2-9-4 : Caisson de graves pour SONO

Mise à jour : 14 novembre 2023, Antimode 11.

 

Principe :

Ce chapitre fait suite au chapitre sono qui décrit une enceinte a deux voies, enceinte un peu limitée dans le grave, entre 60 et 80 Hz à -3 dB.
Le but d'un caisson est de compléter la réponse jusqu'à 40 Hz à -3 dB environ, en permettant une coupure plus haute en fréquence, vers 150 ou 200 Hz, de l'enceinte à deux voies.

La membrane du 30 cm de l'enceinte à deux voies ne reproduit plus le grave, se déplace moins, ce qui se traduit par une puissance acoustique, un SPL, supérieure.
Le grave de 38 ou 46 cm se charge des fréquences graves, en dessous de 150 ou 200 Hz,  il est conçu pour.

Les 38 cm de sono sont souvent de haut-parleurs de bas médium en pratique.
Les graves sont des 46 cm.
Mais il existe aussi des 38 cm qui peuvent convenir.

Une paire de 46 cm pour illustrer un peu le chapitre.
Je n'ai pas retenu cette référence BEYMA 18LX60 dans mon choix, j'avais simplement la photo.

 

Un peu de théorie :

La théorie a connaître se trouve au chapitre sono :
Rendement et Puissance.
Rendement, Volume et Fréquences graves.

Globalement nous ne nous comprenons pas :

• Vous voulez une sono de 800, 1500, 8000 W.
• Je vous réponds choix des haut-parleurs et sensibilité, mais jamais puissance.

Pourtant le chapitre rendement et puissance est explicite :

• Le haut-parleur à une sensibilité exprimée en Décibels pour un Watt à un mètre de distance.
• Un ampli de puissance augmente le niveau en Décibels du haut-parleur : 400 W ==> +26 dB.
• La distance diminue la puissance au point d'écoute : 32 m ==> - 30 dB dehors.

Si vous prenez un haut-parleur de 94 dB/2.83V/m de sensibilité avec un ampli de 400 W et à 32 m de distance vous aurez :
94 + 26 - 30 = 90 dB.
Si vous prenez un haut-parleur de 97 dB/2.83V/m de sensibilité avec un ampli de 400 W et à 32 m de distance vous aurez :
97 + 26 - 30 = 93 dB.
Acoustiquement, 93 dB est le double de 90 dB, et votre sono sera acoustiquement deux fois plus puissante.
Or le seul paramètre qui a changé est la sensibilité du haut-parleur, et ce n'est qu'un choix avant l'achat.

Faites le bon choix, choisissez des haut-parleurs à haute sensibilité, ils ne coûtent pas plus cher.
Ne soyez pas surpris si je vous parle de sensibilité et pas de puissance :
En parlant de sensibilité, je parle de puissance puisque les deux sont directement liés.

Je vais essayer d'être encore plus clair.
Reprenons notre exemple, HP de 97 dB/2.83V/m de sensibilité, ampli de 400 W à 32 m. Nous avons 93 dB en pratique.
Quelle puissance d'ampli faut-il pour avoir le même niveau sonore de 93 dB à 32 m avec un haut-parleur de sensibilité un peu plus faible ou un peu plus fort ?

Sensibilité HP	Puissance ampli	Gain ampli	Perte à 32 m	Niveau sonore	Ampli 800 W
99.0 dB/2.83V/m	250 W	+24.0 dB	-30 dB	93 dB	99.0 dB
98.5 dB/2.83V/m	280 W	+24.5 dB	-30 dB	93 dB	98.5 dB
98.0 dB/2.83V/m	315 W	+25.0 dB	-30 dB	93 dB	98.0 dB
97.5 dB/2.83V/m	355 W	+25.5 dB	-30 dB	93 dB	97.5 dB
97.0 dB/2.83V/m	400 W	+26.0 dB	-30 dB	93 dB	96.0 dB
96.5 dB/2.83V/m	450 W	+26.5 dB	-30 dB	93 dB	95.5 dB
96.0 dB/2.83V/m	500 W	+27.0 dB	-30 dB	93 dB	95.0 dB
95.5 dB/2.83V/m	560 W	+27.5 dB	-30 dB	93 dB	94.5 dB
95.0 dB/2.83V/m	630 W	+28.0 dB	-30 dB	93 dB	94.0 dB
94.5 dB/2.83V/m	710 W	+28.5 dB	-30 dB	93 dB	93.5 dB
94.0 dB/2.83V/m	800 W	+29.0 dB	-30 dB	93 dB	93.0 dB
93.5 dB/2.83V/m	890 W	+29.5 dB	-30 dB	93 dB	92.5 dB

 

Maintenant mettez le prix sur un haut-parleur de 97 dB/2.83V/m de sensibilité, sur un autre haut-parleur de 94 dB/2.83V/m de sensibilité, sur un ampli de 400 W et sur un autre ampli de 800 W.
Quelle est la solution la plus économique ?

La colonne rose "Ampli 800 W" vous montre le niveau sonore obtenu à 32 m avec un ampli de 800 W, en fonction de la sensibilité du haut-parleur.
93 dB est quatre fois moins puissant que 99 dB, il faut juste choisir le bon haut-parleur.

Sur un simple choix du haut-parleur, il faut un ampli de 250 W ou 890 W pour avoir le même niveau sonore à 32 m de distance.
C'est pour faire le bon choix que je peux vous aider...
Vous n'avez par contre pas besoin de moi pour acheter un ampli de la puissance compatible avec votre haut-parleur.

Gardez à l'esprit que mon tableau est un peu idyllique, il y a la compression thermique qui rentre en ligne de compte.

• La puissance fait chauffer la bobine mobile, ce qui change sa résistance.
• Le grand déplacement aux fortes puissances fait sortir une partie de la bobine de l'aimant ce qui diminue la force qui fait bouger la membrane.

Le bilan est une perte par rapport à la sensibilité théorique, perte proportionnelle à la puissance.

JBL indique clairement dans ses documentations une perte de :

• 0.6 à 0.8 dB à la puissance nominale divisée par 10, 80 W pour un haut-parleur de 800 W.
• 2.0 à 2.6 dB à la puissance nominale divisée par 2, 400 W pour un haut-parleur de 800 W.
• 3.3 à 4.3 dB à la puissance nominale, 800 W pour un haut-parleur de 800 W.

Pour un même niveau sonore, un haut-parleur qui se contente de 250 W aura 1.5 dB de perte de moins qu'un autre haut-parleur qui en demande 800 W.
Avec des haut-parleurs à haute sensibilité, vous êtes gagnant à tous les points de vue.
Enfin, gardez à l'esprit que les haut-parleurs JBL sont d'excellents haut-parleurs particulièrement bien étudiés au niveau du circuit magnétique, et que les pertes sont encore plus importantes avec des haut-parleurs plus bas de gamme.

Mais, il y a sensibilité et sensibilité, les choses ne sont pas simples...
Les constructeurs indiquent généralement une sensibilité mesurée à 1000 ou 2000 Hz, sur la résonance du cache noyau.
Je vous indique une sensibilité calculée à partir du rendement en %, lui-même calculé avec les paramètres T&S du haut-parleur, sensibilité dans le grave donc, et surtout parfaitement comparable d'un haut-parleur à l'autre.
Dans notre cas, c'est bien entendu la sensibilité calculée qui nous intéresse, et exclusivement celui-ci.

 

Un choix de haut-parleurs :

La Base de données vous aidera à choisir et calculer un haut-parleur.

Je préfère vous indiquer un choix de haut-parleurs de 46 cm qui est plus simple d'utilisation, mais avec une sélection impitoyable.
Si le haut-parleur auquel vous pensez n'y est pas, je saurai vous dire pourquoi.
Il n'est pas utile qu'il y ait beaucoup de haut-parleurs, il suffit que ceux qui y figurent soient les meilleurs.

• Classement par sensibilité décroissante. Limite basse à 95.5 dB
• Accord pour une courbe de réponse plate dans le grave.
• Fréquence de coupure à -3 dB inférieure ou égale à 48 Hz dans au moins un des deux cas.
• Déplacement de la membrane à 92 dB inférieure ou égale à 0.20 mm dans au moins un des deux cas, pour avoir moins de distorsion à forte puissance.

Deux cas pour le volume :

• Volume pour une bonne tenue en puissance : Un des 6 alignements de THIELE.
  Les alignements utilisés dépendent du QT du haut-parleur.
• Volume compris entre les alignements de THIELE et les autres alignements courants si le déplacement de la membrane reste inférieur à 0.2 mm pour 92 dB.

Haut-parleurs de 46 cm
Marque	Référence	Sensibilité	Qts	Vb	Fb	F à -3 dB	F à -6 dB	X à 92 dB
		dB/2.83V/m		L	Hz	Hz	Hz	mm
RCF	L18S800	98.0	0.29	210.9	46.2	43	39	0.12
ELECTROVOICE	DL18X	98.0	0.34	281.4	34.7	40	34	0.20
				289.3	35.1	40	33	0.21
SWAN	PA15	97.6	0.39	189.5	42.4	44	38	0.12
BEYMA	18G400	97.5	0.37	183.0	36.8	45	36	0.13
				201.3	39.0	42	36	0.14
ELECTROVOICE	EVX-180A	97.3	0.27	131.2	42.1	48	41	0.16
CIARE	18.75NDW	97.2	0.36	171.1	39.3	45	38	0.15
				181.4	39.9	44	37	0.15
PHL	7560	97.1	0.36	164.8	38.4	46	37	0.13
				174.7	40	44	37	0.14
EMINENCE	SIGMA PRO-18	97.0	0.29	141.3	38	46	38	0.20
				161.5	38	43	37	0.20
JBL	2241H	96.7	0.44	225.9	38.5	39	34	0.15
				352.9	35.8	33	30	0.16
18SOUND	18LW1400	96.4	0.30	104.5	40.7	49	41	0.15
				116.7	40.7	46	39	0.16
RCF	LF18G400	96.3	0.27	113.6	40.7	47	40	0.17
BEYMA	18G550	95.9	0.37	128.1	37.1	45	36	0.14
				140.9	39.0	42	36	0.15
PHL	7030	95.8	0.38	167.9	33.7	41	33	0.15
				191.9	36.0	38	33	0.16
BEYMA	18G40	95.5	0.41	245.0	26.5	37	28	0.19
				320.8	31.0	30	27	0.21
RCF	18 P 540	95.5	0.37	139.1	34.0	43	34	0.17
				153.0	36.3	40	34	0.18

 

Le haut parleur qui descend le plus bas de ma sélection est le PHL 7030 avec 38 Hz à -3 dB dans 192 L, ceci avec 0.16 mm de déplacement de membrane et 95.8 dB/2.83V/m de sensibilité.
Descendre bas n'est pas difficile, mais le faire avec de la sensibilité et peu de distorsion est remarquable.

Le meilleur compromis, pour moi, est le BEYMA 18G400, qui descend à 42 Hz à -3 dB dans 200 L, avec 97.5 dB/2.83V/m de sensibilité et 0.14 mm de déplacement.

J'ai éliminé beaucoup de haut-parleurs, pour une sensibilité trop basse, une fréquence de coupure trop haute, ou un déplacement trop important.
C'est mon choix, ce n'est peut-être pas le vôtre.

• Je peux vous dire rapidement pourquoi je n'ai pas retenu telle référence de haut-parleur.
• Je peux vous dire comment utiliser au mieux votre haut-parleur, avec parfois une mauvaise surprise, évitez les Qts élevés, au-dessus de 0.50 les choses sont très difficiles.
• Mais ne me demandez pas de refaire un tableau comme celui-là avec d'autres critères de sélection...

 

Évent :

Je vous calculerai le ou les évents pour le haut-parleur de votre choix, dans le volume de votre choix.
Il y a deux solutions :

• Un ou plusieurs évents circulaires.
• Un ou plusieurs évents rectangulaires.

Le choix entre les deux solutions se fait en fonction de vos goûts personnels, mais surtout en fonction des facilités de mise au point.
Quelle que soit la précision du calcul, vous aurez à faire une mise au point à l'écoute pour avoir les meilleurs résultats.
Pourquoi ?

• Parce que les haut-parleurs ont des tolérances de fabrications qui changent les paramètres électromécaniques et donc l'accord optimal.
• Parce qu'une grande longueur de câbles de branchement ajoute une résistance en série qui change légèrement les paramètres du haut-parleur.
• Parce que j'ai considéré que vous seriez en filtrage actif.
  Si vous filtrez en passif , la self à une résistance en série qui change les paramètres T&S du haut-parleur.
  Un calcul qui intègre la résistance de la self s'impose dans ce cas. Contactez-moi.

Le chapitre sur la mise au point vous explique la méthode de réglage.

• Les évents circulaires sont faciles à mettre au point, en les coupant à la longueur minimale donnée par le calcul, et en roulant une feuille de papier à dessin, feuille que l'on recoupe avec une paire de ciseaux.
  Tous les évents d'une enceinte doivent avoir la même longueur.
• Les évents rectangulaires sont moins faciles à mettre au point.
  Il faut les réaliser avec la surface maximale, et réduire cette surface progressivement avec des planches ou tasseaux.
• Je recommande donc les évents circulaires pour la facilité de mise au point.
• Si vous ne voulez pas faire de mise au point, vous pouvez vous contenter des valeurs calculées et choisir le type d'évent pour des raisons esthétiques.
  Dans ce cas, je vous recommande l'évent le plus court, donc la fréquence d'accord la plus haute, pour une puissance admissible maximale.

Pour le BEYMA 18G400, monté dans 201.3 L et accordé à 39 Hz, je vous recommande 4 évents pris dans un tube PVC de 10 cm (voir les grandes surfaces du bricolage) longueur 20.3 cm.
À la mise au point, la longueur peut varier entre 20.3 et 34.7 cm.
Un évent long est moins bon pour la puissance admissible...
Les évents seront placés aux 4 coins de la face avant pour une rigidité maximale.

 

Réalisation :

Le volume théorique est donné dans le tableau, 201.3 L dans notre exemple.

À ce volume théorique, il faut ajouter le volume de l'aimant du haut-parleur. un diamètre de 22 cm sur une hauteur de 5.5 cm donne un volume de 2.1 L.
Il faut également ajouter le volume des évents qui sont considérés comme des cylindres ou parallélépipèdes pleins, nous ajoutons 5.7 L dans notre cas.

Au volume de 201.3 L, nous ajoutons un volume de 2.1 + 5.7 = 7.8 L pour le calcul.
C'est le Volume ajouté.
Si en pratique vos évents sont plus longs ou plus courts, ce n'est pas grave, la mise au point à l'écoute intègre le volume réel.
Oublier 8 L ne sont pas dramatiques dans ce cas, mais si vous aviez 20 à 25 L d'évents, ce n'est plus négligeable...

Il y a des proportions qui sont meilleures que d'autres à l'écoute.

• 1.00 - 1.20 - 1.44.
• 1.00 - 1.40 - 1.87.

Si vous réalisez votre enceinte, c'est une bonne approche...
Dans mon exemple, je retiens 1.00 - 1.40 - 1.87.

 

Filtrage :

Je serai catégorique sur ce point, seul un filtre actif convient pour un caisson de grave de sono.

Vous voulez de la puissance ?
Un ampli sur le caisson de grave, un autre sur celui du bas médium, médium, aigu vous en donne plus qu'avec un seul ampli.
La coupure en passe haut du bas médium augmente la puissance admissible par réduction du déplacement de la membrane.

Un filtre passif bouffe beaucoup de puissance.
Dans le cas de notre exemple, le BEYMA 18G400 dans 200 L, une coupure à 160 Hz se calcule avec 6.72 Ohms d'impédance.

 

Un simple filtre à 6 dB/octave demande une self de 6.72 / 2 / Pi / 160 = 6.7 mH.
Une self AWG16 de 6.8 mH a une résistance interne de 1.08 Ohm .
Cette résistance fait chuter la sensibilité de -0.78 dB.
Cette résistance augmente le Qts du haut-parleur de 0.37 à 0.44.
Le montage dans 201.3 L, accord à 39 Hz n'est plus possible, il en faut 264.5 L, accord 35.5 Hz.
Pour 92 dB, le déplacement de la membrane passe de 0.14 à 0.15 mm, donc la puissance admissible baisse.

Pour résumer, un haut-parleur filtré en passif demande un volume plus grand et un accord plus bas.
Il a une sensibilité et une puissance admissible en baisse.
Enfin la puissance de l'ampli sera utilisée du grave à l'aigu, au lieu de se concentrer aux graves seulement.

Un filtre actif ne coûte pas cher.
Un 2310 de BEHRINGER se trouve à moins de 100 €, c'est un filtre actif stéréo avec des pentes de 24 dB/octave.
La self AWG16 de 6.8 mH coûte déjà 23 €, 150 uF de condensateurs coûtent 32 €, vous en avez pour 110 € de filtre passif en stéréo pour un filtre à 6 dB/octave seulement.
Le filtre passif est aussi cher et moins performant qu'un filtre actif...
C'est surtout le 2^e ampli qui fait monter la facture, mais si vous voulez une sono puissante, vous n'avez pas le choix.
Un filtre actif et deux amplis de 400 W sont de loin préférables à un seul ampli de 800 W.

 

Dôme Acoustique