à pavillon, sans parler du contrôle de la directivité, versus un HP à radiation directe, n'ont que des avantages : 

• très haut rendement (30% versus 3%),

• très faible déplacement de la membrane (supprimant tout effet Doppler),

• déplacement de la membrane variant en 1/F versus en 1/F^2 

• amortissement acoustique de la membrane contre un amortissement électrique dépendant de l'impédance de sortie de l'amplificateur,

• force contre electro-motrice faible contre une FCEM plus importante.

La conséquence  de ceci est une réponse rapide et dynamique des transitoires. Certains peuvent argumenter que tant que la réponse en fréquence est plate, la reproduction des transitoires sera parfaite. Mais, cela ne s’applique qu’à un système à phase minimale. Un haut-parleur n’est pas complétement un système à phase minimale. Il y a des retards dans le temps, des résonances, la masse doit être accélérée et décélérée, et la masse effective de la membrane change avec la fréquence. Obtenir une réponse en fréquence plate ne va pas tout résoudre. Si la réponse impulsionnelle est bonne, les autres paramètres seront bons eux aussi.

Et puis, il y a le contrôle de la directivité très bas en fréquence que permettent seuls les grands pavillons.

Il faut un jour, comme en parle Jean-Marc, écouter un 15 A à 110 dB à 150 hz avec une membrane de 2cm2.

Pour faire un lien avec mon post sur les salles FTB, je pense que la qualité ultime d'une salle d'écoute vient de la suppression de tous les modes et un faible TR en BF qui conjointement avec l'utilisation de grand pavillons directif permet d'écouter à la DC très bas en fréquence.

Cdl
Jean

[THXRD]

L’’explication / démonstration de Jean est parfaite , et surtout techniquement instructive , ( avec du temps passé à écrire tout ça ) mais comme il le fait remarquer .il y a qqs problèmes coté «  dimensions «  ..au final ..
Pour la bande sub grave ,( 20/80 hz):de nos jours ce n’est plus jamais la solution appliquée .. même pour faire des « hyper SPL » ..
C'est moins «  élégant » scientifiquement , mais plus «  réaliste »…
De nos jours on dispose de HP de grands diamètres , ayant d'énormes Xmax et tenant d'énormes puissances
Et les watts ne coutent plus grand chose ( on parle de nos jours en milliers de watts voir beaucoup plus )

Si on veut des SPL énormes en bande sub , suffit de coupler plusieurs très gros HP dédiés , et si on veut gérer la directivité suffit de faire un array intelligent .. ( et en plus en ligne array ça évitera de tuer les auditeurs proche par un SPL intenable , ce qui est le but souvent incompris du procédé avec qqs autres avantages..
Ce sera plus intégrable , ce sera transportable .. et c’est ce qui se fait ..dans 100% des cas .. partout
Et en usage domestique dans 90% des cas , la nécessité de SPL énormes n’existe pas ..et descendre très bas et suffisamment fort avec 4/x 12’’ ou 2 x 15’’ spécifiques est plus que suffisant

Par contre au delà de 70/80 hz le pavillon reste la meilleure solution taille sur le ratio / SPL / directivité../ taille ( du moins si du SPL est nécessaire ..)
J’en suis le premier convaincu ( je suis full pavillon jusqu’à 55/ hz .. )

On constate d.ailleurs que de nos jours on quasi systématiquement divise la bande grave en 2 parties
Le grave et le sub grave à peu près dans tout les usages
Ceci en studio ( musique et prod cinema) avec monitors’+ sub / en cinéma et HC avec enceinte LCR + sub / en concert système array V. + sub array H ..ect ..

Roland

[Jean Fourcade]

Par contre au delà de 70/80 hz le pavillon reste la meilleure solution taille sur le ratio / SPL / directivité../ taille ( du moins si du SPL est nécessaire ..)
J’en suis le premier convaincu ( je suis full pavillon jusqu’à 55/ hz .. )

Bien d'accord avec toi et c'était le sujet que j'ai abordé dans mon précédent message : grands pavillons pour avoir de la directivité bas en fréquence.

[THXRD]

Sur le point suppression des modes et Tr bas même dans le grave , je plussoie au propos de Jean sur le principe.,

Et en effet la solution du pavillon amène beaucoup d'avantages sur ce point
Si par exemple j’ai couplé la recherche d’un Tr bas ( ramené au volume de la salle) et le couplage en X de 4 pavillons graves ( par voie) associé à un array sub ..c’est justement pour gérer la directivité même en bas de bande et donc d’avoir un ratio direct/ diffus ( DC ) correct à distance d'écoute ..même dans le grave et je confirme …ça change tout . ..
roland

[Sensunda]

Je pense que personne ne doute des avantages des pavillons même en bas de bande passante, le souci est la réalité, car certes ça va plus vite pour faire un voyage de prendre un Mirage2000 ou plus récent ... Mais cela implique des contraintes énormes .

Les pavillons n'échappent pas à ces règles, et elles en deviennent des inconvénients tellement majeures pour le commun des mortels, qu'ils ne sont pas envisageables en bas de bande passante ...

Mais entre nous, ce n'est pas très grave, car la radiation directe fait dans 90/95% du temps largement le taff et delà même de ce qui est attendu ! Certains usent même d'astuce, bon avec un tarif quand même prohibitif pour apporter un contrôle de directivité au moins en H :



Car le rendement aujourd'hui à moins d'être un écologiste extrémiste, on s'en moque, l'effet Doppler reste marginal sauf sur des larges-bandes auxquels on applique de fortes excursions (mais bon les larges-bandes ), l'amortissement électrique qui n'est pas un problème non plus sur des amplis modernes et correctement conçus (et les prix sont tout a fait abordables) ... Bref aux mesures tous les inconvénients qui devraient être sont loin finalement de pénaliser l'écoute pour la grande majorité des gens (nous compris).

[wakup2]

Ce n'est qu'une question d'application, il n'existe pas de type de HP réellement supérieur a d'autre, il n'y a que des choix plus ou moins adapté. Si on a besoin de SPL et qu'on dispose d'un recul nécessaire alors effectivement les systèmes a pavillons sont l'un des choix les plus judicieux.

Dans de petites salles correctement traitées la radiation directe va très bien, il y'a même moins d'écart de directivité entre le grave et l'aigu, tant que le système est adapté au SPL visé, la réponse impulsionnelle et la dynamique est aussi bonne.

Evidement si le système a un rayonnement large, il faudra se rapprocher d'autant pour être proche de la DC.

[wakup2]

Par contre au delà de 70/80 hz le pavillon reste la meilleure solution taille sur le ratio / SPL / directivité../ taille ( du moins si du SPL est nécessaire ..)
J’en suis le premier convaincu ( je suis full pavillon jusqu’à 55/ hz .. )

Bien d'accord avec toi et c'était le sujet que j'ai abordé dans mon précédent message : grands pavillons pour avoir de la directivité bas en fréquence.

Sauf que c'est uniquement envisageable dans une grande salle avec un recul suffisant. Toi qui parlais d'acoustique de control room de studio dans l'autre poste, dans ces mêmes control room a l'usage très spécifique ils n'utilisent jamais d'enceintes a pavillon, même les TSM sont remplacées petit a petit.

Personnellement j'aime beaucoup les bons systèmes a pavillons dans les grandes salles, tout dépend comment c'est conçu et mis en œuvre, mais j'ai aussi fait d'excellentes écoutes dans des salles plus petites avec de très bons systèmes a radiation directe.

[Nicolas]

il y a un entre deux oui, pas sur que la 8C soit le meilleur exemple par contre et encore moins cette video assez partial.

Quand tu fais du Cardio trop bas et que tu boost ton woofer il se passe ça sous 300hz (source ASR) :


Mais je vois l'idée, oui il y a des entre deux et on est tous à pars Roland dans un entre deux entre direct (nos mid-woofer) et controllé (comp/tweeter WG).

Perso en compromis : pvrx et son projet en 80°, Fledermaus et le sien (en cardio sans pété la disto...), Gug42, Didier34... ça manque pas.

Yen a qui sont un chouilla plus expressif full 18S avec le tout dernier 18NLS4000 en sub clos (waf...):

Et en plus timide écoute proche:

J'aurais plus aimé que l'on parle charge plus que direct vs controllé (sinon on risque d'aller null part ^^) mais la démonstration reste interessante

[Indien]

Ce n'est qu'une question d'application, il n'existe pas de type de HP réellement supérieur a d'autre, il n'y a que des choix plus ou moins adapté. Si on a besoin de SPL et qu'on dispose d'un recul nécessaire alors effectivement les systèmes a pavillons sont l'un des choix les plus judicieux.

Dans de petites salles correctement traitées la radiation directe va très bien, il y'a même moins d'écart de directivité entre le grave et l'aigu, tant que le système est adapté au SPL visé, la réponse impulsionnelle et la dynamique est aussi bonne.

Evidement si le système a un rayonnement large, il faudra se rapprocher d'autant pour être proche de la DC.

Je pense comme toi Julien, tout n'est qu'une question d'application et surtout de compromis possibles entre tout les critères.

Celui qui comme Roland écoute à 12m peut être full pavillons jusque 80Hz et encore, on en parlait, entre 300 et 80Hz, de la radiation directe en array de 4 X 15" faisait aussi le job, mais c'est moins fun
A ces distances, il y a un souci de SPL que seul le pavillon peut fournir si on veut rester en point source pur.

Il y a aussi la place pour un pavillon de bas médium de 1,20 X 1,20.
Et même la place pour un pavillon de grave qui descends encore plus !

A 6 mètres, on aura moins de place, donc des pavillons plus petits et donc des fréquences plus haute traitées par pavillons, système moins directif...
Plus la salle est petite, plus l'utilisation du pavillon ne peut avoir lieu qu'en haute fréquence.

Dans un salon de 30m2 et à 2,5m de recul, on hésite même entre un pavillon de 25 et de 30cm car ça impacte la taille de l'enceinte et le WAF qui est pour la majorité des passionnés un sujet.

L'acoustique joue aussi beaucoup, comme le rappel Wakup, le choix actuel de bien des studios est de faire appel à de la radiation directe, car le DI est plus plat, il y a moins de déséquilibre entre le direct et le réverbéré.
Mais c'est le seul cas, avec l'écoute en champ proche, ou le gain de directivité n'est plus un avantage

L'idéal c'est d'avoir assez de place en terme de salle pour être directif assez bas en fréquence pour passer de directif à peu directif sous la fréquence de Srchoeder, ainsi, la rupture de DI s'entends moins.

Il y a une solution intermédiaire, alternative très connue au pavillon et utilisée qui permet un bon maintient de la directivité, c'est le principe de la doublette de HP pour créer un lobe de directivité, choix possible en H ou en V, voir du quattro pour gérer le lobe en H et en V, c'est plus directif et ça prends peu de place.
Genre d'enceintes qui permettent d'être plus directives plus bas en fréquence, donc de bien gérer le DI.
Cette approche est trop peu considérée... du moins souvent uniquement dans le grave (les colonnes à plusieurs Woofers verticaux)

Le principe du cardio type Dutch Ducth, je trouve que l'interet est limité, Q est trop marqué et le gain est trop haut en fréquence (sauf à le faire sur de très grandes enceintes), c'est bien moins avantageux que le simple fait de doubler un HP sur une même plage fréquencielle pour créer un lobe. Ca n'enlève rien au au cardio pour le côté technique, très intéressant à réaliser.

Pour finir, le gain de directivité est un compromis possible dans un salon asymétrique ou le choix de moins de réflexions permet de moins percevoir l'asymétrie, c'est le cas de tellement de passionnés qui écoutent en acoustique asymétriques que c'est important de le souligner, tout n'est que compromis et il y en a un paquet à faire, sauf pour celui qui fait sa salle dédiée et qui a de la place.

[Jean Fourcade]

Celui qui comme Roland écoute à 12m peut être full pavillons jusque 80Hz et encore, on en parlait, entre 300 et 80Hz, de la radiation directe en array de 4 X 15" faisait aussi le job, mais c'est moins fun

Bonjour Jean-Marc,

Je ne partage pas ce point de vue que défend également Julien d'une écoute obligatoirement lointaine avec de grands pavillons. Il n'y a pas d'étude dans ce sens. La seule contrainte est la géométrie.

Dans une salle HC avec des auditeurs répartis en largeur et en hauteur (gradins) , on ne peut effectivement pas se placer trop près des sources.

Mais, dans mon cas, écoute stéréo avec "sweet point" très réduit, ce n'est plus un problème.

Mes HP seront full pavillons de 70 hz à 20k avec une écoute à 3.5 m. J'ai déjà choisi et reçu les HP.
Pour la partie grave, je m'oriente vers un SBA avec 4 HP mais je n'ai pas encore choisi les transducteurs.

Cdl
Jean

[THXRD]

Salut Wakup ,
Bien sur l’usage de pavillon ( encore plus dans le grave ) n’a d’applications généralement que si la salle a un volume relativement important, mais pas pour une question d'écoute ..( sauf cas de pavillon inadapté ..)

Même avis que Jean sur ce point , il n’y a aucune étude sur ce sujet concernant un « inconvénient » qualitatif
Je pense même le contraire
Tout est une question de bon sens .. si le système , fait 3 m de taille , il y aura forcement des écarts physiques entre centres acoustiques des transducteurs et une écoute à 3 m sera évidemment avec un spot ridiculement étroit ..et accompagné d’autres défauts hors axes
SI le concept est bien pensé , le pavillon reste de mon avis une excellente solution , voir la meilleure dans beaucoup de cas .. faut juste faire « cohérent » avec l’usage ..

Evidemment pour écouter ã 3 m dans 25 m2 .. ça ne présente pas réellement d’’intérêt coté SPL , mais c’est un autre aspect ..

Par contre ta remarque sur le fait que les studios n’utilise jamais de pavillon est partiellement erronée..
En prod cinema , bien sur que si ( mais jamais pour le grave )
Et en studio musique , beaucoup des meilleurs moniteurs actuels utilise des guide d’ondes devant les tweeters et même le médium .. ou font pour créer un lobe , un array X ( mais ça reste sur une BP d’usage très étroite et avec qqs contraintes )
Le but étant de gérer la directivité ..c’est un paramètre fondamental comme l’est le traitement salle ..
Il faut aussi considérer un élément important pour les studios : le prix des M2 explose partout en ville ( et partout dans le monde ) et donc la tendance uniquement pour une question de $$$ est de rėduire la taille des studios .et donc petits studios/ petits monitors ..

Jean Marc , en effet un Xarray gère la directivité , mais nécessitera de travailler en bande très étroite sinon , lobes secondaires et a SPL égale , ça coute en HP ..
ma solution dans le grave est bêtement de faire ce qui se faisait couramment il y a 4 décennies en concert on couple des pavillons de graves avec diverses solutions afin de gérer la directivité plus bas qu’un seul pavillon
Bêtement un arrayage simplifié où l’on cumule «  lobe ». et le gain pavillon .. lobe qui fonctionne sur a peine plus d’une octave mais ..c’est le but recherché ( accompagné d’un filtrage Brickwall phase lin )
on peut aussi faire un array V de pavillon ou un array sol .. ect ou , comme on le voit en concert techno , un plan array pour gérer en H/V encore plus ( et limiter le SPL de près )
Le but étant que la directivité H de la section grave ( 52 à 220hz ) se raccorde avec celle du gros pavillon bas médium ( 220/825 hz ) .. en H et en V ..
l’une des difficulté générale est de faire que la directivité générale de l’enceinte ne présente pas de rupture entre voies ce qui est souvent le cas ..( d’où l’usage de guide d’onde dans de nombreux monitors ..)
Les Fc et les pentes de raccord étant simultanément un paramètre important sur ce point ..
Cdt
Roland

[Jean Fourcade]

@ Roland

[Dagda]

Mes HP seront full pavillons de 70 hz à 20k avec une écoute à 3.5 m. J'ai déjà choisi et reçu les HP.
Pour la partie grave, je m'oriente vers un SBA avec 4 HP mais je n'ai pas encore choisi les transducteurs.

J'espère que vous partagerez cette réalisation avec nous ici

[Jean Fourcade]

J'espère que vous partagerez cette réalisation avec nous ici

Bien sûr ! C'est entre autres le but d'un forum.