Transducteurs et acoustique Part.2

Réflexions précoces

Si les règles s’établissent de manière réciproque pour la captation et la reproduction, nous nous attarderons plus spécialement à la diffusion et à la position des enceintes. C’est dans ces domaines où la contribution des réflexions précoces est la plus importante et parfois préjudiciable.

La comprehension des phénomènes liés aux réflexions fournit la réponse à certaines interrogations : Comment place t’on ses enceintes dans un local ? Que choisir : enceinte encastrée ou sur pied ? Que doit doit-on attendre d’un caisson de grave ? Une régie doit-elle être LEDE (Live End Dead End) ? dans trans et ac I nous avons pu constater quelques effets de la réponse polaire du transducteur sur la réponse globale, les conséquences ne s’arrêtent pas là : Une enceinte est quasiment omnidirective en basse fréquence (le niveau de pression est aussi élevé devant que derrière le haut-parleur). Pour l’aigu, l’enceinte est assurément plus directive mais son angle de diffusion reste assez large pour nous causer quelques ennuis... Fréquences graves Concernant les basses fréquences, une enceinte classique rayonne autant d’énergie vers l’avant que vers l’arrière jusqu’au moins 100 Hz. Tout irait bien si nous n’écoutions pas dans un local, car ces ondes émises par l’arrière vont venir frapper les parois arrières et adjacentes pour revenir sur l’enceinte elle-même.

Deux phénomènes apparaissent :

En basse fréquence

L'effet d’encastrement : les basses fréquences pour lesquelles la longueur d’onde est largement supérieure à la distance entre la paroi et l’enceinte verront leur amplitude augmentée par le nombre de parois contribuant au phénomène. Ce sont ces fameux commutateurs que l’on retrouve à l’arrière des enceintes professionnelles amplifiées qui permettent d’atténuer les fréquences graves surabondantes lorsque les enceintes rasent un peu trop les murs. Effet d’annulation qui apparaît lorsque l’onde arrière revient en opposition de phase sur le haut-parleur. En général l’annulation n’est pas totale car l’énergie renvoyée est en moyenne atténuée de 1.5dB et ne provoque pas un véritable trou dans la réponse en fréquence mais suffit à faire sortir la courbe de réponse dans l’axe hors de son gabarit. Cet effet est désastreux, plus le nombre de parois en proximité est important, (mur arrière, latéral, sol, plafond), plus la contribution est cumulative. La destruction totale intervient lorsque les distances entre les murs sont multiples ou égales. On peut observer dans certaines régies, des enceintes qui émettent un niveau de pression nul à certaines fréquences malgré une réponse axiale en champ libre exemplaire. L’annulation se produisant à la source, cette fréquence ne sera audible en aucun emplacement du local. Ce phénomène dépend de la longueur d’onde et agit en quart d’onde. Soit à une distance d de 1 mètre entre la face avant de l’enceinte et le mur arrière (figures 1 et 2) :

f=c/(d.4)=340/4=85Hz

On retrouvera ce même comportement à 0.75 à 1.25 puis 1.75 etc. fois la longueur d’onde, c’est à dire 255 Hz, 425… Hz et des augmentations de niveau pour 0.5, 1, 1.5…  fois la longueur d’onde soit : 170, 340, 510…Hz.

Comment faire pour y remédier :

· Encastrer les enceintes si l’on peut : le phénomène d’annulation disparaît, il ne reste plus qu’à compenser l’effet d’encastrement.

· Éviter les distances multiples entre le mur arrière, la paroi latérale, le sol et le plafond, ainsi ce ne sont pas les mêmes fréquences qui seront sollicitées car l’effet d’une paroi n’est pas totalement destructif et on parviendra ainsi au compromis d’une réponse en fréquence chahutée mais correcte.

· Écarter les enceintes à plus d’un mètre de toute parois est le seul moyen d’obtenir un grave homogène.

· Traiter les murs proches de l’enceinte pour absorber le grave est possible mais difficile et onéreux. Pour atténuer les fréquences graves, il existe la solution du bass trap constitué d’une épaisseur de laine de verre dont l’efficacité d’absorption réagit elle aussi en quart d’onde, ce qui réduit considérablement les volumes utiles. Une autre solution consiste à créer des diaphragmes constitués d’un espace vide et de matériau amortissant pris en sandwich entre le mur et une planche en bois dont la rigidité, l’épaisseur et les dimensions permettent d’accorder ces panneaux sur des zones de fréquences particulières.

· Utiliser un caisson de grave est aussi une solution envisageable mais c’est certainement la plus difficile à maîtriser. Combien de cabines de prise de son où ce « subwoofer » fait plus de mal que de bien. La fréquence de coupure entre le caisson et les satellites doit être inférieure à 100Hz pour éviter le problème de la localisation en stéréophonie lors de l’utilisation d’un unique caisson. Ce qui veut dire que le caisson devra lui aussi être écarté à plus d’un mètre de toute paroi ou collé au plus près du mur. Il est indispensable que le raccordement en fréquence entre satellite et caisson se fasse en phase pour que le raccord soit additif. C’est souvent cette dernière condition qui n’est jamais respectée. On parvient déjà difficilement à ses fins lorsque l’on peut ajuster le retard ou la phase. On trouvera une solution pour la position du preneur de son mais pas pour toutes les zones du local. Le dernier recours consiste à promener le caisson dans le lieu d’écoute de façon empirique jusqu’à ce que la réponse soit correcte et de le fixer là une fois pour toute... On utilisera donc un caisson que si l’on ne peut pas faire autrement (raison financière par exemple), car de toute évidence un caisson de basse plus satellite ne remplacera jamais des enceintes pleines bandes.

Pour l’aigu

Ce ne sont pas les ondes émises par l’arrière du transducteur qui génèrent des problèmes, mais les ondes réfléchies par les parois latérales et le mobilier.

Règle N°1, une cabine d’enregistrement doit être symétrique. C’est primordial, sinon, les enceintes n’auront plus le même timbre. Nos deux oreilles ne réagissent pas de la même manière suivant le type des réflexions. On peut voir sur le schéma suivant (figure 3) deux sortes de réflexions : 

En rouge, l’onde directe, en noire l’onde réfléchie par la console de mixage et en bleu l’onde provenant d’un rack d’effet ou autre situé sur la droite. La réflexion causée par le plan de la console crée une différence de marche de quelques dizaines de centimètre occasionnant un filtrage en peigne s’amorçant en fréquence au voisinage du kilohertz. Le trajet de ces réflexions parvient à l’oreille droite et gauche pour chaque enceinte avec des différences temporelles de quelques millisecondes entre-elles. Chacune d’elles créent des filtres qui leur sont spécifiques, ce qui permet au cerveau de compenser automatiquement les écarts induits. Ces réflexions ne sont donc quasiment pas audibles. A l’inverse, la contribution de deux réflexions très énergétiques provenant uniquement du même coté et venant exciter principalement une seule oreille est très audible. Le niveau sonore est amplifié latéralement, l’image sonore est décalée, les réflexions précoces sont polarisées. Le timbre entre les deux enceintes est modifié. De plus, comme l’oreille tente de compenser ce défaut en ne pouvant le faire sur du long terme, il s’ensuit une fatigue auditive et une sensation discordante et agressive.

Un autre phénomène important se produit en sonorisation et en monitoring, il est lié à la différence de marche existant entre les transducteurs d’une même enceinte dont les bandes de fréquence sont communes.

Règle N°2, la normale de la surface avant de l’enceinte est dirigée vers les oreilles pour que les ondes émises par les différents haut-parleurs soient reçues en phase. Ce problème interagit pour une seule zone de fréquence, celle liée à la fréquence de coupure des transducteurs (figures suivantes). Sur le graphique, la courbe en vert représente un filtrage en peigne lié à une différence de marche de 8.5cm. Les courbes en bleu sont les réponses fréquentielles d’un filtre passe bas et passe haut du premier ordre à 2 kHz. Tandis que la courbe rouge montre l’effet cumulatif des deux courbes précédentes en prenant en compte la phase et l’amplitude. Ces effets destructeurs seront minorés avec des filtres d’ordre supérieur et lorsque la différence de marche s’éloigne de la longueur d’onde de la fréquence de raccordement. De même, une distance de marche et une fréquence de coupure différentes modifient totalement la courbe. En sonorisation de façade ou de retour, on observe facilement ces trous avec un simple sonomètre en s’écartant légèrement de la position optimale.

On pourrait citer une règle N°2 bis en précisant qu’une enceinte s’écoute toujours avec les haut-parleurs placés verticalement. Ainsi, ces fameuses enceintes de proximité, que l’on retrouve habituellement posées à plat sur le bandeau de la console ne permettent d’observer une réponse en fréquence linéaire qu’au niveau du preneur de son. Les wedges pour des raisons d’encombrement sont aussi souvent placés à l’horizontal. Le musicien ne devra pas s’écarter de l’axe s’il désire conserver une balance cohérente.

Dernier point et non des moindres car à ce sujet la théorie n’est pas suffisante, ce sont les problèmes de diffraction en tout genre induits par les transducteurs, les bords de l’enceinte, les objets (écrans, bandeau de console, décoration...) réagissant en champ proche comme autant de sources parasites qui perturbent de manière incontrôlable le champ global perçu. Sachant que la modélisation de ces phénomènes de diffraction n’est pas possible aujourd’hui, abstenons nous de placer tout objet dans le champ proche émissif. Une plante placée à quelques centimètres hors de l’axe des haut-parleurs modifie la réponse de quelques 2 à 3 décibels en plus ou en moins à certaines fréquences.

En enregistrement, les phénomènes liés à ces différents problèmes se rencontrent plus rarement. Le problème le plus courant est celui de la réflexion induite par l’environnement proche (table speaker en bois ou en verre ou par des réflexions du sol). On parviendra assez facilement à les annuler en choisissant une directivité de microphone appropriée ou en se servant de transducteur de surface évitant ainsi tout filtrage en peigne. L’utilisation de microphones stéréophoniques contribuera pour les raisons évoquées plus haut, à une compensation auditive. Revenons à l’encastrement des enceintes, c’est effectivement la meilleure solution car la diffusion arrière est maîtrisée, les effets de bords n’existent plus s’il existe une continuité de surface par le type de matériau utilisé. (On évitera d’encastrer des enceintes dans de l’absorbant). Une autre méthode pour s’affranchir des lignes sources générées par les arêtes de l’enceinte est de choisir des formes ovoïdes pour des enceintes sur pied.

Les cabines « Lede » (mates à l’avant, diffusantes à l’arrière) sont des cabines dont l’acoustique demeure intéressante car elle autorise l’atténuation de toutes les réflexions précoces frontales tout en donnant une certaine vie au local. Cette sensation proche de notre écoute domestique en raison de son acoustique diffusante, nous procure cette sensation englobante et confortable. Ces cabines ont l’avantage de ramener une diffusion arrière au-delà d’une certaine durée pour ne pas corrompre l’acoustique du lieu d’enregistrement tout en créant une certaine sensation d’enveloppement. Elle permet en outre de dépolariser l’écoute. Rappelons que ces cabines ont une paroi au dos du preneur de son diffusante et non réfléchissante et qu’un mur trop rapproché (inférieur à 2m) de l’auditeur risque de détruire toute volonté de localisation et d’homogénéité du mixage. Une réflexion arrière trop énergétique détruit irrémédiablement toute stéréophonie. On se rend compte facilement par l’expérience qui consiste à envoyer un signal sinusoïdal sur les enceintes dont on fera varier la fréquence. Il n’y a pas une seule fréquence qui semble parvenir du même endroit (certaines fréquences seront perçues vers l’avant, d’autres de l’arrière...) Le multicanal n’autorise pas cette configuration, les enceintes arrières remédient au manque de sensation d’enveloppement. On préfèrera une acoustique répartie pour les installations 5.1 avec un temps de réverbération plus court...