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Tout est question de freinage

Nous allons réactualiser et optimiser une enceinte à ports distribués (DP) de conception "Wharfedale", illustrée par le schéma ci-après, en y intégrant une cloison interne supplémentaire partageant le volume global en deux volumes inégaux et ayant pour fonction de frein acoustique.
Cette configuration, utilisée par Briggs, permet de transformer l’architecture DP traditionnelle en un système partiellement filtré.
En effet, le modèle DP standard peut présenter certaines résonances de caisse susceptibles de colorer le bas-médium.

Schéma extrait de Wharfedale cabinet construction sheet October 1965


Avantage de la configuration 2/3 - 1/3 du volume
Avantages de cette configuration: : En divisant le volume en deux (2/3 - 1/3), on casse les ondes stationnaires internes (qui dépendent de la hauteur de la boîte). Le volume V2 (bas) agit comme une chambre de tranquillisation, filtrant les résidus de moyennes fréquences avant qu'ils ne sortent par les fentes. Le résultat est un médium beaucoup plus propre.

Avec l'effet Briggs, La cloison perforée agit comme une résistance (une friction). Elle "écrase" les pics d'impédance, rendant la charge plus facile à piloter pour l'amplificateur et offrant un grave beaucoup plus nuancé et moins "boomy"

Un meilleur contrôle de l'excursion protège le HP et le filtre interne crée une charge acoustique constante qui réduit considérablement la distorsion mécanique à fort volume. La cloison interne agit comme un filtre passe-bas du 1er ordre et les ports distribués à l'arrière ne rayonnent que l'énergie basse fréquence utile et non les résonances des parois et les réflexions du bas-médium.

!!!! Dès l'instant ou vous connaitrez les paramètres T & S de vos haut-parleurs, il suffira d'appliquer les mêmes formules et les mêmes conseils pour obtenir un résultat satisfaisant. Mais auparavant consultez le tableau dans la rubrique "Choix type enceinte" qui vous permettra de vérifier le type de charge à privilégier au regard du Qtc de vos HP.


Montage et Amortissement :
Le Filtre (Cloison) : Il doit être parfaitement étanche sur les bords (colle + joint). Les trous doivent être recouverts d'un tissu "respirant" (jersey ou mousseline) pour créer la résistance acoustique.
La Cavité Haute (V1) : Tapissez les parois latérales avec 25 mm de laine de coton. C'est le volume de "travail" du haut-parleur.
La Cavité Basse (V2) : Tapissez uniquement les côtés. Le panneau arrière (où se trouvent les fentes) doit être recouvert d'un tissu fin à l'intérieur pour filtrer les impuretés sonores.

Conseils : Prévoyez plus de trous que ceux calculés qui resteront obturés et permettrons les réglages. Pour les différents réglages prévoyez une face arrière démontable mais étanche une fois remontée.(Ruban mousse caoutchouc sur tous les tasseaux de montage arrière).

Position des fentes : Au-dessus ou en dessous du filtre ?
C'est un point crucial pour le fonctionnement du système.
  • Position : Les fentes doivent impérativement se trouver EN DESSOUS du filtre intérieur.
  • Circuit de l'air : L'onde arrière du HP est d'abord compressée dans le volume V1 (haut), passe à travers les trous freinés du filtre, puis se détend dans le volume V2 (bas) avant de sortir par les fentes au dos.

Calcul de l'enceinte à ports distribués (DP)

A l'aide du logiciel LIMP de la suite ARTA j'ai pu déterminer l'ensemble des paramètres Thiele and Small de ce HP, dont les caractéristiques électromécaniques sont celles du tableau de droite.

Avec ce Qts de 0,79 et une résonance Fs de 81Hz. ce type de HP accepte sans contrainte particulière un montage à ports distribués, seule solution pour obtenir un grave articulé sans le transformer en "tonneau".

Calcul du Volume de Charge (Vb)
La formule de Van Dickinson Vb = Vas x 20 x Qeff^3.3 est réservée aux HP avec un Qts de 0,4 environ et dans notre cas de Qts 0,79, cela entrainerai un Vb de 60 litres ce qui évidemment est beaucoup trop élevé au regard du Xmax du HP .
Nous partirons sur une base de 22 litres qui permet une protection pneumatique en dessous de la fréquence de résonance du HP. Le choix des 22L est donc justifié par la tenue en puissance

Fréquence d'accord:
En clos pur sans filtre de Briggs la fréquence de résonnance du système (Fc) est:
Fc = Fs x sqrt((Vas / Vb) + 1)
Avec Fs = 81,01Hz - Vas = 9,02 Litres et Vb = 22Litres, Fc = 97Hz

la fréquence de résonance système Fc en clos pur serait autour de 97 Hz avec une bosse désagréable.
Grâce aux ports distribués, on vise un lissage qui "simule" un accord à environ 75Hz. L'objectif est d'étendre la réponse tout en cassant le pic à 97 Hz.

Dans le montage avec filtre de Briggs et ports distribués :
  • Le filtre de Briggs "casse" ce pic de résonance de 96 Hz.
  • Les ports distribués permettent de faire descendre la courbe plus doucement.
  • Au lieu d'avoir une coupure brutale à 96 Hz, on obtient une pente très douce qui permet de percevoir du grave jusqu'à 70 Hz environ en ramenant le Qtc à 0,85.

Le Filtre de Briggs (Interne)
La cloison de Briggs sépare le volume en deux cavités pour casser les ondes stationnaires et créer une résistance acoustique.
Briggs recommande souvent une séparation asymétrique de 2/3 pour le volume du haut-parleur (V1) et 1/3 pour le volume de l'évent (V2).

Calcul du filtre et des ports distribués (méthode empirique)
Le tableau suivant présente les relations entre les paramètres suivants:
  • Diamètre du Haut-parleur
  • Fréquence résonance calculée en enceinte vide.
  • Fréquence cible d'accord de l'enceinte
  • Résistance acoustique selon Olson
  • Surface de fuite selon Briggs

Il permet de vérifier l'homogénéité de l'ensemble des calculs:



Surface totale des fentes (filtre interne) : 22 cm² pour un diamètre de 11 cm d'après le tableau ci-dessus.

Réalisation : 12 traits de scie 2 mm x 100 mm
Freinage : Une couche de feutre de laine de 2 mm agrafé côté V1

Les Ports Distribués (Sortie externe sur V2)
C'est ici que l'air s'échappe vers l'extérieur. Pour maintenir l'effet apériodique, la surface de sortie doit être légèrement inférieure à la surface interne pour créer une mise en pression de V2
  • Surface totale de sortie: S filtre x 0,8 = Environ 18 cm²
  • Format conseillé : Pratiquez 9 traits de scie 2 mm x 100 mm réparties à la base de l'enceinte
  • Réglage : Recouvrez ces fentes externes d'un tissu acoustique décoratif mais serré.

Position des fentes à l'arrière :
Position : Les fentes doivent impérativement se trouver EN DESSOUS du filtre intérieur.Circuit de l'air : L'onde arrière du HP est d'abord compressée dans le volume V1 (haut), passe à travers les trous freinés du filtre, puis se détend dans le volume V2 (bas) avant de sortir par les fentes au dos
Espacement : Les fentes commencent à environ 5 cm du bas de l'enceinte et remontent vers le filtre, espacées de 3,8 cm comme indiqué sur le schéma original.

Calcul du filtre et des ports distribués (méthode résistance acoustique équivalente)

Pour principe, la surface seule du filtre ne veut rien dire, ce qui compte c'et la résistance acoustique totale:
R total = R fentes + R tissu

Avec le HP de Qts = 0,79 et un volume de 22 L on va ramener le système vers un Qtc = 0,7 - 0,9.

Résistance cible:
Ra = ( ρ x c / Sd ) x k = 1,2 x 343 / 0,0095 = 43356 Rayls

Avec:
Ra en unité Rayls
ρ = 1.2 kg/m³
c = 343 m/s
Sd = 95 cm² = 0.0095 m²
k = coefficient d’ajustement (0.5 à 1)

Ra cible = ~ 20000 à 40000 Rayls suivant valeur k - On se fixe une valeur intermédiaire de 30000 Rayls

Concernant la valeur pratique que Briggs préconise soit une surface totale de fuite pour un petit HP (voir section Filtre Briggs) une valeur de 0,5 x Sd soit S fuite = 47 cm²

On applique la formule précédente de la résistance acoustique avec une surface de fuite de 47 cm²:

Ra = ( ρ x c / Sd ) x k = (1,2 x 343 / 0,0047 ) =~90000 Rayls²

On applique à cette valeur un coeficient multiplicateur k = 0,2 - 0,4 car la valeur précédente est théorique et il faut minorer à cause de :
  • Les pertes,
  • les turbulences,
  • les fentes longues et fines,
  • le tissu,
  • les cavités,
pour obtenir une résistance éffective de 90000 x 0,35 = ~30000 Rayls

La valeur précédente d'une surface de fuite est bien de 47 cm² avec réglage progressif par adjonction de tissu léger
ou bien 25 - 30 cm² sans tissu avec réglage par obstruction progressive des fentes ou ajout trait(s) de scie supplémentaire.

Ajustement
  • Si grave trop “boomy” → augmenter la résistance :
    • ajouter tissu
    • réduire surface
  • Si grave trop sec → diminuer la résistance :
    • enlever tissu
    • augmenter surface

Références:

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