Mise au point d'une enceinte à résonateur série (Double chambre avec cloison à fentes résistives)
L'enceinte est divisée en deux volumes par une cloison rigide percée de fentes étroites. Le haut-parleur rayonne dans le volume principal (grand), et seul le second volume (petit) est relié à l'extérieur par l'évent Bass-reflex.
Le flux acoustique doit traverser les fentes résistives de la cloison pour atteindre l'évent. Cette résistance acoustique crée un filtre passe-bas acoustique entre les deux chambres, d'où le nom de filtre acoustique.
Calculer ce type d'enceinte est plus complexe qu'un simple évent, car on ne cherche pas seulement à accorder une fréquence (Fb), mais à étaler la résonance pour obtenir une réponse plus naturelle et moins "boiteuse".
Le flux acoustique doit traverser les fentes résistives de la cloison pour atteindre l'évent. Cette résistance acoustique crée un filtre passe-bas acoustique entre les deux chambres, d'où le nom de filtre acoustique.
Calculer ce type d'enceinte est plus complexe qu'un simple évent, car on ne cherche pas seulement à accorder une fréquence (Fb), mais à étaler la résonance pour obtenir une réponse plus naturelle et moins "boiteuse".
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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.
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 électro-mécaniques sont celles du tableau de droite et qui présente une solution intéressante pour réaliser une enceinte BR avec double chambre qui va permettre de diminuer le volume d'enceinte et d'abaisser le rendu dans le grave en supprimant une des 2 bosses d'impédance du BR. Les paramètres T/S ne donnent pas directement la surface des fentes, mais ils permettent de déterminer la résistance acoustique cible. Ensuite on dimensionne les fentes pour obtenir cette résistance.
Dimensionnement du volume total (Vb):
Pour un haut-parleur avec un Qts de 0,79, on cherche généralement un volume de charge assez grand par rapport au Vas pour éviter de faire monter le Qtc (le facteur de qualité final) au-delà de 1.
Volume recommandé : Environ 18 à 22 litres (soit environ 2 à 2,5 x Vas)
Dimensions suivant Sepmeyer :
- Hauteur : 33,4 cm (la plus grande dimension)
- Largeur : 27,4 cm
- Profondeur : 24,0 cm (la plus petite)
Répartition des volumes:
Briggs recommandait généralement une répartition asymétrique pour casser les ondes stationnaires :
- Chambre Supérieure (V1) : Environ 2/3 du volume total - 14 litres (contient le haut-parleur et l'amortissement)
- Chambre Inférieure (V2) : Environ 1/3 du volume total - 7 litres c'est la zone de compression basse ou se trouve l'évent
Surface du filtre de Briggs:
La règle empirique de Briggs : La surface totale des fentes (ou trous) doit être comprise entre 15% et 25% de la surface de la membrane du haut-parleur (Sd).
Exemple : Pour un haut-parleur de 5 pouces (Sd=95 cm² ), la surface de passage dans la cloison doit être d'environ 18 à 20 cm². Par exemple, huit fentes de 90 x 2,5 mm de chaque coté du filtre.
Calcul du filtre acoustique interne (partie critique):
La cloison ne doit pas être totalement fermée, sinon nous avons deux petites boîtes séparées. Elle doit être "transparente" aux très basses fréquences mais "freiner" les ondes moyennes
Le filtre Briggs est donc une résistance (Ra) série entre deux volumes.
Résistance acoustique cible idéale pour amortir la résonance du système:
Ra ~rho. c/ Sd x (Qts / 2) = 1,2 x 343 / 0,0095 x (0,79 / 2) = 86 Pa-s/m^3
avec :
Résistance physique produite par les fentes:
Dans une enceinte avec cloison de 18–22 mm, on prend souvent : α = 0,2
- ρ = 1.2 kg/m³
- c = 343 m/s
- Sd surface membrane
Résistance physique produite par les fentes:
Dans une enceinte avec cloison de 18–22 mm, on prend souvent : α = 0,2
Ra = rho . c /S x alpha = 410 / 0,0019 x 0,2 = 43 pa-s/m^3
avec:
On remarque qu'avec une surface de fente de 19 cm² (Ra=43Pa-s/m^3) on n'atteint pas la Ra cible de 86.
Deux solutions:
Calcul surface et accord de l'évent:
Calcul de l'accord type "Safe alignment":
Pour un haut-parleur de la taille Sd = 95 cm², la surface de l'évent doit généralement représenter entre 1/5 et 1/4 de la surface de la membrane soit 19cm².
En utilisant un évent rectangulaire en bas de l'enceinte en face avant:
Calcul de la longueur de l'évent de19cm² pour accorder à 58 Hz avec une formule réorganisée de Helmholtz qui inclut la correction d'extrémité:
- ρ = 1.2 kg/m³
- c = 343 m/s
- S = surface totale des fentes
- alpha = coefficient dépendant de la perte due au frottement
On remarque qu'avec une surface de fente de 19 cm² (Ra=43Pa-s/m^3) on n'atteint pas la Ra cible de 86.
Deux solutions:
- On réduit la surface de 19cm² de moitié (9cm²) ce qui double la Ra fente
- On ajoute du feutre dans les fentes ce qui augmente fortement le alpha (Feutre léger : alpha = 0,4) et double la Ra fente
Calcul surface et accord de l'évent:
Calcul de l'accord type "Safe alignment":
- Pour un haut-parleur avec un Qts proche de 0,80, si on accorde à la fréquence de résonanceFs = 81 Hz, on obtient une bosse énorme (+5 dB) qui rend le son "boiteux".
- L'astuce consiste à accorder l'évent plus bas que le Fs.
- La formule d'alignement pour les Qts élevés est: Fb = 0,7 x Fs = 81 x 0,7 = 56,7 Hz
Pour un haut-parleur de la taille Sd = 95 cm², la surface de l'évent doit généralement représenter entre 1/5 et 1/4 de la surface de la membrane soit 19cm².
En utilisant un évent rectangulaire en bas de l'enceinte en face avant:
- Largeur : 15 cm
- Hauteur : 1,5 cm
- Profondeur (épaisseur du bois) : 19 mm
Calcul de la longueur de l'évent de19cm² pour accorder à 58 Hz avec une formule réorganisée de Helmholtz qui inclut la correction d'extrémité:
Détail des variables pour le calcul
Sv (Surface de l'évent) : 18cm²
Fb (Fréquence d'accord) : 58Hz
Vb (Volume de l'enceinte) :21L
k (Facteur de correction) 0,823
Après calcul L= 2,51 cm (y compris ép. de la face avant)
Garnissage:
il est crucial de bien gérer l'amortissement interne (laine de roche ou mousse). Dans le système Briggs, seule la chambre supérieure (celle du haut-parleur) doit être fortement amortie. La chambre du bas doit rester "claire" pour laisser l'évent respirer.
- Parois latérales : Tapissez les quatre faces internes avec de la laine de coton recyclé, du feutre épais (20 mm) ou de la mousse alvéolée.
- Derrière le haut-parleur : Ne collez rien directement contre l'aimant, mais assurez-vous que la paroi du fond (derrière le HP) soit bien couverte pour éviter le retour d'onde direct à travers la membrane.
- Espace libre : Laissez environ 5 cm de vide autour du haut-parleur pour qu'il puisse "respirer" vers la cloison intermédiaire.
Vérification
- Placer la main devant l'évent en fonctionnement - flux d'air pulsé perceptible
- Mesurer la réponse en fréquence avec REW ou ARTA
- La courbe doit montrer une pente douce sous 58 Hz sans pic marqué à Fb
- Ajuster le nombre de fentes ou ajouter de la feutrine sii la courbe trop marquée
Références:
- Sound reproduction - G.A. Briggs - La référence de la conception des systèmes de reproduction acoustique
- Bass-Reflex Enclosure Design - Principe de fonctionnement des enceintes bass-reflex.
- Loudspeakers - The Why and How of good reproduction By G.A. Briggs - un bon support pour des exemples
- Bass Reflex Performance Envelope - Gary Gesellchen - Estimation de l'enveloppe de performance des enceintes à évent