2-6-1-4 : Le montage MTM ou la source concentrique

Mise à jour : 5 octobre 2023, Antimode 11.

 

MTM :

 

Le montage MTM de Joe APPOLITO consiste à mettre deux haut-parleurs de médium de part et d'autre du tweeter.
Sur l'image ci-dessus ce sont deux VISATON B200 de part et d'autre un tweeter ATS T26haut-parleur.
À ce montage mécanique est associé un filtre à pentes relativement élevé de 18 ou 24 dB/octave électriques sur le médium et sur le tweeter, filtre qui coupe à une fréquence relativement basse.
L'intérêt théorique de cette solution est de présenter un diagramme de directivité large dans le plan horizontal (si les Haut-parleurs sont en ligne verticalement) et plus étroit dans le plan vertical.
Ce n'est possible qu'avec une coupure assez basse, généralement moins de 2000 Hz.
Cette fréquence de coupure maximale est définie avec la longueur d'onde et l'entraxe des deux haut-parleurs de médium.

Le terme "source concentrique" n'est pas très juste pour cette disposition, symétrique par rapport à un plan horizontal passant par le tweeter.

Que deviennent les merveilleux lobes de directivité dans votre pièce d'écoute ou les réflexions sur les murs et les sols sont aussi importants que les sons directs ?
La directivité étroite dans le plan vertical rend ce montage moins sensible à la nature du sol et du plafond.
Les réflexions sur les murs sont identiques au montage classique.

Le montage MTM est un argument marketing très intéressant pour les constructeurs, dans des réalisations commerciales.
Pour beaucoup de gens, trois haut-parleurs c'est mieux que deux...
Qui ira ouvrir la boîte pour se rendre compte que d'un filtre théorique à 18 ou 24 dB/octave, une simplification plus ou moins hasardeuse l'a fait passer à 12 dB/octave sur le tweeter et à 6 dB/octave sur les haut-parleurs de grave médium ?
Parce que l'intérêt de la solution se trouve surtout dans le filtre, pas de directivité plus étroite dans le plan vertical avec un filtre à pente douce.

Pour un amateur, la multiplication des sources sonores n'est pas une bonne chose : elle coûte cher avec un haut-parleur de plus, le filtre passif est plus compliqué. (Pas de problème avec un filtre actif).
Le haut-parleur idéal est une source ponctuelle à très large bande passante.

Le MTM a l'avantage d'avoir une surface de membrane plus grande dans le médium, grâce à deux haut-parleurs au lieu d'un seul.
Si vous préférez le médium d'un 21 cm à celui d'un 13 cm, un MTM avec deux haut-parleurs de 17 ou 21 cm vous en donnera encore plus.
Il est très difficile de trouver des haut-parleurs d'un diamètre supérieur à 21 cm qui sont bons dans le médium.
Deux 21 cm en montage MTM donnent une surface (433.8 cm²) supérieure à un 25 cm (343.5 cm²) et inférieure à un 31 cm (516.9 cm²).
La surface moyenne des haut-parleurs, calculée en base de données.

Ce type de montage convient mieux pour une écoute à une distance assez grande des enceintes, s'il fallait donner une valeur à "assez grande", je dirai 4 m et plus.
Ne l'utilisez pas en écoute de proximité.

 

Source concentrique :

Certains constructeurs logent le tweeter au fond du cône du grave médium, à la place du cache noyau.
C'est une excellente solution pour contrôler la directivité dans tous les plans.

• PHY-haut-parleur a réalisé un haut-parleur de 30 cm large bande (KM30), complété d'un tweeter au centre qui est très proche du haut-parleur idéal recherché.
   
• CABASSE est allé jusqu'à mettre 4 haut-parleurs concentriques dans sa sphère :
  Un bas médium à l'extérieur, un haut médium au milieu et le tweeter au centre, et un grave derrière les trois avec des sorties acoustiques tout autour.
   
• Beaucoup de haut-parleurs coaxiaux ont une chambre de compression au centre, c'est la membrane grave médium qui fait office de pavillon avec son profil exponentiel.
  TANNOY est un bon exemple de ce type de réalisation.

KEF le fait avec ses modèles appelés "UNI-Q", un 16 cm avec un dôme de 25 mm au centre.
Sur leur Référence 207, ils ont en plus rajouté un super tweeter : les gens du marketing ont dû passer par là...

Certains donnent comme argument une augmentation de la puissance sonore.
C'est vrai que deux 17 cm donnent plus 3 dB de niveau qu'un seul.
Mais pourquoi ne pas passer à un seul 21 cm qui coûtera moins cher et descendra plus bas en fréquence ?
Pour avoir effectivement plus de niveaux, les haut-parleurs doivent être branchés en parallèle, l'ampli doit pouvoir donner une puissance sur 4 Ohms du double que celle sur 8 Ohms.
Cette dernière hypothèse n'est pas souvent rencontrée sur les ampli bon marché ou home cinéma.

Maintenant, il faut reconnaître que certaines réalisations commerciales qui utilisent ce principe sont de véritables réussites : Une GRANDE UTOPIA par exemple, ou certains modèles de chez DYNAUDIO.
Mais avez-vous le budget pour des baffles de ce type ?

 

Faut-il pour autant le conseiller à l'amateur ?

Je ne peux pas approuver un montage MTM à partir de deux haut-parleurs de grave médium bas de gamme parce que votre budget est limité, un seul haut-parleur de grave médium de qualité est moins cher dans ce cas.
Ce sera la seule réponse que je vous ferai.

Maintenant, à partir de deux bons haut-parleurs, pourquoi pas.
Deux 17 cm sont certainement plus facile a recouper à 1500 Hz qu'un seul 21 cm.
Ils seront aussi moins directifs, mais c'est à voir dans chaque cas.
Le filtre reste assez compliqué, mais avec un bon lien pour le calcul, filtre à 18 dB, les valeurs théoriques sont facilement calculées.

Au niveau du filtrage, et même avec un filtre actif, c'est le filtre à 18 dB/octave avec raccord à -5 dB (filtre JMLC) qui donne les meilleurs résultats à l'écoute, à la mesure, et à la simulation.
Le chapitre Simulation de 4 filtres sous Mathcad vous le montre de façon éclatante.

 

Sensibilité et fréquence de coupure :

Sensibilité :

La sensibilité des deux haut-parleurs de grave médium ou de médium est +3 dB par rapport à celle d'un seul haut-parleur. (Je parle de la sensibilité en dB/W/m, c'est +6 dB en dB/2.83V/m)
Le montage MTM permet facilement le haut rendement...

Mais cette sensibilité de +3 dB n'est pas valable à toutes les fréquences, tout dépend de la longueur d'onde.
Prenons deux haut-parleurs de 17 cm de part et d'autre d'un tweeter de 10 cm, l'entraxe est de 8.5 + 10 + 8.5 = 27 cm au minimum.
La fréquence correspondant à une longueur d'onde de 27 cm est 34370.7 / 27 = 1273 Hz.
Vous êtes certain d'avoir les +3 dB du grave jusque 1273 / 2 = 640 Hz.
Il est probable que les +3 dB existent encore à 1273 Hz.
Vous êtes certain de ne pas les avoir à 2550 Hz, vous n'aurez pas 0 dB non plus, mais vous aurez une valeur entre 0 et 3 dB.
Je soupçonne certains fabricants d'utiliser cette baisse de sensibilité dans le haut médium pour compenser la remontée de la courbe de réponse dans le médium à ces fréquences.
Ils ont fait une mise au point à la mesure, et ils acceptent aussi une réponse en peigne dans le haut médium.

 

Attention pour la fréquence de coupure :

Soit Ka = 2 * Pi * F * a / C
Avec
F = fréquence de coupure à -3 dB des haut-parleurs de grave médium ou de médium en Hz.
a = le rayon équivalent à la surface des deux haut-parleurs de grave médium ou médium en m.
Soit Sd la surface de l'un des haut-parleurs de grave médium, a = racine( 2 * Sd / Pi ).
C = la célérité du son = 343.707 m/s à 50 m d'altitude et 40% d'humidité relative.

Idéalement il faut couper les haut-parleurs a une fréquence de telle sorte que Ka < 1.5.
En aucun cas il ne faut couper à une fréquence supérieure à Ka >= 2.
La formule pratique est F < 1.5 * C / ( 2 * Pi * a )
Ne vous prenez pas la tête avec les calculs, la base de données haut-parleur les faits pour vous si vous prenez l'option "2 haut-parleurs, montés côte à côte, branchés en parallèle".

À cette fréquence de coupure électrique, j'ajoute une condition de montage mécanique de façon à avoir moins d'une longueur d'onde à la fréquence de coupure entre les deux haut-parleurs de grave médium ou de médium.
Entraxe maxi = C / F.

Vous allez vous rendre compte que la fréquence de coupure idéale est basse, très basse, et que l'entraxe est petit.

• Haut-parleur de 10 cm, Sd = 053.4 cm2, F = 1407 Hz pour Ka = 1.5, F = 1876 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 18.3 cm maxi.
• Haut-parleur de 12 cm, Sd = 075.0 cm2, F = 1187 Hz pour Ka = 1.5, F = 1583 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 21.7 cm maxi.
• Haut-parleur de 14 cm, Sd = 090.7 cm2, F = 1080 Hz pour Ka = 1.5, F = 1440 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 23.9 cm maxi.
• Haut-parleur de 17 cm, Sd = 135.5 cm2, F = 0883 Hz pour Ka = 1.5, F = 1178 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 29.2 cm maxi.
• Haut-parleur de 21 cm, Sd = 216.9 cm2, F = 0698 Hz pour Ka = 1.5, F = 0931 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 36.9 cm maxi.
• Haut-parleur de 25 cm, Sd = 343.9 cm2, F = 0554 Hz pour Ka = 1.5, F = 0739 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 46.5 cm maxi.
• Haut-parleur de 31 cm, Sd = 517.2 cm2, F = 0452 Hz pour Ka = 1.5, F = 0603 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 57.0 cm maxi.
• Haut-parleur de 38 cm, Sd = 853.3 cm2, F = 0352 Hz pour Ka = 1.5, F = 0469 Hz pour Ka = 2.0, entre axe 73.3 cm maxi.

Si vous souhaitez couper a des fréquences supérieures à celles indiquées, voyez le chapitre "simulation de 4 filtres sous Mathcad" pour voir à la simulation si le résultat est acceptable ou pas.

 

Réponse en peigne :

Si vous faites monter trop haut en fréquence les deux haut-parleurs de médium, si la distance entre les deux haut-parleurs de médium est trop importante, si les pentes de coupure sont trop douces, vous aurez une superbe réponse en peigne dans le médium aigu.
Une réponse en peigne est une succession de creux dans la courbe de réponse, les bosses sont à +6 dB comme le prévoit la théorie.
Ce sont surtout les premiers creux les plus gênants, le tweeter prendra le relais dans les aigus.

 

Sur mon ancien système :

Sur mon système, celui en photo en haut du chapitre, j'ai remplacé le tweeter ATS T26haut-parleur coupé à 2000 Hz par un AUDAX WFR12.
Avec le filtre actif, j'ai cherché à l'écoute la fréquence de coupure optimale, 900 Hz à -3 dB pour les B200, c'est-à-dire pour Ka = 1.92
Les tests ont été réalisés avant d'avoir l'équation de la fréquence limite, c'est une belle vérification pratique.
(Ne dites pas sur les forums que vous remplacez un tweeter par un médium-tweeter, mais faites-le.)
L'entraxe entre les deux B200 est actuellement de 40 cm, il sera réduit à 36 cm dès que possible. Pour 900 Hz c'est 38 cm maxi.

 

Ceux qui ne respectent pas les règles ?

En apparence, certains constructeurs réputés ne font absolument pas ce qui est écrit dans ce chapitre.
Il y a deux tweeters, ce qui est la garantie d'une superbe réponse en peigne dans les aigus.
L'entraxe des médiums est important, et la fréquence de coupure est trop haute.
Enfin la presse spécialisée est élogieuse lors des tests à l'écoute, tout le monde connaît l'absence de pertinence technique de la presse spécialisée !

Jean Dupont m'a écrit la remarque suivante :

Il me semble que Dynaudio évite une réponse en peigne dans les aigus en attribuant une plage de fréquence différente à chaque tweeter:

• Un tweeter de 2200 Hz à 8500 Hz.
• Un tweeter à partir de 8500 Hz.

J'ai vu ces fréquences dans cette page : Caractéristiques techniques M5P.
Crossover : 5-way.
Crossover Freq. : 290, 480, 2200, 8500 Hz.

Une bonne conception se fait avec des arguments techniques irréfutables, ils sont écrits.
En acoustique il y a toujours les exceptions qui confirment la règle.
L'entraxe entre les médiums et les deux tweeters me semblent trop grand, même si les deux tweeters ont des fréquences de coupure séparées.
Mais il y a un doute qui reste, parce que je n'ai pas mesuré l'entraxe exact des médiums.

 

Les PDF et compléments de Jean Dupont.

 

Sur mon ancien système ?

Mon approche a évolué sur le montage MTM.

J'ai été farouchement opposé à cette solution jusqu'à ce que je reçoive une étude théorique calculée qui montre le gain sur les lobes de directivité.
Cette étude est incluse dans le chapitre simulation de 4 filtres sous Mathcad.

Une deux voies classique, filtrée à 18 dB/octave, a un lobe de directivité principal qui part vers le haut, ou le bas, suivant que le tweeter est au-dessus ou au-dessous du médium.
Une deux voies MTM, filtrée à 18 ou à 24 dB/octave, a un lobe de directivité principal bien perpendiculaire au plan vertical des haut-parleurs.
Le filtre Butterworth à 18 dB/octave avec raccord à -5 dB, dit filtre JLMC pour Jean Michel Le Cleac'h, donne les meilleurs résultats sur mon système.

Il a aussi fallu que j'attende de trouver une 2^e paire de B200 VISATON en occasion pour pouvoir faire l'essai, sachez que les B200 ne courent pas les rues.

Dans un 2^e temps, je suis revenu à un montage classique, un seul médium B200 et un tweeter.
Un vrai tweeter donne un meilleur aigu qu'un médium tweeter de 10 cm, mais il se coupe plus haut en fréquence, ce qui est incompatible avec le MTM.
J'ai associé ce montage avec un filtre à 48 dB/octave à 2700 Hz, et avec la correction de la phase acoustique.
L'entraxe des haut-parleurs est de 20 cm.

 

Un faux MTM ?

Cette partie est purement théorique, je n'ai jamais rien lu qui pourrait dire que c'est effectivement utilisé en pratique.
La vue extérieure d'une enceinte ne permet pas de dire si c'est utilisé ou pas.
Seules une analyse du filtre ou la mesure très proche des haut-parleurs permettent de dire si c'est utilisé ou pas.

Imaginez une enceinte d'apparence MTM, avec un haut-parleur de grave médium en bas, un tweeter ou une compression plus pavillon au milieu, un autre haut-parleur de grave médium identique au premier en haut.
Imaginez un filtre de coupure tout à fait classique entre le tweeter ou la compression plus pavillon d'un côté, et le grave-médium du haut de l'autre.
Imaginez un autre filtre de coupure à 6 dB sur le grave médium du bas, réglé à la fréquence de coupure du Baffle step de l'enceinte.

• Vu de l'extérieur, c'est une enceinte MTM.
• Vu du filtre, c'est une deux voies et demie.
• Dans le grave, vous avez les deux haut-parleurs de grave médium qui fonctionnent en parallèle comme pour un vrai MTM.
• Au niveau du fonctionnement, avec la correction du baffle step avec un haut-parleur de plus, vous avez toutes les chances d'avoir un meilleur résultat à l'écoute, sans égalisations ou corrections par convolution.

Je pense que dans toutes les réalisations commerciales, certains fabricants doivent utilisent cette solution sans le dire.
Cela justifie pleinement des réalisations avec une distance entre les haut-parleurs plus grande que ce qu'indique la théorie, avec un filtre avec des pentes plus douces.

Quand on y réfléchit bien, c'est loin d'être une grosse connerie, au contraire c'est une excellente conception !!!

 

Dôme Acoustique