volume interne, vibrations de structure

[Antoine B]

Bonjour, je me lance avec deux sujets au niveau des graves en lien avec mon prototype d'enceinte. Je mélange des questions théoriques et pratiques, et bien que je sois en train de chercher des réponses par moi-même j'estime avoir fait assez de recherches pour me convaincre que ce n'est pas évident.
C'est peut être un peu long car je tiens à exposer ce que je crois savoir en même temps que mes demandes (en gras) pour être aussi critiquable sur ce que je considère comme vrai

1 - Volume interne

J'ai pu voir des formules de calcul par exemple ici https://www.petoindominique.fr/php/clos.php où le volume net à mettre dans l'enceinte vaut Vb = Vas / ((Qtc/Qts)²-1).
Vas étant un paramètre du HP dépendant uniquement de sa suspension et donné en volume d'air équivalent
Qts est le "facteur de qualité" lié à la résonnance du HP seul (donnée HP)
Qtc est le facteur de qualité total incluant l'enceinte close

En retour, par rapport à la variable Vb : augmenter Vb diminue Qtc ainsi que la fréquence de résonnance du HP

Si l'on suit la logique de cette page :
- le volume à mettre est toujours proche de Vas, si on veut Qtc >= 0.5 sauf si Qts a une valeur inhabituelle
- la diminution du volume est associée à une résonnance plus marquée (donc une réponse fréquentielle moins "plate") et surtout une fréquence de résonnance (et donc de coupure) plus élevée (donc des graves moins forts). C'est le seul problème ?

Ensuite niveau facture des HP, on peut se demander quelles sont les contraintes qui pèsent sur Vas et Qts ?

Intuitivement si on diminue la raideur de la suspension et qu'en même temps on diminue le volume sans rien toucher d'autre, on devrait avoir exactement le même résultat.

Au niveau du calcul, j'imagine que c'est un peu trompeur parce que si Vas augmente en faisant cela, Qts diminue de sorte que in fine Vb diminue (enfin j'ai pas vérifié mais j'en suis quasiment sûr).

Donc a priori, on devrait rechercher la raideur la plus faible si on veut restituer des graves dans un faible volume... Avec tout de même une limite car la raideur ne peut pas être négative donc quand elle devient négligeable devant la raideur de l'air on ne peut plus jouer dessus.

Maintenant j'imagine qu'on ne peut pas gratuitement diminuer la raideur, donc quelles contraintes empêchent de diminuer la raideur d'un HP de grave ?

Intuitivement je dirais qu'il y a déjà une contrainte structurelle de tenue de la masse mobile plus élevée que pour un HP médium mais y en a t il d'autres ?

2 - vibrations de structure

On dit souvent qu'il faut des parois rigides pour éviter les vibrations de structure.
Je crois que c'est surtout au niveau des basses que cela se joue, encore une fois.

En effet, d'une part à volume sonore égal, l'amplitude (en mm) de déplacement des membranes augmente linéairement avec la longueur d'onde et que d'autre part la mise en vibration des parois est globalement passe bas, seules les basses fréquences induisent des contraintes significatives de pression interne susceptibles de mettre en mouvement les parois.

J'ai ce problème sur un prototype après avoir utilisé un matériau très léger et peu rigide. Le son est franchement désagréable lorsque les basses sont fortes et soutenues. J'aimerais associer des critères quantitatifs reproductibles (issus de mesures quoi) à cette impression, afin de pouvoir valider les tentatives de résolution (autrement que "ouais ça marche maintenant parce qu'après 10h d'acharnement l'effet placebo me dit que ça valait la peine"). D'ailleurs avez vous des suggestions originales pour régler ce problème ?

Merci pour votre attention !

[Dagda]

Salut

Pour la première partie, je ne vois pas où tu veux en venir ..

Pour la seconde partie, oui il faut avoir une caisse plutôt rigide.
Cependant, une résonnance de caisse (vibration de parois) peut aussi être présente à fréquence plus élevée.
Il faut trouver le bon compromis entre rigidité, et transportabilité suivant la destination de l'enceinte.

Voir cette vidéo qui devrait t'apporter quelques réponses

[Antoine B]

Merci pour ta réponse, je vais voir cette vidéo

Pour la première partie, tu peux tout skiper et juste voir les questions en gras

[Antoine B]

Ok ce n'est visiblement pas le même phénomène, oui les résonnances internes peuvent se produire à des fréquences aigues et ce n'est pas en augmentant la rigidité des parois qu'on va les corriger, mais en mettant de l'absorbant (et c'est le cas pour mon enceinte), ce qui fait que finalement on s'en fiche un peu de la géométrie et de l'existence de modes propres internes (d'ailleurs "le chemin de l'évent ne doit pas avoir d'absorbant" ça va jusqu'où le chemin de l'évent ?)

Dans mon cas ce n'est pas pareil, il s'agit d'une sensibilité de structure, les parois bougent à cause de la pression, et cela ne peut pas se produire à haute fréquences puisque les variations de pression à l'intérieur du caisson sont plus faibles et intégrées moins longtemps.

[Dagda]

Je crois que tu as été un peu trop vite dans le visionnage

La résonnance à 390Hz est structurelle, c'est une parois qui vibre.
Les résonnances de caisse sont en effet amorties par l'amortissant.

Le chemin de l'évent c'est le trajet entre le HP et l'évent ... d'où l'intérêt de mettre l'évent au plus proche du HP.

D.

[Antoine B]

Oui c'est vrai pardon, que tu corriges avec une plaque de liège, et a priori tu aurais aussi pu modifier d'autres paramètres structurels sans changer la forme intérieure (avec une prédictibilité assez hasardeuse)

Cela dit si je ne m'abuse c'est une mise en résonnance de la structure à cause du mouvement du mobile du haut-parleur (un peu comme dans une secousse sismique) et de l'air à l'intérieur, et pas une sensibilité de la structure à la pression interne par manque de rigidité

Je vois l'idée pour la position de l'évent, mais disons comme chemin s'ils sont sur la même face et que entre l'HP et l'évent il n'y a pas d'absorbant, cela suffit c'est ça ?

[Dagda]

Cela dit si je ne m'abuse c'est une mise en résonnance de la structure à cause du mouvement du mobile du haut-parleur (un peu comme dans une secousse sismique) et de l'air à l'intérieur, et pas une sensibilité de la structure à la pression interne par manque de rigidité

Alors là, c'est la bonne question !
Je ne pourrais dire si c'est un problème de pression interne (doute puisque Bass Reflex) ou si c'est une vibration ...

Je vois l'idée pour la position de l'évent, mais disons comme chemin s'ils sont sur la même face et que entre l'HP et l'évent il n'y a pas d'absorbant, cela suffit c'est ça ?

Bah, tout dépend de la destination.
Généralement, vu la résonnance d'évent, si c'est pour une 2 voies, il est préférable de le mettre à l'arrière.
Si c'est pour un sub, bah c'est pas trop critique et la mise en place d'amortissant permet de virtuellement augmenter le volume.
Tu peux donc mettre de l'absorbant quand même ... tout en laissant le cheminement libre entre l'évent et le HP, à minima d'une section identique à l'évent

D.

[Antoine B]

Désolé je me suis mal exprimé, en fait c'est ta notion de "chemin" que je n'arrive pas à définir correctement. En soit l'air il passe un peu partout donc il y a quelque chose d'arbitraire à délimiter le chemin. Mais en même temps je vois l'idée, lorsque le BR et le HP fonctionnent ensemble, il y a des flux d'air plus important au niveau du BR et de l'HP, et si on freine trop ces flux d'air cela limite fortement la puissance développée par le BR. Là où je peine à comprendre c'est que le mode de fonctionnement où le BR booste bien les basses, les mouvements d'air se font de façon symétrique (quand la membrane recule, l'air du BR recule aussi) ce qui fait qu'il n'y a pas de circulation d'air dans ce mode de vibration. Lorsqu'on descend en dessous de la fréquence de résonnance du BR, là oui il y a une circulation d'air puisqu'ils vibrent en opposition. Enfin dans les deux cas comme c'est périodique il n'y a pas de flux net, mais dans le second cas il y a un flux qui coure bien le long d'un "chemin" dans l'enceinte. Mais ce flux correspond au mode dégradé du BR donc presque bon de le limiter non ?

Dis moi si c'est pas clair ce que je raconte.

Et d'ailleurs

doute puisque Bass Reflex

tant qu'on est au-dessus de la fréquence de résonnance du BR le BR n'agit pas du tout comme un "décompresseur" (car encore une fois il bouge en symétrie). Je crois même que puisque le son est plus puissant toutes choses égales par ailleurs, le BR ajoute de la pression interne pour les fréquences entre sa fréquence propre et celle de la membrane. Mais je n'en suis pas sûr car le "son plus puissant" correspond à ce qui est rayonné à l'extérieur (et donc à la pression acoustique au voisinage de l'enceinte), et ceci n'est pas nécessairement proportionnel à la pression intérieure.

[xnwrx]

En lieu et place de flux d'air qui n'existe tout simplement pas, raisonnez en terme de variation de pression et tout rentre dans l'ordre.

[Antoine B]

Il n'y a pas de flux d'air net mais à partir du moment où un volume d'air à une vitesse instantanée selon une direction, et qu'on prend une surface traversée par cette direction, cela définit un flux d'air, en l'occurrence périodique

les grandeurs acoustiques sont la pression acoustique mais aussi la vitesse acoustique

Donc j'ai du mal à comprendre ce que tu veux dire ici, que en gros y'a pas de "courant d'air" dans l'enceinte c'est ça ?

Ou bien la modélisation simplifiée et raisonnable dans le modèle du bass reflex consistant à dire que l'air inclus est uniquement caractérisé par sa pression (vitesse nulle) et l'air dans le tube uniquement caractérisé par sa vitesse (pression nulle) ?

Justement si ce dont parle Dagda est vrai, il s'agirait d'un effet lié à une vitesse non négligeable qui fait que le placement de l'absorbant pourrait nuire au fonctionnement du BR, et donc une limite de cette modélisation

[Dagda]

Quand je parle de chemin libre, c'est que dans le cas où tu vas trop remplir la caisse d'amortissant, tu vas faire un évent freiné, et donc perdre en partie le bénéfice de ce qu'il apporte en extension dans le grave.
Ça revient à mettre de l'amortissant dans l'évent.

D.

[Antoine B]

merci, et donc maintiens tu ou non que le positionnement de l'amortissement est important comme j'ai cru l'entendre dans la vidéo ? C'est ça que je reliais au "chemin" dont tu parles

[Dagda]

Oui.

Il faut avoir principalement l'amortissant en "central" dans l'enceinte, sans gêner le "flux d'air" allant du HP à l'évent.
Mais si tu charges en amortissant, il y en aura partout.
Il est généralement admis que les densités plus importantes se placent dans le centre, dans le cas où tu remplirais le volume.

D.

[Antoine B]

Ok je vois, en tout cas on a réglé les problèmes de rigidité avec des sortes de "contreforts intérieur" et maintenant ça marche super bien

Mais c'est vrai que l'évent semble fonctionner un peu moins avec les "déviations" générées par les cloisons mais ça n'est qu'une impression qui n'a pas été mesurée

[Dagda]

Les renforts n'ont pas d'impact, sauf si ils ne sont que très peu ajourés.

[pvrx]

Bonjour,
En ce qui concerne d'une façon générale les vibrations parasites, elles ne sont aucunement évitables, et concernent la quasi totalité du spectre audible.
L'amortissement interne intéresse surtout les ondes stationnaires. Dans une charge pour HP de grave ou de medium, c'est essentiellement le mode de profondeur qui est sollicité, et très peu le mode vertical ou latéral. L'amortissement des modes stationnaires suppose de positionner l'amortissant là ou la vélocité de l'air est la plus importante, c'est-à-dire plutôt au milieu du caisson que sur ses parois, ce qui ne servirait pas à grand-chose. Mais il faut que le bouchon d'amortissant soit maintenu, et ne flotte pas au gré du vent...
En charge close, c'est beaucoup plus simple, on peut garnir abondamment sans aucune contrepartie négative, il n'y a que des avantages : régularité de la réponse, régularité des courbes de distorsion, meilleur comportement temporel. Le Vb apparent est de 15 à 25% supérieur au Vb physique de la boîte.

Concernant les vibrations de paroi, elles ne seront pas excitées si elles se situent hors de la plage couverte par le HP.
Le problème est donc plus facile à résoudre pour le grave s'il ne travaille pas au-delà de 200 Hz, est plus sérieux si on lui demande de monter à 500 ou 600Hz.
On doit donc travailler :
1. Le choix des matériaux : utiliser des matériaux à forte raideur (module d'Young), si on veut utiliser du MDF, le choisir en forte densité. Le CP marine est très bien.
2. Le raidissement, très utile si placé où il faut, c'est-à-dire permettant d'immobiliser les points à fort déplacement. En première approximation, un raidisseur transversal placé entre deux parois opposées et en leur milieu déplace les modes principaux d'une octave. Placer des "raidisseurs" dans les coins est sans effet puisque ce sont des points à déplacement nul.
3. Amortissement des parois elles-mêmes. Si on ne peut placer les vibrations hors bande, on peut au moins chercher à dissiper leur énergie en chaleur, en collant sur les parois des plaque adhésives de bitume chargé genre Amortson, très efficaces et assez peut coûteuses.

Pascal

[Dagda]

Salut Pascal

Ça rejoint tout à fait ce qui a été dit et l'expérience faite dans la vidéo.

Il y a juste cette partie qui m'interpelle, ou tout au moins dont j'aimerais bien avoir la "preuve" ?

Dans une charge pour HP de grave ou de medium, c'est essentiellement le mode de profondeur qui est sollicité, et très peu le mode vertical ou latéral.

D.

[pvrx]

Salut à toi Dagda !

C'est une observation que j'ai faite à diverses reprises, et que j'attribue (peut-être à tort) au fait que le HP se comportant à peu près comme un piston excite plus facilement le mode correspondant à la paroi qui lui fait face, perpendiculaire au gradient de pression, donc le mode de profondeur.
Il faudrait que j'explore un peu plus mes fichiers pour illustrer, mais j'ai déjà retrouvé quelque chose.
Il s'agit de la mesure d'un 18" dans un caisson BR de 180 litres non garni d'amortissant, mesure effectuée en BR et en clos après obturation des évents.

Ci-dessous la réponse du caisson mesurée en BR et en clos, qui fait apparaître un mode à 238 Hz ainsi que ses harmoniques. Ce qui correspond à un lambda/2 de 72 cm, soit la distance qui sépare le fond de l'enceinte de la membrane du HP.

Aucun autre mode stationnaire n'est visible.
Je vais regarder si j'ai d'autres docs susceptibles de confirmer.

Pascal

[Dagda]

Et avec la courbe d'impédance ?

[pvrx]

Pas regardé...