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Auteur(s)
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Jacques JOUHANEAU : Professeur au Conservatoire national des arts et métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Du même auteur, l’article Enceintes aux hautes fréquences traite des enceintes aux hautes fréquences.
Pour qu’un haut-parleur constitue une source d’énergie sonore suffisante et correctement répartie dans l’espace, il est indispensable de séparer les ondes rayonnées par la face avant du haut-parleur de celles qui sont émises par la face arrière. C’est le rôle de l’enceinte. Si celle-ci permet d’obtenir des résultats satisfaisants aux fréquences moyennes du spectre, elle pose en revanche des problèmes importants aux très basses fréquences.
Si l’enceinte est totalement fermée, la masse d’air enfermée dans l’enceinte réagit par compression sur le mouvement du haut-parleur, provoquant un accroissement de la raideur apparente de la membrane. Cela a pour conséquence une « remontée » de la fréquence de coupure basse de l’enceinte qui devient inapte à restituer les fréquences du registre grave et, a fortiori, de l’extrême grave. Le phénomène est d’autant plus critique qu’aux très basses fréquences, la puissance rayonnée, proportionnelle à la résistance de rayonnement, devient très faible.
Pour compenser cet effet, on cherche à étendre la bande passante de l’enceinte en couplant l’équipage mobile du haut-parleur à une masse qui, associée à la raideur de l’enceinte, constitue un résonateur que l’on accorde sur une fréquence assez basse pour que le son grave soit restitué et assez haute pour ne pas créer de trou dans la zone de raccord.
Plusieurs solutions existent selon la nature de la masse. Ce peut être :
-
celle d’une ouverture appelée évent (cas le plus fréquent) ;
-
celle du second haut-parleur ;
-
celle d’une colonne d’air.
L’enceinte à évent est appelée « bass-reflex ». Elle donne lieu à un nombre considérable de variantes plus ou moins sophistiquées selon la forme et la position de l’évent. Le fait que l’évent rayonne tantôt en phase, tantôt en opposition de phase avec le haut-parleur pose de délicats problèmes de réglage et d’optimisation.
L’enceinte utilisant un second haut-parleur peut donner lieu à diverses familles de solutions selon que le haut-parleur complémentaire est actif ou passif et selon qu’il est placé à l’intérieur ou à l’extérieur de l’enceinte. Dans de nombreux cas, le système actif fait l’objet d’un dispositif symétrique destiné à réduire les effets de non-linéarité d’excursion.
L’enceinte à colonne d’air dérive de l’enceinte à labyrinthe. Elle peut être mise en œuvre selon différents principes dont les plus courants sont l’enceinte à ligne de transmission et l’enceinte quart d’onde.
Il est à noter que de nombreux systèmes sont aujourd’hui obtenus par combinaison de ces différents principes.
Le tableau de Notations et symboles se trouve en fin d’article.
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2. Baffle plan de grandes dimensions
2.1 Séparation des ondes avant et arrière d’un haut-parleur
Un haut-parleur isolé se comporte comme un dipôle. À chaque déplacement de sa membrane, il crée une zone de pression sur l’une des faces et une zone de dépression sur l’autre (figure 1).
Le mouvement de l’air entraîné par la membrane se voit donc perturbé par un effet de court-circuit dû au déplacement des particules des hautes vers les basses pressions. Le phénomène a deux conséquences préjudiciables :
-
un rayonnement dipolaire ;
-
une réduction de l’énergie propagée.
La suppression de cet effet s’obtient par séparation de l’onde avant et de l’onde arrière. Cette séparation peut être obtenue par une barrière matérielle : le baffle. Celui-ci peut être ouvert (panneau de grandes dimensions) ou fermé (enceinte).
L’effet de séparation change le mode de rayonnement du haut-parleur qui passe du mode dipolaire (figure 2a ) au mode monopolaire encastré (figure 2b ). Les différences entre ces deux modes peuvent être illustrées par l’exemple numérique suivant.
soit un haut-parleur de diamètre 2a = 5 cm dont la membrane oscille à 500 Hz avec une vitesse vibratoire v0 = 10–3 m · s–1. Examinons les hypothèses selon lesquelles il se comporte (tableau 2) :
-
soit comme un dipôle de moment M = 2qd ;
-
soit comme un piston plan encastré de débit q = πa 2v0
-
En dipôle, il émet de façon bidirective et sa puissance rayonnée dans le demi-espace de droite vaut :
![]()
E M et E D sont respectivement les puissances rayonnées par le monopôle et le dipôle (formé de deux monopôles de puissance E M).
La...
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