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2-9-7 : Enceinte de bas médium SONO

Mise à jour : 15 septembre 2023, Antidote 11.

On trouve un peu partout, sur Internet, des plans de caissons de graves ou de SUB.
Ce chapitre traite de ce qui vient sur ces caissons de graves, le caisson de bas médium, complété par une trompe de médium aigu.
Ces enceintes sont utilisables au-dessus de 200 ou 250 Hz.

Mise à jour :

Ce chapitre fait référence à des outils de calculs sous Excel, outils qui n'existent plus aujourd'hui.
Les outils de calculs sont aujourd'hui intégrés dans le site, et fonctionnent en PHP. 2-5-1-2 ou 2-5-1-9.
N'hésitez pas à me contacter pour avoir la mise à jour été 2022 du chapitre...

Le problème :

Les haut-parleurs de bas médium, à haute sensibilité, demandent la plupart du temps un petit volume.
Vous allez me dire qu'il suffit de faire un petit volume. Mais ce n'est pas aussi simple.
La compression de médium aigu est profonde, elle doit rentrer dans l'enceinte qui sera elle aussi profonde.
D'autre part, pavillon, haut-parleur de bas médium, et évent s'il y en a, doivent rentrer dans la face avant, qui ne peut pas être petite.
Même avec une cloison entre le volume du bas médium et celui de la compression, le volume qui reste est incompressible.

La conclusion est que pour trouver des haut-parleurs qui conviennent à notre enceinte facile à construire, nous ne choisirons que certaines références qui nous conviennent, en éliminant les autres.
Pour utiliser les autres références, deux solutions :

• Ajouter une autre cloison verticale dans le volume du bas médium.
• Monter le bas médium et la compression + pavillon dans l'enceinte de graves.

Alors il est possible de faire un volume beaucoup plus petit pour le bas médium.
Dans ce chapitre, nous regarderons deux solutions, celle du haut-parleur de bas médium adapté au volume que l'on a, et celle d'une cloison verticale dans le volume du bas médium.

Profondeur des pavillons + compressions :

Cette profondeur dépend directement du matériel choisi, et je ne pourrai pas être exhaustif.
Je retiendrai trois cas :

• Compression 1" et pavillon avec une coupure à 1000 Hz pour une utilisation au-dessus de 2000 Hz.
  Exemple B&C DE250 profondeur 62 mm + ME20 profondeur 90 mm. Total 152 mm. Profondeur enceinte de 170 mm mini.
  Fréquence de coupure de la compression au-dessus de 1600 Hz avec un filtre à 12 dB/octave.
  Fréquence de coupure du pavillon au-dessus de 1500 Hz.
  Volume B&C DE 250 + pavillon RCF H100 : 2.6 L environ.
   
• Compression 1.4" et pavillon avec coupure à 600 Hz pour une utilisation au-dessus de 1400 Hz.
  Exemple B&C DE920TN profondeur 64 mm + ME90 profondeur 170 mm. Total 234 mm. Profondeur enceinte de 260 mm mini.
  Fréquence de coupure de la compression au-dessus de 1200 Hz avec un filtre à 12 dB/octave minimum.
  Fréquence de coupure du pavillon au-dessus de 900 Hz.
   
• Compression 2" et pavillon avec coupure à 400 Hz pour une utilisation au-dessus de 800 Hz.
  Exemple BEYMA CP850Nd profondeur 114 mm + TD400N profondeur 227 mm. Total 341 mm. Profondeur enceinte de 370 mm mini.
  Fréquence de coupure de la compression au-dessus de 500 Hz avec un filtre à 12 dB/octave minimum.
  Fréquence de coupure du pavillon au-dessus de 400 Hz.

Certain pavillon pour compression 2" coupent encore plus bas, il sera toujours possible de les rajouter plus tard.
À gauche, une compression 1" et son pavillon, à droite une compression 2" et son pavillon.

Si vous ne voulez pas faire de compromis,

• Deux haut-parleurs de bas médium de 30 cm doivent être associés avec une compression de 2".
• Un haut-parleur de bas médium de 30 cm doit être associé avec une compression de 1.4".
• Un haut-parleur de bas médium de 25 ou de 21 cm doit être associé avec une compression de 1".

En pratique on trouve dans le commerce des réalisations à base de haut-parleurs de 38 cm et de compression 1".
Ce n'est pas parce que certains font n'importe quoi qu'il faut faire la même chose.
Ma démarche est celle de la qualité.
Si dans la coupe de l'enceinte ci-dessus on voyait une compression et pavillon 2", la version à réaliser sera avec une compression et un pavillon 1.4".
Et je ne doute pas une seconde que certains la réaliseront en 1"...

Filtrage :

Il y a trois filtrages à voir :

• Celui entre le 31 cm de bas médium et la trompe de médium aigu, entre 800 et 2000 Hz suivant le choix du matériel.
• Celui entre le 31 cm de bas médium et votre caisson de grave, dans une enceinte close, vers 250 Hz.
• Celui entre le 31 cm de bas médium et votre caisson de grave, dans une enceinte bass-reflex, vers 250 Hz.

La première coupure haute entre le haut-parleur de bas médium et la trompe de médium aigu peut se réaliser aussi bien avec un filtre passif, qu'avec un filtre actif.
Je vous proposerai un plan mi-théorique, mi-pratique. (Le filtre a été étudié avec un haut-parleur de 38 cm).
Pour la tenue en puissance des compressions, un filtre à 12 dB/octave est suffisant.
Pour la qualité d'écoute, un filtre à 18 dB/octave est bien meilleur.
C'est celui que je conseille.

 

Coupure du caisson de graves :

Le caisson de grave se filtre très bien en passif, à condition de lui ajouter un compensateur d'impédance "RC série" en parallèle avec le haut-parleur de graves.
Avec ce compensateur d'impédance, l'impédance reste constante et presque purement résistive de 250 à 20000 Hz, le calcul du filtre marche très bien, l'atténuation calculée est bien celle obtenue en pratique.

Le calcul du caisson doit tenir compte de la résistance des selfs de filtrage en série avec le haut-parleur.
Sans cette prise en compte, de mauvaises surprises sont assurées.
Voir le chapitre des données haut-parleurs justes.

Un filtre actif permettra de retenir des pentes de coupure plus importante, et de réaliser une mise en phase parfaite avec un délai dans le filtre actif.
Je vous recommande de filtrer à 24 dB/octave de type Linkwitz Riley.

 

Coupure du bas médium :

Le haut-parleur de bas médium a une ou deux bosses d'impédance dans les graves, une bosse si la charge est close, deux bosses si la charge est en bass-reflex.
Ces bosses d'impédance font facilement 25 à 50 Ohms à 80 Hz.

Si vous calculez un filtre à 250 Hz, sans tenir compte de la bosse d'impédance à 80 Hz, avec les 6 ou 7 ohms d'impédance à cette fréquence, vous aurez l'atténuation souhaitée à 50 Hz et absolument pas à 80 et à 32 Hz.
Un filtre passif passe-haut avec une coupure basse ne marche pas.
Il n'y a qu'une seule exception, vous allez la découvrir.

 

Enceinte close :

Une enceinte close n'a qu'une seule bosse d'impédance.
La forme exacte de cette bosse est calculable à partir des paramètres T&S du haut-parleur et du volume de l'enceinte close.
Il est possible de linéariser parfaitement cette bosse avec un "RLC série" branché en parallèle aux bornes du bas médium.

Avec cette linéarisation d'impédance, le filtre passif est possible et vous aurez l'atténuation voulue.
Le prix des composants pour réaliser cette linéarisation est assez élevé, vous devez comparer avec un filtre actif et un 2^e ampli.

Ma Suite de Calculs, onglet clos, vous donne directement les valeurs à utiliser entre L18 et L33. R=6.4 Ohms, L=6.3 mH, C=454 uF dans l'exemple ci-dessous.
Si la résistance et la self sont faciles à trouver, il faut utiliser des condensateurs chimiques non polarisés pour faire les 454 uF.
Trois condensateurs chimique de 150 uF et un de 3.9 uF au papier, le tout en parallèle.
J'insiste, un condensateur de qualité en parallèle avec les condensateurs chimique non polarisé...
L'exemple choisi est "gentil", quand vous tomberez sur 14 mH et 1300 uF par exemple, ce sera autre chose...

Enceinte bass-reflex :

Avec deux bosses d'impédance dans les graves, hors de question d'envisager le filtre passif.
Vous trouverez peut-être des exemples dans le commerce ou on trouve tout et n'importe quoi.
Inutile de me demander de vous le calculer, ce sera non, cela ne marche pas, je sais être têtu quand je m'y mets !!!
Être un amateur a des avantages, je ne rate pas une vente puisque je ne vends rien, et je reste cohérent et rigoureux avec les principes techniques...

La solution passe par un filtre actif, placé en sortie de la table de mixage, et de deux amplis l'un pour votre caisson de graves, l'autre pour cette enceinte de bas médium.
Nous sommes dans ce cas en biamplification active, avec un filtre actif à deux voies.

Avec un filtre actif à trois voies, et trois amplis, vous évitez en plus le filtre passif entre le bas médium et la trompe de médium aigu.
Gain en qualité, pentes de coupure plus raide, mise en phase parfaite avec les réglages de délai du filtre actif, si vous avez le budget il n'y a pas à hésiter.

 

Pour la suite du chapitre :

Je considère que la coupure entre le bas médium et la trompe de médium aigu se fera en passif.
Je rajouterai l'influence de la résistance en série des selfs dans les calculs et pour le choix du haut-parleur. Voir le chapitre : des données haut-parleurs justes.

Je regarderai également deux cas :

• Bas médium pour montage en enceinte close, pour autoriser le filtre passif ou le filtre actif.
• Bas médium pour montage en enceinte bass-reflex, et filtrage avec un filtre actif.

Plan des filtres :

Cas 1 :

100% en filtre actif.
La compression sera protégée par un condensateur de 80 à 100 uF en série, calculée à 2 octaves au minimum en dessous de la fréquence de coupure du filtre actif, pour limiter les perturbations des filtres entre eux à moins de 1 dB.

 

Cas 2 :

Filtre actif entre le grave et le bas médium, filtre passif entre le bas médium et la trompe de médium aigu.
Le bas médium peut être monté aussi bien dans une enceinte bass-reflex que dans une enceinte close.
Pentes de coupure de type Linkwitz Riley à 24 dB/octave.

La partie filtre passif entre le bas médium et la trompe de médium aigu a réellement été mise au point avec la compression B&C DE610 et le pavillon ME90.
Il n'y avait pas un bas médium, mais un grave de 38 cm.
Les résistances d'atténuation de la compression, 3.9 Ohms et 10 Ohms, les valeurs peuvent être différentes avec le bas médium indiqué.
Les valeurs de filtrage du bas médium, 22 uF et 0.4 mH peuvent être légèrement différentes, elles aussi.
Mais ce plan reste une excellente base de départ.

Cas 3 :

Filtre passif entre le grave, le bas médium et la trompe de médium aigu.
Le bas médium est obligatoirement monté dans une enceinte close.

Les remarques du cas 1 se retrouvent à l'identique dans ce cas.

Les valeurs du RLC du bas médium changent avec un autre haut-parleur ou un autre volume clos.
Ces valeurs sont calculées très facilement avec ma Suite de Calculs dans l'onglet clos.
Écrivez-moi, en indiquant votre cas et je vous indiquerai les valeurs à utiliser.
Le condensateur de 455 uF est à réaliser avec des condensateurs chimiques non polarisés, complété d'un condensateur de 2.2 uF de qualité.
Pour faire 455 uF, il faut prendre trois condensateurs de 150 uF, un de 2.2 uF et un de 2.7 uF, les 5 branchés en parallèle.

Les valeurs du RC du grave se calculent également avec ma Suite de Calculs.
Écrivez-moi, en indiquant votre cas et je vous indiquerai les valeurs à utiliser.

Le filtre entre le grave et le bas médium est représenté à 6 dB par octave.
Il peut également être réalisé à 12 dB par octave, le bas médium préférera.
Dans le cas ci-dessous, c'est un calcul théorique réalisé avec ma Suite de Calcul.

Notez que l'impédance à 200 Hz est entre 5.5 et 7 Ohms, et non les 8 ohms habituels.

La self en série avec le grave sera choisie de grosse section, 15/10e minimum si elle est à air, ou sur noyau ferrite pour limiter le prix.
Attention, cette self change les paramètres T&S du grave, donc les évents à coup sûr, et parfois le volume de l'enceinte, voir des données haut-parleurs justes.

Choix du haut-parleur pour une enceinte close :

J'ai tracé une enceinte qui permet de recevoir un haut-parleur de 30 cm, avec la compression et son pavillon, et avec le minimum d'espace autour des haut-parleurs.
Pour réduire encore cet espace, j'ai ajouté une cloison horizontale entre le 30 cm et le pavillon.
Deux avantages à cette cloison, séparer le pavillon des surpressions du 30 cm, et faire un support pour poser le filtre passif.

Les côtes internes du volume du haut-parleur de 30 cm sont : Largeur 35 cm, hauteur 33.6 cm, profondeur 21.2 cm, c'est-à-dire un volume de 24.93L.
À ce volume il faut retrancher le volume occupé par le haut-parleur.
MaSuites de Calculs donne directement le résultat dans l'onglet Évent, pour un aimant ferrite, et pour une planche support en 16 mm : 1.574 L.

Le volume de choix du haut-parleur est donc 24.93 - 1.57 = 23.36 L.
Avec le catalogue de la Suite de Calculs, nous allons choisir les haut-parleurs de 31 cm, avec une sensibilité calculée supérieure à 96.8 dB, et un QTC, une fois le haut-parleur monté dans 23.36 L clos, compris entre 0.50 et 0.71.

• La sensibilité élevée est indispensable en sonorisation.
  Un haut-parleur bien choisi sur ce critère ne coûte pas plus cher qu'un haut-parleur mal choisi.
  Gagner 3 dB de sensibilité permet de réduire la puissance de l'ampli d'un facteur 2 pour le même niveau sonore, c'est une économie directe.
• Le Qtc est optimal à 0.707, la courbe de réponse est de type Butterworth d'ordre 2 avec une pente à 12 dB/octave, et l'amortissement est optimal.
  La bonne démarche serait de construire l'enceinte pour avoir ce Qtc.
  Ce n'est pas réaliste dans un chapitre qui se veut ouvert à un choix de plusieurs haut-parleurs.
  Mais vous pouvez retenir les haut-parleurs qui s'en approchent le plus, ou revoir les côtes de l'enceinte pour y arriver.

Le Qtc calculé dans 23.36 L se trouve dans la colonne EG.
La sensibilité est indiquée dans la colonne EM.
La fréquence de coupure à -3 dB dans la colonne EK est sans intérêt pour une enceinte de bas médium.
Aucun des haut-parleurs n'a un Fs/Qes adapté aux enceintes closes, colonne EE, mais c'est sans intérêt pour une enceinte de bas médium.
Si vous souhaitez faire une enceinte un peu plus profonde que celle que je propose, vous pouvez retenir un haut-parleur avec un QTC > 0.707, et nous recalculerons le volume qui sera nécessaire.

Le choix est simple, un haut-parleur avec une sensibilité aussi élevée que possible et un Qtc proche de 0.707.
Pour ce chapitre, j'ai mis la barre assez large pour avoir du choix.
Pour un conseil par courriel, j'aurai choisi une sensibilité supérieure à 98 dB et un Qtc compris entre 0.65 et 0.75.
Ainsi, il ne reste que trois références, et c'est le prix qui fait le choix...

Plan de l'enceinte close :

66.3 cm de haut, 38.8 cm de large, 28.0 cm de profondeur.

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