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Un Home Theater de A à Z GENERAL : Partie 5 Les enceintes acoustiques

23 août 2005


Le moment est crucial, parce que le choix l'est aussi: Le choix des enceintes acoustiques va, ni plus ni moins, faire de votre installation Home Theater un échec ou une réussite.
Beaucoup, y compris parmi les professionnels, décrètent d'un ton catégorique: «tout est subjectif ». Un tel propos a au moins un grand mérite: il évite de réfléchir...

  

Si toutefois vous n'avez pas 100% envie d'adhérer à ce dicton péremptoire, je vous invite à lire ce qui suit.

1) Enceintes et formats sonores
A priori, on peut penser que le format sonore détermine le nombre d'enceintes d'une installation. Ce n'est pas tout à fait exact, il en détermine le nombre minimum .
Rien n'interdit d'installer un système au format 5.1 comportant 3 enceintes d'écran et, par exemple, 8 enceintes surround judicieusement réparties à l'arrière et sur les côtés de l'auditoire. De plus, dans une telle configuration, la puissance admissible par chaque enceinte surround peut être réduite, et donc sa taille, pour la plus grande satisfaction du décorateur. Techniquement, on s'approche nettement des salles de cinéma publiques.

Dans un format 6.1, on aura au minimum trois enceintes surround, et de même dans...un format 7.1!
Oui, parce qu'en fait le format 7.1 n'existe pas réellement en tant que format, il s'agit en fait d'un 6.1 auquel on a rajouté une deuxième enceinte arrière centre, soit en parallèle avec le première, soit sur un canal d'amplificateur indépendant, mais toujours alimenté par le même signal que la sixième.

Le subwoofer peut aussi être doublé, il s'appelle toujours «  . 1 » ou «  + 1 » tant qu'il reçoit un seul signal LFE.

2) Niveau sonore et décroissance du son
Beaucoup de revendeurs Home Cinema sont culturellement issus de la haute fidélité, et préconisent des enceintes en fonction de critères « Hi-Fi » tels que « musicalité, etc. ».
Comme je l'avais démontré en détail dans un article précédent, le premier problème est que beaucoup d'enceintes de haute fidélité ne sont pas conçues pour reproduire les niveaux sonores nécessaires en Home Theater. Je vous entends déjà dire « Oui, mais moi je n'écoute pas fort » ...
Cette notion est fausse, puisqu'elle ne concerne que le niveau sonore moyen . Ce qui importe, c'est l'aptitude des enceintes à reproduire les niveaux extrêmes, c'est à dire aussi bien le niveau maximum que le niveau minimum, même s'ils ne durent que quelques millièmes de seconde, et n'influent que très peu sur le niveau moyen perçu. Ceci porte un nom, c'est la dynamique .
En pratique, les bandes-son de cinéma comportent des variations dynamiques supérieures d'environ 20 dB par rapport à des programmes de musique enregistrée, pour un même niveau moyen. Le problème à faible niveau est la préservation de l'intégralité de la bande passante, alors même qu'elle est reproduite par des haut-parleurs différents en graves et en aigü.
Le problème à fort niveau est également la préservation de la bande passante et de son équilibre, alors que les divers haut-parleurs ne sont pas soumis aux mêmes contraintes et ne subissent pas la même compression dynamique .
Là, on ne parle déjà que des enceintes qui se comportent « bien »; pour beaucoup de produits, ces problèmes passent tout à fait inaperçus auprès de taux de distorsion rédhibitoires, ou même de petite fumée noire accompagnant une odeur typique de vernis brûlé.

Ce qu'il faut savoir, en données chiffrées, c'est que:

Les enceintes « classiques » à haut-parleurs on une fonction d'atténuation avec la distance qui est de -6dB à chaque fois que cette distance double. Les panneaux et enceintes à ruban, offrant un mode de propagation d'onde cylindrique, ont une fonction d'atténuation de -3 dB par doublement de distance Un doublement de puissance produit une augmentation de 3dB dans la zone de fonctionnement linéaire de l'enceinte. Quand on approche 50% de la puissance admissible de l'enceinte, sa sensibilité s'affaiblit par compression dynamique (lié à l'échauffement de la bobine mobile des haut-parleurs électrodynamiques), et quand on approche 100% de la puissance admissible, il devient impossible d'augmenter la niveau, tout surcroît de puissance étant absorbé par une réduction de sensibilité. Les enceintes frontales doivent pouvoir au moins fournir un niveau de 105 dB à l'auditeur (norme CST pour la reproduction sonore cinématographique), pour un niveau de bruit ambiant de 30 dB (courbe NR30). Ceci ne dépend de l'environnement que par rapport au critère de bruit de fond, qui correspond à une maison isolée à la campagne où à un appartement très calme.

Traitons un exemple: (si çà vous ...., passez tout de suite à la conclusion provisoire notée *** )

A partir d'une puissance donnée (300 Watts) et d'une distance (4m), calculons la sensibilité nécessaire d'une enceinte:
Niveau sonore requis: 105 dB à puissance maximum
Perte par compression dynamique: -6 dB
Perte par distance: -12 dB
Gain lié à la puissance (300W): +25 dB
Gain lié au fonctionnement simultané des 3 enceintes (attention! Les pressions ne s'additionnent pas, puisque la phase est aléatoire. Il s'agit d'un gain en puissance acoustique, soit 10 log de P/P0): +5dB

Raisonnement : les pertes de niveau s'expriment en besoin , et s'ajoutent au niveau requis. Au contraire, les gains diminuent le besoin, et se soustraient du niveau requis.

On arrive donc au résultat; Sensibilité (1W @ 1m.) requise = 105 DB +6+12-25-5 = 93 dB

Si nous faisons ce calcul avec une enceinte générant des ondes cylindriques (panneau, ruban), nous aurons une atténuation de 3 dB par doublement de distance. La perte par distance sera donc seulement de -6 dB au lieu de -12 dB. On pourra se contenter d'une sensibilité de 87 dB /1W @ 1m, ou encore avec une sensibilité de 90 dB / 1W @ 1m d'une puissance de 150 Watts.

Ceci amène à une conclusion provisoire *** à formes multiples:

Avec des enceintes classiques électrodynamiques, il faut éviter de descendre en dessous d'une sensibilité d'environ 92-93 dB /1W@1m, sous réserve qu'elles acceptent une puissance respectable. Toute augmentation de sensibilité est bienvenue, permettant de réduire la puissance, et donc la compression dynamique ainsi que le coût des amplificateurs. Les enceintes à ruban ou électrostatiques sont nettement favorisées quand les distances s'accroissent. La réduction du bruit de fond permet de réduire le niveau sonore sans perte de dynamique. C'est cependant l'approche la plus coûteuse, puisqu'elle peut vous conduire à... déménager. A l'inverse, une augmentation de bruit de fond ne peut être compensée par une augmentation du niveau sonore, qui atteint vite le seuil du tolérable.

3) Les enceintes d'écran
-Importance respective: Les enceintes d'écran (ou frontales) ont pour mission de reproduire l'essentiel du message sonore intelligible, en particulier l'enceinte centrale qui reproduit l'intégralité du dialogue. Appeler les enceintes gauche et droite « principales » est donc une aberration, car si une enceinte doit être appelée principale , c'est bien la centrale .

-Identité: Idéalement, les trois enceintes frontales, comme au cinéma, doivent être identiques et présenter les mêmes caractéristiques de directivité. Si, pour des raisons ergonomiques, l'enceinte centrale doit être couchée, il faut choisir des modèles à trois voies avec au moins les voies medium/aiguës disposées de façon identique.

 

 

Remarquons que la nécessité de placer l'enceinte centrale horizontalement n'existe que dans le cas où sa position est incorrecte, c'est à dire en dehors de l'écran. Voilà matière à méditer...

-Environnement: La première qualité d'une enceinte d'écran est l'intelligibilité du message qu'elle reproduit. L'environnement immédiat de l'enceinte est constitué d'un ensemble de réflexions qui proviennent à l'oreille de l'auditeur avec un temps de retard très court (moins de 10 millisecondes) correspondant à la différence entre le trajet de l'onde directe et de l'onde réfléchie. Ces réflexions courtes ont pour effet de réduire l'intelligibilité et d'altérer la courbe de réponse de façon importante. Il ne faut pas assimiler ces réflexions courtes aux réflexions moyennes (15 à 50 millisecondes de retard) qui procurent une sensation d'espace, et constituent la « signature » acoustique d'un auditorium .
Les réflexions courtes doivent donc être réduites autant que possible. Pour cela, il existe plusieurs méthodes:

Traiter l'environnement immédiat des enceintes de façon très absorbante Incorporer les enceintes dans un baffle plan continu Incorporer les enceintes dans le mur, en utilisant des enceintes « in-wall ». Notons que cette solution est une déclinaison ergonomique commode de la précédente. Utiliser des enceintes à directivité cardioïde en basses fréquences, et les placer suffisamment loin des murs arrière et latéraux. Notons que les enceintes de ce type sont extrêmement rares sur le marché.

-Directivité verticale: Un contrôle de la directivité verticale est toujours bienvenu dans la mesure où cela permet d'éviter les premières réflexions franches sur le sol et le plafond. Ces deux réflexions provoquent chacune un annulation acoustique, se traduisant par un creux dans la courbe de réponse en bas/medium. Plus exactement, lorsque le trajet de l'onde réfléchie est plus long d'une demi-longueur d'onde que le trajet direct, nous avons cette annulation acoustique par simple opposition de phase.
On peut éviter ce problème avec le sol en plaçant une table basse bien dimensionnée et placée de façon optimum pour dévier la première réflexion au sol hors de la zone d'écoute. Un peu de géométrie est nécessaire...
Mais à moins de l'équivalent à l'esthétique questionnable d'une table basse la tête en bas au plafond (Vous connaissez des décorateurs surréalistes?), le problème de la réflexion au plafond reste entier.
La meilleure solution consiste donc à utiliser des enceintes présentant une directivité verticale suffisante dans les fréquences bas/médium pour éviter que le champ sonore ne touche le sol à mi-distance entre l'enceinte et l'audience. De telles enceintes offrent nécessairement une source sonore très haute, et typiquement, il s'agit de panneaux, de rubans, ou d'alignements verticaux de multiples haut-parleurs.

-Position des enceintes d'écran: Le premier critère pour qu'un Home Theater à projection frontale fonctionne ou ne fonctionne pas est la position de l'enceinte centrale. Cette enceinte reproduit à elle seule entre 70% et 80% du message sonore suivant les programmes, excepté ceux signés par Jean-Jacques Anaud.
La seule position acceptable est, pour que le son et l'image fonctionnent de façon cohérente, derrière l'écran (celui-ci doit être perméable au son), exactement au centre de celui-ci.
J'ai entendu 10 000 fois ou plus des commentaires du genre « Oui, mais il faut savoir faire des compromis », « Pour les puristes, d'accord, mais... » « En théorie, c'est vrai, mais en pratique... », « Idéalement, peut-être, mais on ne vit pas dans un monde parfait », etc, etc...
Certes, tous ces propos sont parfaitement acceptables à partir du moment où on a accepté que l'intérêt d'un Home Cinéma est de le montrer à ses voisins pour les épater, mais que le résultat est définitivement sans importance.
Si on accorde la moindre importance au résultat, il est vraiment nécessaire de placer l'enceinte centrale au centre de l'image.
En ce qui concerne les enceintes gauche et droite, on a le choix entre deux positions: immédiatement contre les bords latéraux de l'écran, soit à l'intérieur, soit à l'extérieur .
Explication:

les enceintes à l'intérieur assurent la meilleure cohérence avec l'image, telle qu'elle est mixée pour les applications cinéma les enceintes à l'extérieur assurent la meilleure impression de spatialisation pour les vidéos de concerts, comme pour l'écoute des DVD audio

Evidemment, les deux solutions sont exclusives, il faut en choisir une. A moins de doubler les enceintes gauche et droite (avec un commutateur, il ne faut pas qu'elles fonctionnent ensemble), ou de les rendre mobiles avec un système de vérins les déplaçant suivant un pilotage par automate de domotique (encore plus cher que de doubler les enceintes)

-Implication: Trois enceintes identiques placées derrière l'écran à mi-hauteur ne constituent pas une prouesse technologique. La seule vraie nécessité est l'utilisation d'un écran acoustiquement transparent, ce qui n'est pas le plus courant, mais pas introuvable non plus. Si on utilise un projecteur de type DLP, ou tout autre projecteur à pixels fixes, il faudra faire attention lors du choix de l'écran à sa compatibilité avec le projecteur: Des effets de moirage peuvent apparaître sur les « à plats » de couleur, surtout de blanc. La meilleure solution est de choisir un écran de type tissé ou tricoté, plutôt qu'un écran perforé. Pour s'assurer in fine de l'absence de moirage, il faut utiliser un projecteur ayant exactement la même résolution que celui que vous utiliserez, projeter une image présentant exactement la même dimension, et choisir un « à plat » de gris clair (disponible dans Video Essentials), ou à la rigueur un paysage de neige immobilisé en position « pause ». S'il y a des moirages, vous les verrez tout de suite, ce n'est pas un effet subtil.

4) Les enceintes surround
Il existe trois types d'enceintes surround, et les trois sont justifiés dans des configurations différentes.
Avant de les décrire, je voudrais tordre le cou à une contre-vérité maintes fois écrite par ceux qui ne font que recopier la prose des autres sans se préoccuper d'en vérifier le bien-fondé: Les enceintes surround n'ont absolument pas besoin d'être identiques aux frontales, au contraire, il est nettement préférable qu'elles soient différentes en directivité. Si vous n'en êtes pas convaincu, allez simplement dans un cinéma. Après avoir regardé les enceintes surround dans la salle, attendez la fin de la séance et regardez les enceintes qui sont derrière l'écran.

-Les enceintes unipolaires: De telles enceintes, les plus classiques qui soient, peuvent parfaitement être utilisées en surround, à une condition: Il en faut, comme au cinéma, plusieurs paires. Ces enceintes qui ne reçoivent que peu de puissance peuvent être très simples, de petite taille. Il n'est pas nécessaire de prendre des modèles onéreux, ce qui en facilite la multiplication. Un ensemble de 6 enceintes de ce type peut avantageusement être réparti dans toute la région latérale et arrière de l'audience, et alimenté indifféremment en 5.1 ou 6.1.

-Les enceintes dipolaires: Ces enceintes ont la particularité d'être inlocalisables à l'oreille. Cette caractéristique, ainsi que leur directivité particulière en Huit, avec une annulation dans la zone dirigée directement vers l'auditeur, simule très efficacement un champ sonore émis par plusieurs enceintes. Si vous n'utilisez que deux enceintes à l'arrière, c'est le choix qui s'impose.

-Les enceintes bi-polaires: Similaires d'aspect aux dipolaires, elles n'en ont pas la directivité. En pratique, elles se caractérisent par des haut-parleurs en phase dans les deux directions, et se comportent donc comme des enceintes unipolaires à la directivité élargie. Il s'agit d'un compromis entre les deux solutions précédentes, mais qui demande, comme pour les unipolaires, plusieurs paires d'enceintes pour donner des résultats satisfaisants. L'intérêt est donc peu évident, sauf pour des écoutes de musique en multicanaux mixés en DTS.

 

 

Enceintes commutables dipolaires / bipolaires

 

-Le placement des enceintes surround: Contrairement aux enceintes frontales, les enceintes surround doivent reproduire un message diffus, difficilement localisable, et dont l'intelligibilité n'est pas critique. On va donc chercher, à l'inverse de la situation des enceintes frontales, à favoriser les réflexions courtes. La proximité des angles de murs et plafond est donc recherchée.
Par ailleurs, comme au cinéma et dans les studios de mixage, les enceintes surround sont disposées plus haut que les spectateurs. Ce critère de hauteur est très important, car il est à la base de nombreux effets sonores qui perdent de leur crédibilité s'il n'est pas respecté. Une bonne hauteur est entre 1.80m et 2.20m, avec de préférence toutes les enceintes surround à la même hauteur.

On remarquera que cette proximité des angles et des surfaces dures (plafond, par exemple) va augmenter le niveau de graves, déséquilibrant ainsi la réponse. Il est donc préférable de choisir des enceintes ayant une réponse en grave un peu « légère », ce qui converge avec le critère esthétique de taille des enceintes: N'étant pas dissimulées derrière un écran ou inclues dans une bibliothèque, placées en hauteur, les enceintes arrière sont particulièrement voyantes. Si elles peuvent être petites, ce n'est que mieux.

Position sur un plan de masse :
-Dans le cas ou l'on dispose de 2 enceintes surround, il faut impérativement les mettre à gauche et à droite en arrière de la zone d'écoute, aussi symétriquement que possible.

 

 

-Dans le cas où l'on dispose de 4 enceintes , l'idéal est d'en placer une paire de chaque côté de la zone d'écoute à 0° et 180°, considérant que l'enceinte centrale d'écran est à 90°. Les deux enceintes restantes seront placées symétriquement derrière la zone d'écoute.
-Si on dispose de 6 enceintes, il est préférable d'en placer une paire latéralement légèrement en avant de la zone d'écoute (de 20°à 0°et de 160° à 180°), une deuxième paire latéralement légèrement en arrière (de 340° à 360° et de 200° à 180°), la troisième paire restant en arrière comme dans le cas précédent.


5) Subwoofer:
Le (ou les) subwoofer(s) est un élément essentiel de la perception des effets sonores au cinéma. Quel que soit la bande passante des enceintes frontales, il est toujours mieux de reproduire le canal LFE par un subwoofer dédié. La première caractéristique d'un subwoofer est son aptitude à déplacer de l'air. Cette aptitude se calcule facilement: Il suffit de multiplier la surface active du (ou des) haut parleur par son déplacement linéaire. Cette donnée est généralement fournie par le constructeur de haut-parleurs, rarement par le fabricant de subwoofers. On peut vérifier le niveau maximum fourni par un subwoofer en le poussant jusqu'à ce que la distorsion devienne nettement audible. S'il rend l'âme avant, ce n'était certainement pas un bon achat...
Important! Pour tester un subwoofer, il faut impérativement couper toutes les autres enceintes, dont la réponse large-bande masque les défauts .

 

Une deuxième qualité importante d'un subwoofer est d'être fabriqué de façon robuste, de manière à ne pas générer de vibrations parasites. Le test est simple, c'est le même que précédemment.
Il faut noter également que le subwoofer est l'enceinte dont la réponse est la plus affectée par son environnement immédiat: Les modes propres de la pièce, la position du subwoofer déterminent non seulement sa réponse, mais aussi son niveau sonore.
Si le subwoofer est sous dimensionné, on aura par exemple intérêt à exciter simultanément tous les modes de la pièce en le mettant au coin. Dans le cas contraire, il vaut mieux éviter au maximum les modes qui entrent dans les fréquences de fonctionnement du subwoofer, par exemple en le plaçant au 1/3 de la distance entre les murs latéraux.
Si vous souhaitez connaître en détail les tenants et aboutissants du placement des « subs », je vous recommande la lecture, in English, de ce site très bien fait: http://www.sonicdesign.se/subplace.html
Le positionnement idéal d'un subwoofer ne peut être fait de façon réaliste que par une étude acoustique sérieuse des modes propres de la pièce. Si on ne passe pas par là, croisons les doigts et espérons que çà marche!

-Un dernier mot sur les enceintes en général: Les enceintes sont les sources sonores qui vont se coupler à l'acoustique de la pièce. La caractéristique essentielle qui détermine comment va se faire ce couplage est la forme de la directivité, ce qui évidemment n'intéresse personne, tout le monde sait çà. Comme çà n'intéresse personne, les fabricants ne se donnent pas la peine de la communiquer...
-Un dernier mot également sur les filtres en particulier: La pire chose qui puisse arriver à un haut-parleur est d'être précédé par une self en série avec le signal. C'est pourtant le cas d'à peu près 95% des haut-parleurs de grave, puisqu'une section passe-bas d'un filtre passif parallèle comporte au moins une self série.

Il existe deux solutions qui évitent cet écueil: Le filtrage actif en amont des amplificateurs, suivi d'une multi amplification (chaque haut-parleur est alimenté par un canal individuel). Cette solution, onéreuse, est quasi-universellement employée en audio professionnel.

 

 

L'autre solution est l'utilisation d'un filtre passif à topologie série.

 

 

 

Filtre série

Cette solution est le meilleur compromis économie / résultat. Mais elle est un peu délicate à mettre au point, et ne permet pas de bi câblage (marketing, quand tu nous tiens). Pour l'une ou l'autre de ces raisons (sinon les deux), très peu de filtres d'enceintes acoustiques du commerce sont de type série, et les constructeurs ne le signalent pas non plus dans leurs documentations...

-Un Home Theater de A à Z PRO Partie 1
-Un Home Theater de A à Z PRO Partie 2
-Un Home Theater de A à Z PRO Partie 3
-Un Home Theater de A à Z PRO Partie 4
-Un Home Theater de A à Z GENERAL Partie 1
-Un Home Theater de A à Z GENERAL Partie 2
-Un Home Theater de A à Z GENERAL Partie 3
-Un Home Theater de A à Z GENERAL Partie 4


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