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image121-4.jpg


Correction de la taille de la face avant des enceintes

Mise à jour : 2014-04-20.


Monter un haut-parleur sur la façade d'une enceinte entraîne une modification de la courbe de réponse en fonction de la taille de cette façade.
Cette modification est importante en théorie, pourtant nous ne trouvons pas grand chose sur le sujet, sur Internet en Français. Tout le monde n'est pas bilingues...
J'indique dans ce chapitre les liens et mes essais sur le sujet, et je compte sur les lecteurs, via les forums ou en direct, pour apporter leurs expériences et avis.
Vous pouvez en faisant des recherche sur Internet trouver des renseignements avec le terme "baffle step".

Dans le choix des HP et de la fréquence de coupure, c'est, peut être, un critère à prendre en compte.
Filtrer le grave et le médium à la fréquence du passage du mode de rayonnement de 4 Pi en 2 Pi est une bonne méthode qui facilite grandement la correction en jouant juste sur le gain du médium, sans ajouter de composants de filtrage supplémentaire si le filtre retenu est celui qui convient.


Terminologie :

Ce a quoi il est fait allusion, c'est la taille du baffle avant et du changement avec la fréquence de la charge du haut parleur qui y est monte, d'un espace 4 Pi (sphérique) a 2 Pi (hémisphérique).
Plus scientifiquement, on dit que c'est la résistance acoustique qui augmente, et, avec elle, le niveau sonore.
La sensibilité des HP étant exprimée dans un demi espace (2 Pi), le baffle step est une atténuation du grave.


Changement de mode :

La courbe ci-dessous montre un baffle step théorique à 250 Hz, début à 62.5 Hz, fin à 1000 Hz, avec une atténuation du grave de 6 dB. La fréquence de transition correspond à la moitié de l'atténuation, c'est à dire 3 dB. Cela correspond à une face avant de 72 cm de large.
En dessous de 30 Hz, la réponse est dans 4 Pi stéradian, au dessus de 2000 Hz, la réponse est dans 2 Pi stéradian, entre 30 et 2000 Hz, vous avez la transision progressive du mode 4 Pi au mode 2 Pi stéradian, avec une fréquence de transition à 250 Hz.
Il n'est pas précisé si cette courbe à été mesurée en intérieur ou en extérieur, ni la hauteur de l'enceinte par rapport au sol.

baffle_step_200.png


A la mesure d'une enceinte réelle dans un salon, la difficulté est de voir le baffle step parmis les accidents de la courbe de réponse. L'enceinte fait 22 cm de large, et à un baffle step à 780 Hz. (début théorique à 195 Hz, fin théorique à 3120 Hz) Il faut regarder les points vers 100 Hz et vers 2500 Hz.
Pour voir les choses, il faut lisser le plus possible la courbe. Lissage à l'octave dans le cas ci-dessous. Nous avous, sur cette enceinte, un baffle step de 2 dB environ.
Nous ne sommes pas absolument certain de voir le baffle step, cela peut aussi bien être la remontée du médium courante sur un large bande.

voir_step.png

Je vais être franc et direct, j'ai regardé les mesures de 4 HP mesurés par mes soin. L'exemple ci-dessus est le seul qui peut montrer un baffle step, sans être absolument certain que c'est bien ce phénomène qui est vu. Sur les autres, cela ne se voit pas, parce que noyé dans les perturbations de la pièce.
A partir de là, faut-il en tenir compte dans la conception ?

  • Si vous mettez un égaliseur dans la chaîne, la réponse est non. L'égaliseur corrigera à la fois les accidents de la courbe de réponse et le baffle step.
  • Si vous voulez le corriger avec le filtre passif, choisissez bien la fréquence de coupure et le type de filtre utilisé, mais, à votre place, j'éviterai de trop en tenir compte sur la sensibilité du médium ou du tweeter. 1 ou 2 dB sont possibles, au dessus vous prenez des gros risques.

Dans le cas d'une enceinte placée dehors sur un mat assez haut, le baffle step est incontestable. Par contre sur une enceinte posée proche du sol dans une très grande salle, ou dans votre salon, j'ai un énorme doute.
La sphère est dessinée avec 860 cm de diamètre, longueur d'onde de 40 Hz, le sol est à 90 cm de l'axe du grave sur la 2eme images. C'est presque une demi sphère, donc un rayonnement dans 2 Pi stéradian. Le baffle step n'existe pas pour nous amateur de Hi-Fi ???
Et imaginez que je rajoute sur mon dessin le mur arrière et un mul latéral. La sphère de 4Pi stéradian sera franchement réduite...

40hz-1500cm

40hz-90cm

Cet article de Roy Allison sur L'influence du local sur les enceintes acoustiques me conforte dans mon idée que pour la Hi-Fi dans un salon le baffle step n'est absolument pas à prendre en compte.
Par contre, pour une SONO en extérieur j'aurai un avis différent si les enceintes sont placées en hauteur.

Le sujet a été discuté sur Audioforum et la réponse ne fait pas l'unanimité même si la tendance se dégage pour dire qu'il ne faut pas tenir compte du baffle step en écoute domestique.
Je me risque a une explication pour ceux qui disent le contraire : N'est-ce pas des audiophiles qui aiment un grave un peu plus gonflé que celui donné par une simple courbe de réponse linéaire, et qui prennent pour prétexte le baffle step pour justifier un réglage avec le son qui leur plait ?


Les courbes théoriques :

  • TRUEAUDIO nous montre les courbes théoriques en fonction de la forme de l'enceinte, et les possibilité de correction avec une self et une résistance, ou avec un condensateur et une résistance.

  • LINKWITZ LAB. C'est le même sujet tout en étant moins facilement exploitable, sauf pour une correction en actif avec un circuit intégré.

  • Quater-Wave. Les choses convergent, même analyse, même solutions.

  • Baffle diffraction step. Ces Américains, avec leurs côtes en Inches...

  • The Audio Pages : Baffle Step Compensation

  • Effet de baffle et diffraction par le site Just DIY it.


Autre liens sur le même sujet. Ce n'est plus la théorie sur le baffle step, mais le calcul des effets de bords.


Calculs :

L'analyse des 4 premiers liens ci-dessus montre une incohérence dans les coefficients : 115 m/s pour l'un, 4560 / 25.4 = 179.5 m/s pour deux autres.
Une autre source, Just DIY it, indique un début à F = 1 / 8 * 344 / L et une fin à F = 2 * 344 / L. Le centre se trouve exactement à F = 1 / 2 * 344 / L = 172 / L.
Que retenir ?
Je choisis une valeur proche de celle des américains, 172 m/s. Il y a une raison à cela : La célérité du son est de 344 m/s. la valeur retenue est C / 2 = 344 / 2 = 172 m/s. La valeur est parfaitement logique et correspond exactement au centre des valeurs de début et de fin du site Just DIY it.

C'est très simple :
Soit L la largeur de votre enceinte en mètre, la fréquence théorique de changement du mode de rayonnement est :
F = 172 / L.
Exemple : mes baffles plans font 46 cm de large (0.46 m).
F = 172 / 0.46 = 370 Hz. Début à 92.5 Hz, fin à 1480 Hz.

Si vous cherchez quelle fréquence de coupure choisir entre un grave et un médium, c'est une excellente solution, la meilleure si les HP le permettent :

  • Sur une enceinte de 30 cm de large, c'est 172 / 0.30 = 570 Hz. Début à 142.5 Hz, fin à 2280 Hz.

  • Sur une enceinte de 25 cm de large, c'est 179.5 / 0.25 = 690 Hz. Début à 172.5 Hz, fin à 2760 Hz.

  • Sur une enceinte de 20 cm de large, c'est 179.5 / 0.20 = 860 Hz. Début à 215 Hz, fin à 3440 Hz.

  • Sur une enceinte de 15 cm de large, c'est 115 / 0.15 = 1150 Hz. Début à 287.5 Hz, fin à 4600 Hz.

Regardez les enceintes du commerce, les colonnes hautes, profondes et étroites, elles ont le plus souvent une coupure dans cette gamme de fréquence. Ce n'est pas un hasard.


La pratique :

Prenez des enceintes IN WALL. (Encastrées dans le mur). Il n'y a pas de baffle step, le mur fait toute la largeur de la pièce.
Maintenant prenez une sphère sur un mat en plein air à 15 m d'altitude. le baffle step est exactement conforme à la théorie.

Entre ces deux extrêmes il y a vos enceintes dans votre pièce.
Suivant qu'elles sont placées plus ou moins loin du mur arrière ou des murs latéraux, l'effet sera plus ou moins marqué.
Dans le grave, avec les enceintes posées sur le sol, je m'interroge sur la possibilité d'avoir le baffle step. le sol limite le rayonnement dans un demi espace !!! Il y a certainement plus de risque d'avoir une atténuation dans le bas médium qu'un manque de graves.

L'atténuation de 6 dB en théorie sur un mat en plein air, et de 0 dB pour des enceintes IN WALL, pourra prendre toute les valeurs entre les deux en fonction de votre cas précis.
La résistance devra donc être réglée à l'écoute pour votre cas précis qui n'est pas identique au mien.
(La sensibilité dans 4Pi stéradian, affichée dans les paramètres T&S des HP, est calculée avec une atténuation de 4 dB, parce que cette valeur fait consensus sur les forums.)

De même pour la fréquence, un mur assez proche pourra décaler la fréquence à laquelle l'effet se fait sentir. Là encore, la valeur exacte de la self de correction devra être réglée à l'écoute pour votre cas précis.

J'indique dans ce chapitre un exemple, qui correspond à mon cas.
C'est à vous de vérifier s'il s'adapte exactement ou pas à votre cas. L'ordre de grandeur n'est pas totalement faux, les valeurs exactes ne le sont que chez moi.


Le piège :

Sur le forum Conception des enceintes acoustiques un internaute me faisait remarquer que le baffle step existait bel et bien, pour preuve sur son système à 3 voies le médium à pu être choisi avec une sensibilité à -4 dB par rapport à la sensibilité du HP de graves.
La preuve n'en est pas une. Si le médium est utilisé sur une bande de fréquence étroite il est parfaitement possible que la sensibilté nécessaire soit inférieure à celle du HP de graves. Le simulateur théorique de filtre JMLC en apporte la preuve : -4.3 dB sur le médium pour obtenir une courbe de réponse plate dans l'axe.

step.png

La sensibilité plus faible, ou une atténuation du médium n'est pas la preuve de l'existance du baffle step.
Par contre si médium et tweeter ont tout les deux une sensibilité plus faible, alors il est probable que ce soit dû au baffle step.


Conception d'une enceinte de SONO en intégrant le baffle step :

Imaginez que vous vouliez faire une enceinte, et que vous êtes absolument certain d'avoir le baffle step.
Vous choisissez votre HP de graves, et un médium avec une sensibilité de 4 dB inférieure à celle du grave, pour retenir la valeur qui fait consensus.
Vous choisissez la fréquence de coupure exactement à la fréquence du baffle step.
Avez vous avez mis toutes les chances de votre coté ?
Non parce qu'il faut encore filtrer vos HP, et que le choix du filtre est lui aussi très important.
Pour les exemples ci-dessous, j'ai retenu une enceinte de 45 cm de large, avec un baffle step de 380 Hz d'une amplitude de 4 dB. Début à 95 Hz, fin à 1520 Hz

Le baffle step théorique moyen de votre enceinte est comme la courbe ci-dessous :

baffle_step_380.png

La réponse de votre enceinte filtrée doit être l'inverse de celle ci-dessus.
Pour faciliter la comparaison, la courbe à obtenir sera placée à chaque fois juste au dessus de la courbe de l'enceinte filtrée, courbe obtenue avec le simulateur théorique de filtre JMLC.
Lorsqu'il le fallait, j'ai décalé les fréquences de coupure pour avoir le point à -2 dB à 380 Hz.
Une seule conclusion : Simulez vos filtres avant de retenir une pente et fréquence de coupure...


Filtre à 6 dB Butterworth à 380 Hz :
Avec un décalage des fréquences de coupure, le suivi de la pente d'atténuation est pratiquement parfait.

baffle_step_inv_380.png

butt6_380.png


Filtre à 12 dB Linkwitz Riley à 380 Hz :
Avec un décalage des fréquences de coupure moins important qu'avec le filtre à 6 dB, le suivi de la pente d'atténuation est pratiquement parfait.

baffle_step_inv_380.png

link12_380.png


Filtre à 12 dB Butterworth à 380 Hz :
Ce filtre ne convient pas, même avec un décalage des fréquences de coupure.

baffle_step_inv_380.png

butt12_380.png

butt12_250.png


Filtre à 18 dB Butterworth à 380 Hz :
Ce filtre ne convient pas, le raccordement entre les deux HP est trop raide.

baffle_step_inv_380.png

butt18_380.png


Filtre à 24 dB Linkwitz-Riley à 380 Hz :
Ce filtre ne convient pas, le raccordement entre les deux HP est trop raide, même s'il est plus favorable que pour un filtre Butterworth à 18 dB.

baffle_step_inv_380.png

link24_380.png


Conclusion :
Seul deux filtres conviennent, si vous voulez compenser le baffle step en jouant sur la sensibilité des HP et le filtrage.
Avec un choix judicieux des HP, la solution avec un filtre à 6 dB entre un grave et un large bande devrait vous apporter toutes satisfactions. Par contre oubliez les fréquences de coupure à 100 ou 150 Hz.
Si vous avez besoin de pentes plus raides, alors seul le filtre à 12 dB Linkwitz-Riley convient.

Nous avons vu que l'atténuation de 4 dB était une valeur consensuelle. La valeur réelle peut être plus importante ou plus faible.
Vous pouvez atténuer un médium si la sensibilité est trop importante, vous ne pouvez pas atténuer le grave.
Partant de là, il est plus sécurisant de partir avec un HP de médium qui a une sensibilité que de 2 ou 3 dB inférieure à celle du grave, et de l'atténuer si nécessaire à la bonne valeur, que de partir avec un HP de médium qui a une sensibilité de 4 ou 5 dB inférieure à celle du grave, et de se retrouver sans solution avec un grave que vous ne pouvez pas atténuer.
En conception DIY, jouez la sécurité...


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