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Lutter contre les interférences verticales d’une enceinte Hi-Fi

L’interférence entre les ondes émises par deux haut-parleurs est un sujet rarement abordé; pourtant ce phénomène physique agit directement sur les caractéristiques d’une enceinte acoustique, et en particulier sur sa directivité verticale.

Qu’est-ce qu’une interférence ?

Two_sources_interference

On parle d’interférences lorsque plusieurs ondes de même type se rencontrent et interagissent (ondes électromagnétiques, mécaniques, optiques, sonores etc.)

La pression sonore perçue dépend de son amplitude et correspond aux variations instantanées de pression de chacune des ondes qui se croisent au niveau de l’oreille. Dans le cas où les ondes sont en phase l’amplitude résultante est le double de l’amplitude de départ. En revanche, lorsque les ondes sont déphasées de 180° (en opposition de phase), l’amplitude résultante est nulle.

Période d'une onde sonore et pression instantanée

La pression instantanée dépend de sa situation (phase) dans la période.onde sonore sinusoïldale1000Hz

Phase relative et somme de deux ondes

La situation relative entre deux ondes correspond à la phase relative. Ici le déphasage entre les ondes 1 et 2 est inférieure à 90° donc l’onde résultante 1+2 est dite « constructive » car son amplitude est supérieure.Phase relative et somme de deux ondes

Cas d’une enceinte acoustique 2 voies

Prenons l’exemple d’une enceinte 2 voies de configuration classique en apparence: un haut-parleur grave medium relayé dans les hautes fréquences par un tweeter disposé au-dessus. Un filtre passif assure alors la séparation entre basses et hautes fréquences. Les courbes de réponse des haut-parleurs se croisent en un point que l’on appelle la fréquence de coupure.

A cette fréquence, les deux haut-parleurs émettent le même signal, avec la même amplitude, et c’est ce second point qui fait que la fréquence de coupure est la plus sujette aux phénomènes d’interférences. En effet, la puissance de l’onde résultante peut être nulle si la phase relative des deux signaux est égale à 180°, mais elle est doublée si la phase relative est égale à 0°.

La phase relative à la fréquence de coupure

Au point de recoupement entre les deux haut-parleurs le déphasage relatif dépend :

  • de la phase d’origine de chacune des deux sources, une constante définie en grande partie par la fonction de transfert du filtre passif.
  • de la distance qui sépare chaque source d’émission, d’un même point donné.

Au point d’écoute, la phase relative entre les deux ondes doit être proche de 0° ce qui correspond à un alignement temporel parfait; le concepteur prendra donc en compte les distances de chacune des sources d’émission, et adaptera chacune des phases d’origine afin que les haut-parleurs travaillent en phase là où l’auditeur, confortablement installé, profite de ses enceintes.

Les interférences en dehors de l’axe d’écoute

En principe, toutes les enceintes sont optimisées pour fonctionner au mieux dans un axe d’écoute prédéfini; mais que se passe-t-il en dehors de cet axe?

Dans l’exemple ci-dessous, la fréquence de coupure représentée est de 2600Hz et l’entre-axes entre les haut-parleurs est de seulement 145mm. Nous pouvons voir que, en dehors de l’axe d’écoute, il demeure des zones où l’amplitude résultante est nulle; au delà de ces zones la phase relative s’améliore à nouveau mais les ondes résultantes ne sont plus du tout dans l’axe d’écoute. Cette configuration, très répandue, tant à rendre l’enceinte directive sur le plan vertical au abords de la fréquence de coupure.

interférence 2600Hz 145mm

Comment lutter contre les interférences ?

Pour atténuer ce phénomène il existe deux principaux axes d’amélioration possibles:

  • diminuer la distance entre le woofer et le tweeter
  • abaisser la fréquence de coupure, ce qui revient à augmenter le temps d’une période

En mettant ce dernier point en application, fixons la fréquence de coupure à 1300Hz même si cela peut poser quelques difficultés lors du développement. Les haut-parleurs sont disposés avec le même entre-axes que précédemment. Voyons ci-dessous l’impact sur les interférences :

interférence 1300Hz 145mm

Il apparait que la directivité de l’enceinte est améliorée, ainsi que le confort d’écoute: l’équilibre tonal est mieux respecté dans une zone d’écoute élargie, imposant moins de rigueur de placement aux auditeurs. De plus, l’enceinte diffuse moins d’énergie au sol et vers le plafond, limitant de fait les effets indésirables de réverbération dans la pièce d’écoute.

Identifiant SIRET : 583 281 486 00018