3.2 – Enceintes haute-fidélité : les enceintes acoustiques

Bien qu’il existe des haut-parleurs destinés à être encastrés dans le mur, on utilise le plus souvent en matière de haute fidélité une enceinte acoustique pour permettre au haut-parleur d’offrir une reproduction fidèle au message musical d’origine. Un usage proéminent à l’origine de la synecdoque ancrée dans la langue française ou l’enceinte hi-fi désigne un tout englobant haut-parleurs, filtres, enceinte, borniers …

Le problème : des phénomènes acoustiques indésirables

Alors pourquoi utiliser une enceinte? Le haut parleur émet des ondes sonores de manière frontale, vers l’avant, mais également vers l’arrière. Lorsque la membrane du haut parleur se déplace vers l’avant, l’air en face du diaphragme est compressé tandis que celui situé à l’arrière est raréfié, et vice versa.

Pour reproduire la musique, le haut parleur doit se déplacer en avant et en arrière pour chaque Hz du signal audio qui lui est transmit, créant une pression ou dépression non voulue à chaque mouvement avant ou arrière. On a donc à chaque demi Hertz du signal une onde qui est créée en opposition de phase avec celle du signal original, induisant un problème d’acoustique.

L’enceinte acoustique fermée

L’enceinte fermée isole les ondes émises vers l’arrière. Elle fait appel pour cela a un matériau avec un très fort pouvoir absorbant sur le panneau arrière de l’enceinte. Si le volume est suffisamment important, la charge acoustique sur le diaphragme n’est pas altérée et le haut parleur peut travailler correctement. Ce type d’enceinte acoustique présente l’avantage d’être facile à fabriquer, mais nécessite un volume important pour un bon fonctionnement.

L’enceinte à suspension acoustique

Lorsque les ondes émises vers l’arrière, celles en opposition de phase, se réfléchissent sur les murs de la pièce d’écoute, on a en plus des phénomènes d’écho et de réverbération des interférences qui se produisent avec les ondes émises vers l’avant, induisant des distorsions qui altèrent le son reproduit et gâchent l’expérience d’écoute.

La première fonction de l’enceinte acoustique est donc de contrôler l’interaction entre les ondes émises vers l’arrière et celles en direction avant, soit en empêchant totalement celles ci d’interagir, soit en leur permettant d’interagir de manière complémentaire et synchronisée au bénéfice de la reproduction. Nous allons présenter ci après les quatre design d’enceintes acoustiques les plus en vogue utilisés pour parvenir à cet effet : l’enceinte fermée, l’enceinte à suspension acoustique, l’enceinte Bass Reflex, et l’enceinte à ligne de transmission.

Schéma Enceinte Suspension Acoustique_700

Le principe de fonctionnement de l’enceinte à suspension acoustique repose sur l’élasticité de l’air contenu dans l’enceinte qui agit comme un ressort vis à vis de la membrane du haut parleur, aidant ainsi au retour de la membrane à sa position initiale.

Ce type d’enceinte permet d’obtenir une taille relativement petite, avec un bon traitement des basses fréquences, ce qui en fait un design très utilisé dans les enceintes bibliothèques. En revanche on dispose d’une efficacité globalement réduite et elle nécessite un cône à longue excursion pour délivrer le même niveau de pression sonore que d’autres types d’enceintes.

La qualité et la puissance des amplificateurs modernes permettent néanmoins aujourd’hui d’alimenter facilement ce type d’enceinte, ce qui a contribué à leur diffusion sur le marché de l’audio haute-fidélité.

L’enceinte bass-reflex

Schéma Enceinte Bass Reflex_600

La conception de l’enceinte en bass reflex permet à l’onde acoustique émise vers l’arrière de rejoindre celle émise vers l’avant au lieu de la dissiper ou de l’absorber. Un orifice à l’avant de la baffle (parfois à l’arrière, selon la conception des enceintes concernées), l’évent, permet de conserver un volume d’air stationnaire à la sortie de l’enceinte qui agit comme une membrane : lorsque les ondes arrières appliquent une pression acoustique sur ce volume d’air, il fait rentrer en mouvement l’air situé immédiatement en vis à vis à l’extérieur de l’enceinte, induisant une inversion de la phase.

Les ondes sortant de l’évent sont alors en phase avec celles émises vers l’avant, permettant d’offrir une plus grande puissance acoustique pour la fréquence sur laquelle l’évent est conçu pour travailler.

La taille et la profondeur de l’ouverture de l’évent sont ajustées pour optimiser la performance de l’enceinte en fonction des caractéristiques du système, dépendantes du volume interne de l’enceinte et de celles du haut parleur.

De manière générale, plus l’enceinte est volumineuse, plus l’ouverture de l’évent sera large et vice versa. Pour des enceintes de petites tailles, on utilise un conduit d’échappement afin de s’émanciper de la contrainte de taille minimale de l’ouverture conditionnant l’efficacité de l’évent, et l’on peut jouer d’une façon similaire sur la longueur du conduit pour s’accorder avec le système.

Enceinte Bass Reflex McIntosh RS100

L’enceinte Bass reflex McIntosh RS 100. Ici l’évent est en position arrière.

Les enceintes bass-reflex, plus compliquées à réaliser que les enceintes fermées ou à suspension acoustique, présentent un certain nombre d’avantages qui les ont rendues particulièrement populaires:

  • L’onde arrière venant renforcer l’onde avant, on dispose d’une meilleure amplitude sonore pour des besoins en excursion du cône du haut-parleur réduits
  • On obtient une grande efficacité, une plage dynamique plus large, et une meilleure puissance acoustique pour des besoins en alimentation réduits.
  • La réponse en fréquence dans les graves est améliorée, un avantage non négligeable pour les enceintes bibliothèques ne disposant pas de haut-parleur dédié aux basses fréquences.

L’Enceinte à Ligne de transmission acoustique

Enceinte à ligne de transmission schéma

La taille et la profondeur de l’ouverture de l’évent sont ajustées pour optimiser la performance de l’enceinte en fonction des caractéristiques du système, dépendantes du volume interne de l’enceinte et de celles du haut parleur.

De manière générale, plus l’enceinte est volumineuse, plus l’ouverture de l’évent sera large et vice versa. Pour des enceintes de petites tailles, on utilise un conduit d’échappement afin de s’émanciper de la contrainte de taille minimale de l’ouverture à l’efficacité de l’évent, et l’on peut jouer d’une façon similaire sur la longueur du conduit pour s’accorder avec le système.

Ce type d’enceinte est très complexe à réaliser et moins répandu sur le marché, mais a largement fait ses preuves. Le fabricant anglais PMC en a fait une spécialité et en équipe toutes ses enceintes, de monitoring et studio, comme celles destinées à l’usage des particuliers avec la gamme Twenty5.

Enceintes Colonne PMC twenty5 26

Les enceintes haute fidélité à ligne de transmission acoustique PMC twenty5 26

Ces enceintes font appel à une ligne de transmission acoustique, un long conduit qui agit comme guide pour les ondes acoustiques émises vers l’arrière jusqu’à un évent. La ligne de transmission est couverte de matériaux dotés d’une forte capacité d’amortissement sélective aux ondes pouvant produire des effets acoustiques indésirables afin de les annuler, ou permet de les conduire jusqu’à un évent d’où elles émergent en phase avec celles émises vers l’avant.

La ligne de transmission acoustique permet de réduire les effets de réflexion et de résonances ainsi que la vitesse de propagation à l’intérieur de l’enceinte acoustique, autorisant ainsi des réglages plus fins.

En outre, dans le cas ou les ondes émergent de la ligne de transmission en phase avec celles émises vers l’avant, on bénéficie d’une plus grande puissance acoustique sur la fréquence pour laquelle l’évent est calibré selon un principe analogue à celui des enceintes bass reflex.

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