Créateur d'enceintes acoustiques

A chaque membrane son comportement mécanique

Le haut-parleur idéal n’existe que dans des théories que la pratique ne peut satisfaire…

Introduction

Les géométries et les matériaux ont une influence notoire sur le comportement acoustique et mécanique et donc sur les propriétés de restitution d’un haut-parleur. Aucun fabricant ne peut se soustraire aux phénomènes de diffraction, d’interférences, de résonances et de fractionnements, toutes les membranes sont concernées quelque soit leur forme et leur matière.

De manière simplifiée ;

  • A matériau identique, chaque forme possède sa caractéristique de rayonnement propre qui comprend des phénomènes de diffraction et d’interférences, ils sont responsables de la directivité et des variations brutales de pression hors-axe dans les hautes fréquences.

  • A forme identique, chaque matériau possède son comportement vibratoire linéaire et non linéaire qui comprend des phénomènes de résonances et de fractionnements, ils occasionnent des accidents d’amplitude et de phase et interviennent sur la directivité et sur la distorsion harmonique.

comportement mécanique

Focus sur la membrane

analyse membrane seas
Le présent article a pour but de mettre en évidence l’impact que peuvent avoir différents matériaux sur les caractéristiques qui nous intéressent pour la conception d’une enceinte acoustique multivoies.
Pour ce faire, il fallait tout d’abord dé-corréler l’influence du matériau de l’influence de la géométrie de la membrane, mais aussi des autres constituants du haut-parleur (moteur, suspensions).
J’ai donc choisi d’effectuer une série de mesures comparatives sur deux haut-parleur qui se ressemblent le plus possible, excepté bien-sûr du matériau de la membrane. Les haut-parleurs en question sont des grave/medium de 18cm de diamètre du fabriquant Norvégien SEAS, le premier est un U18RNX/P qui possède une membrane en polypropylène tissé et le second un L18RNX qui possède quant à lui une membrane en aluminium très rigide.

SEAS H1571-08 U18RNX/P
SEAS H1571-08 U18RNX/P
SEAS H1224-08 L18RNX/P
SEAS H1224-08 L18RNX/P
  • Même châssis en aluminium injecté d’un diamètre de 17.6cm
  • Membrane à géométrie identique de type conique (curv cone), surface émissive = 126cm², ogive centrale
  • Rendement = 88dB
  • Diamètre de la bobine mobile = 3.9cm, excursion linéaire = 6mm
  • Souplesse de la suspension = 1.1mm/N
  • Prudence, le U18RNX/P possède un moteur sensiblement différent avec une inductance moindre.

 

Les mesures

Réponse et Phase dans l’axe

Les réponses en fréquence et les phases sont parfaitement identiques jusque 700Hz. Au delà de cette fréquence l’allure des courbes se différencie rapidement.

U18RNX/P : A 700Hz on remarque une chute soudaine de pression de -3dB ainsi qu’un accident de phase ce qui révèle les premiers signes de déformation et de fractionnement de la membrane polypropylène. On observe que dans la plage de fréquence 900Hz – 5kHz le haut-parleur reproduit une courbe de réponse bien linéaire avec une amplitude supérieure à celle de son homologue.

SEAS U18RNX/P courbe de réponse et courbe de phase dans l'axe

U18RNX/P courbe de réponse & courbe de phase dans l'axe

L18RNX/P : La réponse dans l’axe et la phase sont bien homogènes, il y a quelques légères fluctuations vers 800Hz qui peuvent provenir de la caisse fabriquée pour l’essai ou des suspensions. A partir de 1kHz on note une chute progressive de la pression acoustique qui est liée à l’inductance du moteur tandis que les résonances de la membrane, très marquées, n’interviennent qu’à partir de 5kHz.

SEAS L18RNX/P courbe de réponse et courbe de phase dans l'axe

L18RNX/P courbe de réponse & courbe de phase dans l'axe

Directivité

On peut voir sans difficulté que les directivités sont tout à fait identiques jusqu’à 1kHz, en revanche, pour les fréquences supérieures l’exercice de comparaison devient plus compliqué car l’allure globale de la courbe de réponse du U18RNX/P est très différente de celle du L18RNX/P. Les courbes de directivité relatives permettent de mieux mettre en évidence les écarts de directivité entre deux haut-parleurs.

SEAS U18RNX/P courbes de directivité

U18RNX/P courbes de directivité, noir=réponse dans l'axe

SEAS L18RNX/P courbes de directivité

L18RNX/P courbes de directivité, noir=réponse dans l'axe

Directivité relatives

Les courbes de directivité relatives représentent la perte de sensibilité avec comme référence la réponse dans l’axe, autrement dit la réponse dans l’axe a été normalisée à 0dB afin de permettre une lecture plus facile est plus objective de la directivité. Nous voyons ainsi que jusque 2kHz la directivité est identique entre les deux haut-parleurs.

U18RNX/P : Alors que le fabricant indique une plage de fréquence utile allant jusqu’à 4000Hz, nous observons ici que la directivité augmente subitement à partir de 2200Hz, rendant de fait cette recommandation assez optimiste.

SEAS U18RNX/P directivité relative

U18RNX/P directivité relative

L18RNX/P : On observe ici que la directivité est plus homogène et plus progressive et ce quel que soit l’angle de mesure. La courbe de réponse à 15° est parfaitement identique à la réponse dans l’axe jusqu’à 4000Hz.

SEAS L18RNX/P directivité relative

L18RNX/P directivité relative

Distorsion harmonique

Compte-tenu de la dissimilitude entre les deux haut-parleurs au niveau du moteur, le comparatif des courbes de distorsion harmonique doit se faire avec la plus grande prudence.

U18RNX/P : Dans la plage 200Hz-600Hz la distorsion harmonique de rang 3 est à l’avantage du U18RNX/P mais il y a peu de chance pour que la matière de la membrane soit en cause à ce niveau de fréquence.

SEAS U18RNX/P distorsion harmonique

U18RNX/P distorsion harmonique

L18RNX/P : Les pics de résonance de la membrane aluminium influent grandement sur la distorsion de rang 2 et 3. A 2.2kHz et 2.8kHz, l’harmonique de rang 3 est amplifiée par les résonances de la membrane.

SEAS L18RNX/P distorsion harmonique

L18RNX/P distorsion harmonique

Caractéristique temporelle

La caractéristique temporelle est clairement à l’avantage de la membrane rigide du L18RNX/P qui offre une restitution sans aucune résonance dans toute sa plage de fonctionnement utile.

U18RNX/P : De nombreuses résonances, sources de signature sonore interviennent à partir de 800Hz, celles-ci sont relativement bien amorties.

SEAS U18RNX/P Cumulative Spectral Decay

U18RNX/P Cumulative Spectral Decay

L18RNX/P : Les résonances sont faiblement amorties et sont toutes concentrées dans les fréquences supérieures à 5kHz.

SEAS L18RNX/P Cumulative Spectrale Decay

L18RNX/P Cumulative Spectrale Decay

Conclusion

A l’excepté de la membrane ces deux haut-parleurs sont de conception très proche, et nous l’avons vu au travers des mesures comparatives, leurs caractéristiques sont très différentes et nécessitent une certaine attention pour réussir une bonne mise en œuvre.

SEAS U18RNX/PD’un côté nous avons le U18RNX/P avec sa membrane en polypropylène tissé, ce haut-parleur offre de bonnes performances dans l’ensemble, la membrane amortit bien ses résonances qui apparaissent dès 800Hz mais au dessus de 2kHz le fractionnement provoque un accroissement rapide de la directivité.

Exceptée la chute de sensibilité à 800Hz, le comportement en fréquence est assez homogène sur toute la bande utile. Dans les hautes fréquences la sensibilité finit par s’effondrer naturellement sans gros accidents.

Le U18RNX/P est un haut-parleur que l’on pourrait qualifier de « facile » car il laisse au concepteur une certaine flexibilité en ce qui concerne le choix de la fréquence de coupure, et autorise un filtrage peu complexe avec une pente de coupure électrique faible. En revanche, les résonances de sa membrane auront irrémédiablement pour effet d’apporter une signature sonore même si sa plage d’utilisation est conforme à la recommandation du fabricant.

 

SEAS L18RNX/PDans un tout autre registre, le L18RNX/P propose un comportement en fréquence beaucoup plus contrasté. La membrane en aluminium, très rigide, ne subit aucun fractionnement dans toute sa plage de fonctionnement utile ce qui lui confère une directivité plus homogène. Jusqu’à 4kHz, si l’on tient compte de l’impédance, la sensibilité est d’une linéarité exemplaire.

Les résonances sont très marquées et sont toutes concentrées au dessus de 5kHz, elles provoquent une augmentation de la distorsion harmonique qui comprend deux importants pics H3 à 2.2kHz et 2.8kHz.

Pour ne donner que le meilleur, le L18RNX/P nécessite alors un filtrage pointu ; une fréquence de coupure basse (environ 1500Hz), une pente de coupure électrique élevée (12dB/oct au minimum) mais aussi une cellule « bouchon » pour effacer efficacement les résonances. Bien mise en œuvre, la membrane aluminium du L18RNX/P fonctionnera de manière parfaitement uniforme (sans résonance) et offrira un registre médium mieux défini et aussi plus fidèle.

Identifiant SIRET : 583 281 486 00018