Haut-parleur: données abusives

Qui n'a pas à l'occasion d'une visite dans un supermarché pour faire les courses de la semaine, vu dans le rayon alloué à la Hi-fi, des chaînes dont les puissances annoncées dépassent l'entendement puisqu'il n'est pas rare de voir des centaines de watts de puissance pour des Haut-parleurs aussi gros qu'une main.

Pour avoir remenbrané plus de trente Haut-parleurs professionnels fabriqués par des sociétés comme JBL, Electro-voice, RCF, Précision Device, ATC....qui rentrent dans la composition de la plupart des plus gros systèmes de sonorisation de notre planète. J'ai assez de recule pour aujourd'hui tordre le coup à des idées reçues qui égarent le commun des mortels sur le chemin des fantasmes.

En effet, exprimer les performances d'un Haut-parleur uniquement en parlant de sa puissance sans autre forme de précision, frise l'escroquerie « intellectuelle »...voir commerciale.

Avant tout, il est important de savoir comment fonctionne le Haut-parleur pour pouvoir en comprendre ses réelles performances.

Combien d'entre nous étant gosse ont eu le plaisir de jeter des cailloux dans une marre ...combien aussi on sans doute remarqué les vagues nées du plongeon de la pierre dans l'eau... des cercles successifs se créent petit à petit, et ces cercles sont matérialisé par une remontée de l'eau en hauteur...et entre chacune de ces remontées d'eau appelées cercles...il se crée un creux ou le niveau d'eau est inférieure au niveau de l'eau avant le choc de la pierre avec l'eau de la marre.

Ondulations de l'eau causées par l'impact avec la pierre (vue en coupe).

En faite...la quantité d'eau qui manque à l'endroit du creux a été transporté sur la partie que l'on a appelé cercle d'eau, la où la hauteur d'eau est la plus importante, ceci à cause du choc de la pierre dans l'eau.
En faite, le son dans l'air se comporte de la même manière...le son est une succession de volume d'air comprimé et de volume d'air déprimé. La distance qui sépare deux volumes d'air comprimés (séparés part un volume d'air déprimé) correspond à la longueur d'onde de la fréquence exprimée en hertz (Hz)...
Donc pour créer un son, il faut déclencher la création d'une succession de volume d'air comprimés intercalés de zones d'air déprimés.

Le principe de l'émission d'un son par un Haut-parleur:

Concernant le Haut-parleur, la reproduction d'un son exige que le Haut-parleur soit capable de mettre en mouvement de l'air et de créer une succession de volume d'air comprimé entre lesquels existent obligatoirement des volumes d'air déprimés. Pour cela, la membrane du Haut-parleur doit avoir des mouvements d'excursion, elle doit bouger d'avant en arrière (ou d'arrière en avant d'ailleurs), ou ce que je vais appeler ci après des allers/retours....
Le nombre d’aller/retour par seconde de la membrane déterminera la fréquence émise...
De ce faite, une grande quantité d’aller/retour en 1 seconde émettra une fréquence relativement élevée ou aigu, mais de relativement faible amplitude (petits mouvements de la membrane) sachant qu’à partir d’une certaine fréquence, les mouvements de la membrane sont invisibles. Par contre un faible nombre d’aller/retour en 1 seconde de la membrane émettra une fréquence relativement basse, mais l'amplitude de la membrane étant toutefois assez importante (grands mouvements de la membrane étant cette fois ci d'autant plus visible que la fréquence reproduite est de plus en plus basse). Car la reproduction des fréquences basses demandent beaucoup d'énergie...et donc de grands mouvements de la membrane.

Composition d'un Haut-parleur:

Un Haut-parleur c'est une bobine de fil de cuivre ou d'aluminium, une bague (Kapton ou autre matériaux) servant de support au fil de la bobine, des fils souples de liaison pour aller de la bobine au bornier du HP, un bornier de branchement, une membrane, un aimant et des pièces (plaques magnétiques) capables de transporter le flux magnétique (fer pure), des suspensions (suspensions avant et spider) et un saladier servant de support rigide à toute ces pièces. Oups, j'oubliais les colles sans lesquelles le Haut-parleur serait toujours en pièce détachées...

Ce qui fait bouger la membrane d'un Haut-parleur:

Tout le monde se souviens sans doute de cette expérience simple faite en science physique avec deux aimants dont on titille les deux polarités nord et sud...
Tout le monde se souvient donc que des pôles identiques se repoussent( nord/nord ou sud/sud), que deux pôles différents s'attirent (sud/nord ou nord/sud).
Hors ces deux aimants ne changent pas de polarité mais il est possible en les tournant d'obtenir toutes les combinaisons possibles afin de tester toute les possibilités décrites entre parenthèses un peu plus haut. Maintenant imaginez que nous prenions un aimant et que l'on fabrique un électro-aimant... L'aimant a la faculté de garder ses polarités fixes, alors que l'électro-aimant suivant la polarité du courant qui le traverse changera de polarité magnétique.

Dans le premier cas, nous allons par exemple créer une attraction en créant dans l'électro-aimant une polarité différente de l'aimant permanent. Puis en inversant la polarité de l'électro-aimant, nous allons créer une répulsion. Nous avons donc trouvé les moyens de provoquer des mouvements alternatifs (répulsions puis attractions) à une bobine électro-aimant soumise à un courant en présence d'un aimant naturel à induction magnétique permanente.

Maintenant imaginez que l'on colle un cône de carton à cette bobine électro-aimant...bien sur, lorsque la bobine va physiquement bouger, le cône en carton avec qui elle est solidaire va aussi se mettre en mouvement.

La membrane du Haut-parleur fonctionne sur ce principe... et la sortie des amplificateurs fourni le courant alternatif nécessaire pour créer les mouvements « aller/retour » du cône...

Suivant la polarité créée dans la bobine mobile (l'électro-aimant) la membrane va avancer ou reculer par rapport à une position de repos (la position de repos est la position de la membrane quand elle n'est soumise à aucun déplacement, et que l'électro-aimant ne reçoit aucun courant de l'amplificateur.).

Le mouvement d’aller/retour de la membrane est appelée course ou plutôt excursion de la membrane. L'augmentation de la tension dans l'électro-aimant va augmenter également la course ou l'excursion de la membrane, la membrane produit à ce moment de plus grands mouvements d’aller/retour.
De ce faite, plus on réclame de niveau sonore à un Haut-parleur , plus les débattements de la membrane sont grands. Parce que la quantité de courant mais surtout la tension qui passent dans sa bobine sont plus importants (le produit de la tension par l'intensité étant la puissance bien sur (P=UI)).

Les limites du Haut-parleur:

On peut en conclure qu'il y a deux éléments qui mettent en danger le Haut-parleur...la toute première, c'est la température à laquelle est soumise la bobine, vu l'échauffement provoqué par le passage important du courant. Ceci peut provoquer la fusion du fil de la bobine, mais bien avant cela, le décollage du fil de son support. La deuxième faiblesse du Haut-parleur c’est la résistance mécanique de la membrane et de ses suspensions ainsi soumises à de grands mouvements d’aller/retour.

En définitif, lorsque quelqu'un exprime une puissance pour un Haut-parleur, il n'exprime pas la capacité du Haut-parleur à fournir un niveau sonore, mais une capacité à y résister (physiquement)...
La puissance maximum admissible permet de déterminer le niveau de pression acoustique maximum correspondant, mais c'est avant tout une indication de limite, donc pas directement l'expression d'une qualité de restitution du Haut-parleur.

Un Haut-parleur et des paramètres mesurables:

C'est là que nous entrons dans le dédales des valeurs qui sont réellement l'expression de la qualité du Haut-parleur. Vous trouverez le décibel à de très nombreuses reprises parmi ces quelques valeurs : efficacité, sensibilité, linéarité, bande passante....etc.
On trouve aussi d'autres valeurs exprimées avec d'autres bases comme la distorsion harmonique 2 et 3, la courbe de phase et celles propres a l'enceinte acoustique telle la courbe tridimentionnelle "waterfall". Il existe aussi le rendement exprimé en %.
Bien sur, vous ne trouverez que très rarement ces valeurs là en vitrine car elles sont impitoyables et permet rapidement de sélectionner le matériel le plus performant. Le jour ou chacun de nous tous aura connaissance de ces paramètres, les commerçants hésiteront à deux fois avant de nous rabâcher les oreilles avec des watts abusifs...

Un Haut-parleur n'est pas égal à un autre Haut-parleur de même diamètre:

Après avoir abordé les principes de la propagation du son dans l'air ambiante, après avoir donné quelques principes basic du fonctionnement du Haut-parleur, il est temps d'entrer dans les détails qui permettent de mieux comprendre pourquoi un Haut-parleur de 30 centimètres de diamètre n'est pas égal à un autre Haut-parleur de même diamètre. En effet, les performances d'un Haut-parleur dépendent de la qualité des matériaux utilisés à sa fabrication , mais aussi de la forme des différentes pièces composant ce Haut-parleur.

En effet, il est assez stupéfiant pour l'avoir entendu de mes propres oreilles, de la bouche d'un commerçant qui vend des enceintes de sono (dites économiques) et des Haut-parleurs de voiture (tout aussi économiques), dire qu'un Haut-parleur professionnel n'est finalement pas meilleur qu'un des nombreux Haut-parleur fabriqués dans le sud-est asiatique et que ces Haut-parleurs professionnels coûtent finalement trop cher pour ce qu'ils sont.
Je me demande alors pour quelle raison les professionnels du son dépensent des sommes très importantes dans l'achat de systèmes de sono professionnels alors qu'ils pourraient économiser de l'argent en achetant des systèmes de sono avec des haut-parleurs économiques?!. Il y a sûrement une raison. Et je vais tenter de vous l’expliquer en détail.

Comparons ce qui est comparable:

En effet, sonoriser une petite « chouille » (soirée dansante) entres copains n'exige pas les mêmes niveaux sonores que pour sonoriser un concert pour 30 000 personnes. Dans le premier cas la « chouille » se passera dans un lieu clos et le nombre de participant sera réduit. De l'autre il est rare de réunir 30 000 personnes dans un lieu clos excepté un Bercy ou un Zenith (et encore, car la jauge de telles salles dépassent rarement 20 000 personnes...) spécialement conçues pour recevoir presque autant de publique.

De ce faite, pour le cas d'un gros concert, le matériel utilisé fonctionne dehors, sous l'influence néfaste de l'humidité, des relativement basses températures (ou relativement hautes l'été), des conditions de transport qui se présentent dans tous les cas de concert, mais surtout de niveaux sonores conséquents.
Il est facile d'imaginer que la qualité du matériel pour sonoriser une « chouille » ne sera pas la même que pour un concert.
De plus, les musiciens, mais surtout les ingénieurs du son qui utilisent leurs oreilles pour faire le son d’une « façade » comme des « retours» sont extrêmement attentif à la qualité de restitution sonore. De surcroît, parmi les musiciens, il y a des vieux briscards qui ont une « oreille » impitoyable.
De toutes ces exigences, il en découle des coûts de fabrication très différents. Il est donc incompréhensible de comparer deux Haut-parleurs uniquement sur la base d'un diamètre, voir une puissance.
Cette dernière remarque s’applique également à la conception et la réalisation d’enceintes acoustique (full range), voir même de systèmes sonores à plusieurs éléments.

Un niveau sonore pour chaque utilisation:

Commençons d'abord par une valeur importante : le niveau sonore recherché. En effet, la plupart de tous ceux qui utilisent des Haut-parleurs ne cherchent qu'une chose : obtenir un volume sonore important, pour le plaisir, ou par nécessité pour un concert. N'excluons pas non plus l'envie d'en mettre plein la vue aux autres...(dans ce domaine comme dans quelques autres on n'échappe pas à cela)

Des notions de niveau sonore:

Voyons donc ce qui permet d'obtenir ce niveau sonore recherché. Mais d'abord parlons d'une valeur importante appelé décibel (dB) qui permet de quantifier ce niveau sonore.

Pour avoir un ordre d'idée des correspondances, voilà un tableau :
Ca commence par le silence absolu représente par le 0dBA (lire 0 décibel acoustique).

Zone de silence presque parfait :
- 0 dBA seuil d'audibilité
- 10 dBA bruissement de feuille (vent) en campagne
- 20 dBA chambre à coucher vide en campagne
Zone de bruits bien tolérés :
- 30 dBA niveau de bruit dans un appartement vide en campagne
- 40 dBA appartement en campagne bruyant
Zone de bruits énervants :
- 50 dBA chambre à coucher en ville. Près d'une grande avenue.
- 60 dBA conversation, musique d'ambiance.
Zone de bruits gênants :
- 70 dBA, bureau de dactylographie.
- 80 dBA rue très animée, chaîne Hi-fi à volume moyen.
- 90 dBA usine, cuivre et tambour à 10 mètres
- 100 dBA voisinage d'aérodrome
Zone de bruit dangereux :
- 110 dBA chaudronnerie, orchestre symphonique
- 120 dBA tonnerre, niveau quasi maximum en discothèque
- 125 dBA essai de moteur à réaction
- 130 dBA limite de l'oreille humaine.
- 160 dBA sirène de pompier extérieur à 10 mètres

Voici donc une bonne base pour intégrer cette valeur fondamentale qu'est le dBA ou décibel acoustique (car il existe aussi le décibel électrique (dBU, dBm)).

Comment déterminer le niveau sonore produit par un Haut-parleur:

En effet, quand un Haut-parleur reçoit d'un amplificateur un courant électrique d'une certaine puissance, il restitue un niveau sonore correspondant à ses qualités de fabrication. Il existe pour cela des techniques permettant de mesurer le niveau sonore que produit un Haut-parleur ou une enceinte en fonction de la puissance fournie et de l'endroit ou la mesure est faite.

Il existe plusieurs normes, mais celle qui est utilisée en Europe est celle qui consiste à placer à exactement 1 mètre devant le Haut-parleur ou l'enceinte acoustique, un microphone choisi pour ses qualités d'étalon (il capte toute les fréquences audibles avec la même efficacité...) capable de capter le niveau sonore fourni par le ou les HPs. Quand un Haut-parleur subit une telle mesure, il est fixé sur une plaque aux dimensions définie (135 x 165 cm de coté)
Puis on injecte dans le ou les Haut-parleurs une puissance toujours égale à 1 watt quelques soient les fréquences mesurées et quelque soit l'impédance du Haut-parleur ou de l'enceinte (4 ou 8 ohms). En fonction de cette impédance, la tension sera différente afin d’obtenir 1 watt.
Il en résulte alors un niveau sonore exprimé en décibel, mesure à 1 mètre avec 1 watt de puissance soit : n dB/W/m, il s'agit de la sensibilité du HP, ou des HPs en enceinte.
Par cette méthode, il est possible de tracer la courbe de réponse, et de connaître ainsi le niveau sonore à chaque fréquence. Bien sur, l'idéal serait d'avoir le même niveau sonore quelque soit la fréquence, mais surtout que ce niveau sonore globale soit le plus important possible, avec 1 watt mesuré à 1 mètre.

Une comparaison entre deux Haut-parleur spécialisés dans la reproduction des hautes fréquences audibles:

La plupart des Haut-parleurs Hi-fi se mesurent entre 88dB/w/m et 95dB/w/m. Les Haut-parleurs de sono, comprenant aussi les Haut-parleurs d'aigu à chambre de compression et à pavillon, se situent entre 94dB/w/m et presque 118dB/w/m ! ! ! !...
La différence entre 88dB/w/m et 118dB/w/m est tout simplement considérable ! ! !
Il faut savoir que pour passer de 88dB de niveau sonore avec 1 watt à un niveau de 91dB (soit 3 dB de plus), il faut doubler la puissance, soit 2 watts. Pour ajouter 3 autres dB, il faut encore doubler cette puissance, soit 4 watts...etc.

Pour comparaison, deux tweeters spécialisés dans la restitution des fréquences aigus, l'un (appelé Y) a une sensibilité de 88dB/avec 1 watt/ mesuré à 1 mètre. L'autre (appelé Z) de 117 dB/w/m.
Quelle puissance faudra-t-il injecter dans le tweeter Y pour obtenir le même niveau sonore du tweeter Z ? !....regardez le tableau détaillé suivant :

88dB............1 watt
91dB............2 watts
94 dB............4 watts
97 dB.............8 watts
100 dB...........16 watts
103 dB...........32 watts
106 dB...........64 watts
109 dB...........128 watts
112 dB............256 watts
115 dB...........512 watts
118 dB............1024 watts ! ! ! ! .....

Le tweeter Z à seulement besoin de 1 watt pour générer un niveau sonore de 117 dB à 1 mètre. Le tweeter Y, lui, pour générer un niveau de 117dB devra supporter quasiment 1000 watts ! ! ....

Autant dire que la sensibilité des Haut-parleurs est une donnée essentielle....

Un complément indispensable de données à la sensibilité:

Nous venons de voir que la sensibilité est une donnée technique essentielle. J'ai tenu à l’expliquer succinctement avec des exemples concrets. Pourtant cette sensibilité de Haut-parleur comme je l'ai écris précédemment est à mesurer d'une manière précise.
En effet, certains commerçants, conscient sans doute qu'il existait des gens capables de les titiller sur des aspects techniques, n'ont pas hésité à fournir la sensibilité en se gardant bien de donner des précisions pourtant aussi importante sinon plus que la sensibilité elle même.

Je rappel avant d'aller plus loin, que la sensibilité s'exprime d'abord avec une notation telle que: n dB/W/m (n décibel pour 1 watt, mesurer à 1 mètre de distance).
Le problème est que cette donnée exprimée n'indique pas de quelle(s) fréquence(s) il s’agit, ni même à fortiori de la bande de fréquence mesurée, et encore moins de la fourchette de tolérance dans cette même bande de fréquence.

La bande passante:

Bande passante ou Courbe de réponse du HP de Grave CELESTION B18-1000 (complétée de sa courbe d'impédance)

D'abord, de quoi s'agit-il quand on parle de bande de fréquence, bande passante ou courbe de réponse d'ailleurs. La bande de fréquence est une palette de fréquence comprise entre deux fréquences extrêmes (ou limites) choisies, dans laquelle se trouve toute les fréquences intermédiaires.
Je m'explique: prenons comme exemple un Haut-parleur de basses fréquences spécialisé comme son nom l'indique déjà dans la restitution des fréquences graves.
Prenons donc le 2241H de chez JBL (un HP de 46 centimètres de diamètre). Le constructeur indique que la bande passante restituée est comprise entre 20 Hz (ce qui est très bas) et 2 KHz (ou 2000 Hz).

La bande de fréquence en question est donc comprise entre 20 Hz et 2000Hz...
Elle concerne donc - au hasard -...les fréquences de 63 Hz, 250 Hz, 1000 Hz, 1250 Hz....etc..

Il existe en faite une infinité de fréquence comprise entre 20 Hz et 2000 Hz. Pourtant, j’ai choisi quelques fréquences qui correspondent toutes à celles que vous pouvez voir sur un Equalizer de 31 clés par canal. Ainsi les fréquences choisi presque au hasard ;o) comme 63, 250, 1000 et 1250 Hz existent et son facilement modifiable ou corrigible par un Equalizer aussi précis que le 31 bandes.
Mais pour mesurer la sensibilité du 2241H, il suffit de partir de 20 Hz et de progressivement augmenter la fréquence jusqu'à 2000 Hz à l'aide d'un générateur d'ondes sinusoïdales branché sur un ampli à la courbe de réponse plate, alimentant le HP à tester. Le son qui sort du Haut-parleur ressemble un peu au bruit que font encore les sirènes de pompiers (ces sirènes qui ne sonnent plus que le mercredi midi. Car le niveau sonore est tel que ces sirènes s'entendent à plusieurs kilomètres aux alentours, donc à l ‘époque ou elles sonnaient à toutes heures pour avertir les pompiers, c’était un réveil assuré à tout ceux qui dormaient dans les parages).
Le son de ces sirènes commencent par générer des fréquences basses, puis au fur et à mesure que la turbine prend de la vitesse dans la sirène, les fréquences sont de plus en plus aigus....

La linéarité:

En faite, le constructeur du HP a aussi mesuré ce qu'est capable de restituer le haut parleur 2241 H au-delà des fréquences données (20 Hz a 2000 Hz). Mais il n'a retenu que cette fourchette de fréquence utilisable pour laquelle la différence de sensibilité entre toutes les fréquences est relativement minime dans la plus grande partie de la bande passante retenue de 20 Hz à 2000 Hz.

Je m'explique.
Prenons les fréquences que j'ai cité plus haut. A chacune de ces fréquences (63, 250, 1000 et 1250 Hz) le Haut-parleur se comporte différemment. Il ne devrait pas. Mais il se comporte différemment pour des raisons liées à sa conception, la nature des matériaux qui le compose, etc.
En effet, le constructeur donne une sensibilité de 98dB/ 2.83volts/1m (remarquez au passage que pour JBL , la sensibilité n'est pas donné avec 1 watt mais 2,83 volts. Ceci toujours à 1 mètre).
2,83 volts avec une enceinte de 8 ohms, ca fait 1 watt. On retombe sur nos pieds. Dans le cas d’une enceinte ou d’un HP de 4 ohms, la tension serait de 2 volts.
Quoi qu’il en soit, si la tension baisse, l’intensité augmente puisque l’impédance est plus faible. De ce faite, la puissance reste toujours d’1 watt.
Revenons donc à nos quatre fréquences choisies au hasard dans la fourchette des 20 Hz à 2000 Hz.
On pourrait penser que les 98 dB/2,83V/1m s'appliquent au 4 fréquences en question (63 Hz, 250 Hz, 1000 Hz et 1250 Hz). Ce serait l'idéal (on l'appellerait dans ce cas une linéarité parfaite). Cependant le Haut-parleur a des défauts que l'on peut voir ici, même avec JBL.
La différence c'est que le sérieux des conceptions et constructions JBL limitent les décalages de sensibilité trop importants entre ces différentes fréquences.

En effet, la sensibilité du Haut-parleur à 63 Hz peut très bien être de 95dB/2,83V/1m, puis à 250 Hz être de 98dB/2,83volts/1m, qu'a 1000 Hz, elle ne soit plus que de 96dB/2,83Volts/1m et de nouveau de plus de 98 dB/2,83Volts/1m pour 1250 Hz. Il s’agit la bien sur d’un exemple.

Vous avez sans doute deviné que la bande passante du Haut-parleur a un profile qui ressemble plus à une série de dents de scie que d'une ligne parfaitement droite. Dans le cas des « dents de scie », on appel cela une courbe de réponse en « peigne ».
Il en est ainsi pour tous les Haut-parleurs quelque soit le constructeur.
Il existe donc deux façons de faire apparaître la sensibilité du Haut-parleur:

- Avec un graphique qui défini clairement et facilement la sensibilité du Haut-parleur à toute les fréquences: on l'appel courbe de réponse. La possession de cette courbe par le nouveau propriétaire du HP est un gage de sérieux de la société qui l’a fabriqué. A la seule condition que cette courbe soit exacte.

- Il existe une donnée minimum qui permet d'avoir une idée de la sensibilité du Haut-parleur à toute ses fréquences. Sa falsification par des fabriquants sans scrupule est facile, il suffit « d’oublier » de spécifier quelques paramètres indispensables, ou de fournir un seul paramètre totalement inexacte. Voir l'explication qui suit:

Il est indispensable d’indiquer 3 paramètres : la sensibilité moyenne du Haut-parleur ou de l'enceinte acoustique, la bande de fréquence dans laquelle cette sensibilité moyenne à été mesuré, enfin la fourchette de tolérance de niveau (en dB) qui précise la fréquence qui sera la moins audible, et celle qui sera la plus perceptible.

Exemple: JBL pour son 2241 H donne une sensibilité moyenne de 98 dB/2,83volts/1mètre, ceci entre 20 et 2000 Hz, dans une fourchette de - 10 dB.
Que cela signifie-t-il...
Ca veut dire qu'entre 20 et 2000 Hz, la fréquence avec la plus forte sensibilité sera de 98 dB, et que la moins forte sera de 98 - 10 dB soit 88dB.
Bien sur JBL aurait très bien pu écrire une sensibilité de 93 dB toujours entre 20 et 2000 Hz mais avec une tolérance de +5 et - 5 dB, cela revenait au même.
Nous savions à ce moment que la plus audible des fréquence était de 93 + 5 dB soit 98...et la moins audible: 93 - 5 dB soit 88 dB. Nous avons donc bien le même résultat, à un détail prêt...
Pourquoi JBL a-t-il choisi « 98 dB » comme valeur de départ? ! Sans doute parce qu'un nombre majoritaire de fréquence se trouve avec des sensibilités proches de 98 dB. En conséquence, celles qui n'ont que 88 dB (le minimum) sont assez marginales en nombre (pour simplifier).

Voila un constructeur sérieux qui indique les données nécessaires qui renseignent simplement sur la linéarité de la bande de fréquence émise par leur 2241 H. Il existe bien sur à disposition la courbe de réponse de la bête.

Certains constructeurs malhonnêtes marquent des sensibilités comme : 103 dB/w/m entre 20 et 20 000 Hz, par exemple.
Il est relativement facile d'atteindre des sensibilités voisines ou mêmes supérieures à 103dB/w/m de 20 000 Hertz jusqu'au voisinage de 60 Hertz environ, avec des enceintes de sonorisation professionnelles . Pourtant, sauf constructions exceptionnelles faites avec la technique du pavillon, une sensibilité de 103dB/w/m en dessous de 30 Hz est impossible avec des enceintes bass-reflex , naturellement avec des enceintes closes qui sont déficitaires dans ces fréquences basses comparées aux enceintes bass-reflex, c’est encore plus inaccessible.
Je ne parles même pas des enceintes Hi-fi fabriquées pour le grand public. Car là, même 103 dB/w/m est impossible à atteindre sur toute la bande de fréquence comprise entre 20 et 20000 Hertz sans la technique du pavillon!!!...

Mais en l'absence de la tolérance, comment connaître réellement les caractéristiques du HP???!!!
Car c'est facile d'écrire 103dB/w/m (ce qui est d'ailleurs déjà une très bonne sensibilité pour une enceinte)...
JBL aurait pu aussi écrire cela, mais un tel constructeur est très loin de telles méthodes, comme Electro-voice ou d'autres marques de HPs professionnels qui ne trichent pas, car les HPs sont soumis à des conditions de travail et d'exigence extrêmement sévères. Leur crédibilité est constamment mise en jeu. Ces constructeurs ne s'adressent pas à des amateurs mais à des professionnels qui vont utiliser leur matériel en permanence, avec des exigences sévères en matière de qualité sonore et ceci dans les pires conditions !

Revenons à nos 103 dB miraculeux. Et si :103 dB/1w/1m voulait dire qu’entre 20 et 20000 Hz nous avons une fourchette de sensibilité comprise entre -4 dB et -14 dB??!...Il est tout a fait possible d’écrire cela !
Ca voudrait dire qu'aucune fréquence n'arrivera jamais à la sensibilité en question (103 dB/w/m) ! ! !.
Dans ce cas de figure, ne pas donner la tolérance revient à escroquer le client, puisque la fréquence la plus sensible ne dépassera jamais 99dB/1watt/m!!!!...
4 dB de différence est parfaitement audible (surtout pour l’écart de puissance que cela implique, car surtout c'est au niveau de la puissance de l'ampli que la différence est la plus nette.)

Ce qu'impliquent quelques "dB" de différence sur l'amplification:

En effet, avec 1 watt, pour une sensibilité de 103 dB déclarée, le niveau sonore aurait été de 103dBA SPL à 1 mètre (Sound Présure Level). Avec seulement 99 dB/w/m réelles, toujours à 1 mètre, il faudra plus de 2 watts pour atteindre les 103dB SPL en question.
Le pire est quand on demande un niveau sonore important. En effet, de 1 à 2 watts, la différence n'est somme toute pas si grande, mais de 128 à 256 watts, ca devient nettement plus sérieux...
Car je vous rappel qu’entre 1 et 2 watts il y a 3 dB... Il y a 3 dB également entre 128 et 256 watts.
Voilà une des raisons de l'importance de la grande sensibilité des enceintes dans l’audio professionnel pour les concerts.
Le prix d'un ampli de 128 watts par canal n'est pas le même que celui qui en donne 256...Rien que cela...
La température générée par le passage d'une telle puissance dans un HP n'est pas la même selon que l'on passe 128 ou 256 watts!!!...Je vous rappel qu'un HP est fait pour émettre un son, pas pour servir de radiateur électrique... :o)

Puissance admissible d'un Haut-parleur et pression acoustique restituée:

Maintenant il est tant de compléter les propos précédents par deux éléments primordiaux. D'une part, la puissance du Haut-parleur (puissance à laquelle le Haut-parleur résiste) avec les normes qui s'y rattache. D’autre part, les phénomènes acoustiques en relation avec la puissance de ces Haut-parleurs afin de calculer les niveaux de pression acoustique.

Puissance admissible d'un Haut-parleur:

Commençons déjà par la puissance que le Haut-parleur est capable de supporter (puissance admissible).
Mais juste avant, il est important de comprendre l'importance de ces notions.
Que ce soit pour diffuser une voix humaine, une musique, ou autre chose en augmentant son intelligibilité, sous entend que l'on cherche précisément à obtenir un niveau sonore suffisant, pour rendre confortable l'écoute du son de cette voix ou de cette musique.
Ce qui est chose aisée lorsque une seule paire d’oreille est concernée grâce à un casque d'écoute, devient plus compliqué pour rendre audible quelque chose destiné à être écouté par plusieurs personnes.
Enfin, ca devient carrément un casse tête quand il s'agit d'amplifier une source pour la rendre audible de plusieurs milliers de personnes...
Les lois acoustiques et les phénomènes atmosphériques participent à la complexité de la tâche dans une très grande mesure.

Nous avons donc pour tâche d'amplifier une source quelconque pour la rendre audible par un nombre important de personne (puisque le sujet ne concerne pas le casque d’écoute.)... Cela demande d'obtenir un niveau sonore élevé. Ce niveau sonore est quantifiable par une valeur déjà rencontrée largement auparavant dans ce dossier : le décibel (dB).
On l'exprime en dBA pour indiquer un niveau acoustique, ou d'une manière différente « dB SPL » qui indique Sound Présure Level (niveau de pression sonore ou acoustique).

Il faut donc trouver un moyen technique pour arriver à générer un niveau sonore aussi élevé.
Pour prendre quelques exemples :
Dans une discothèque, le niveau moyen à 5 mètres des enceintes doit être d'environ 105 dB SPL... Bien sur, à 1 mètre, la pression acoustique avoisine les 120 dB.
En concert, ce niveau de 105 dB SPL est celui mesuré à la console de mixage souvent située de 20 à 50 mètres devant les systèmes d'enceintes!!... ( Qu'elles soient "stacker": empilées les unes sur les autres, ou "cluster": suspendues en l’air en "grappe de raisin")

Nous pouvons déjà voir que le matériel utilisé en concert sera nettement plus sollicité que celui d'une discothèque concernant le niveau sonore généré.
Dans tous les cas de figure nous avons besoin de matériel capable de fournir ces niveaux de pression acoustique.
La seule technique utilisée aujourd'hui d'une manière générale ( excluons les HPs à plasma (expérimentaux), les HPs « statiques » (qui équipent seulement un petit nombre d'enceintes...etc.), c'est celle du Haut-parleur dynamique dont le fonctionnement est décrit plus haut.

Pour que ce type de HP génère un niveau sonore quelconque, il doit recevoir une énergie qui fasse bouger sa membrane pour mettre l'air qui l’entoure en mouvement.
Cette énergie électrique provoque un échauffement du fil de la bobine du Haut-parleur.
La technique idéale consisterait à obtenir un niveau de pression acoustique généré le plus fort possible, ceci avec un échauffement de la bobine le plus bas possible. Le tout avec une capacité mécanique de la membrane permettant les plus grandes excursions possibles.

Hors, il est à noter que compte tenu du fonctionnement même du Haut-parleur dynamique, l'excursion ne pourra pas être augmentée à l'infini. Il est donc très difficile dans l'état actuelle des choses de dépasser 20 mm de course (excursion).

Limite de fonctionnement causé par la température excessive de la bobine mobile du Haut-parleur

Il y a pourtant un de ces paramètres qui limite grandement les performance du HP, c'est la température à laquelle est soumise la bobine mobile du HP, ceci causé par le passage du courant venant de l'ampli.
Il est encore possible dans ce domaine d'améliorer les performances. Ainsi le ferro-fluide dans l'entrefer d'un HP permet d'évacuer la chaleur de la bobine.

Il existe aussi d'autres techniques qui consistent à ventiler la bobine pour évacuer ces calories dû à l'échauffement.
Chez JBL, par exemple, ca s’appelle le VGC (Vented Gap Cooling), soit trois orifices à l'arrière du HP pour évacuer les calories.

Ce sont principalement ces deux paramètres (excursion et température de la bobine) qui vont être déterminant dans la puissance admissible du Haut-parleur.

Les normes de mesures:

Pour cela, de la même façon que les normes de mesures de sensibilité des HPs ou des enceintes, il existe des normes de mesure de la puissance d'un Haut-parleur.
Dans tous les cas, cette norme indique une puissance permanente accompagnée d'une puissance « peak » (très forte puissance instantanée).

Nota :pour l’instantané, ne pas confondre avec la poudre de chocolat pour le petit déjeuné :o)

Selon les normes, la puissance permanente et peak sont mesurées dans des conditions différentes selon ces normes.

Les conditions de mesure sont plus ou moins sévères...jugez plutôt:

Commençons d'abord par les normes qui sont tirées par les cheveux, comme celles dont on nous abreuve dans les rayons alloués aux autoradios, que ce soit RMS, efficace, musicale ou Din (bien que RMS en soit une quand même, et ca ne veut pas dire Régime Maximum de Sortie....!!! puisque c'est de l'anglais).

Je dirais en étant un peu manichéen que RMS et efficace, c'est à peu prêt la même chose. C'est une puissance nominale. C'est la puissance qu’un Haut-parleur est sensé accepter pendant un laps de temps assez long. Par contre, la puissance musicale, Din et admissible, expriment la limite admissible du HP sur de très courtes périodes.
Quelques dixièmes de seconde tout au plus.

Quand à la puissance crête à crête - tellement fantaisiste - qui n’a pour but que d’afficher des puissances admissibles commercialement attractives, signifie que le HP est soumis à une puissance limite quasiment avant destruction, quand ce n’est pas au-delà (pour ne pas dire dans l’au-delà, au paradis du Haut-parleur...lol)

Donc c'est une valeur dont vous ne devez pas tenir compte, du moins, si vous voulez garder votre équipement en bon état longtemps ou plutôt en vie.
Alors bien sur, quel est le rapport entre ces différentes mesures....

Il y a 3dB de différence entre RMS et musicale (RMS, efficace ou nominale étant grosso/modo la même chose) et 6 dB entre RMS et crête à crête (Din et musicale étant quasiment la même chose).

Prenons un exemple concret:
Un commerçant indique une puissance crête à crête de 50 watts pour un HP. Dans ce cas, 50 watts moins 3 dB (équivaut à diviser la puissance par 2), soit 25 watts pour une puissance max., Din ou musicale.
Il faut encore 3 dB de moins pour avoir la seule valeur importante selon moi:
La puissance nominale ou RMS. Ce qui fait donc une puissance encore divisée par 2, soit 12,5 watts...

On est bien loin des 50 watts...( 3dB + 3dB de différence entre RMS et crête à crête soit 50 watts divise par 4...)

Venons en aux normes auxquelles je ne vous conseillerais pas de tester vos enceintes de salon. Car les résultats obtenus seraient démoralisant mais surtout destructeurs.

Voici quelques unes de ces normes:

- IEC: Elle consiste à envoyer une puissance X à un HP pendant 100 heures sans discontinuer. Si le HP passe le test après 100 heures, la puissance infligée sera retenue comme puissance nominale à cette norme. Le HP doit sortir du test sans avoir été détérioré (très dure).

- EIA: Norme utilisée par Electro-voice (EV).
Consiste à infliger à un HP une puissance X (définie comme nominale à cette norme) en y ajoutant en même temps des pointes de puissance de + 6dB!! Ceci pendant 8 heures (assez dure aussi)....

- AES: Norme très souvent utilisée. Elle est sans doute une des moins sévères mais une des plus connues.
La puissance infligée au Haut-parleur est de seulement 3 dB inférieur à la puissance « peak ». Le test est effectué pendant 4 heures.

Cela induit donc un rapport entre la norme AES et EIA... Un Haut-parleur testé en AES de 600 watts ne fait plus que 300 watts en EIA environ.
Je crois par ailleurs me souvenir, que la norme AES (qui est le nom d'un salon de rencontre de professionnels de l'audio aux USA) est assez proche de la norme RMS du point de vue des résultats...
Un Haut-parleur de 200 watts chez Electro-voice à une puissance admissible de 800 watts peak. Ce HP serait donc considéré comme un HP de 400 watts AES (toujours avec 800 watts en peak).

Enfin, pour clore ce paragraphe et avant d'aller plus loin, il faut immédiatement tordre le cou a des inepties concernant la determination de la puissance admissible d'une enceinte multivoies.
La puissance admissible d'une telle enceinte n'est pas la somme de la puissance admissible du "tweeter" avec celle du "médium" et le tout ajouté a la puissance admissible du haut-parleur de grave (dans le cas d'une enceinte 3 voies, bien sur, cette regle est valable pour une enceinte ou un systeme sonore de 2 voies comme de 4, 5, 6 voies et plus.)
La puissance admissible d'une enceinte multivoies ou d'un systeme sonore, c'est la puissance ou la somme des puissances de ou des haut parleurs de la voie ou la puissance admissible est la plus forte (en général, c'est ou ce sont les puissances admissibles des haut parleurs produisant les fréquences les plus graves.)
Imaginons une enceinte 4 voies actives (filtrée en filtrage actif) ayant 5 haut-parleurs. Cette enceinte est composée d'un haut parleur pour la reproduction des aigus, un pour la reproduction des fréquences mediums et un pour les frequences basses. Les 2 haut-parleurs restant sont identiques et constituent le renfort d'extreme grave. la puissance admissible du HP d'aigus est de 25 watts rms, celui du medium est de 100 watts, celui du HP de grave est de 500 watts. Enfin, chacun des deux HPs d'extreme grave ont une puissance admissible de 800 watts.
En partant de la regle précédente, la puissance admissible du tweeter et sa sensibilité lui permet de fournir en faite un niveau de pression acoustique equivalent au medium avec une sensibilité plus faible mais une puissance admissible plus importante. C'est encore plus vrai pour le HP de basses qui "souffre" d'une sensibilité encore plus faible mais du fait d'une puissance admissible plus importante que le HP de medium et encore plus que celle du HP d'aigu, le HP de grave fournira une pression acoustique au moins equivalente.
Enfin, la pression acoustique possible du caisson d'extreme grave composé de 2 HPs identiques est voulue pour etre sensiblement superieure a la pression acoustique des autres voies, car la compression thermique aidant d'une part et l'enrichissement en extreme grave des styles de musiques actuelles d'autre part, c'est bien dans l'extreme grave qu'il faut pouvoir conserver une reserve de pression acoustique en cas de soliscitation importante du systeme sonore au complet.
La puissance admissible du systeme sonore ainsi constitué d'une enceinte trois voies et d'un caisson d'extreme grave est celle de la puissance admissible de la somme des deux hps du caisson d'extreme grave. C'est à dire 800 + 800 soit 1600 watts.
C'est avec ces 1600 watts que nous pourrons calculer la pression acoustique maxi du systeme audio que nous venons d'etudier pour l'exemple. on ne fait pas la somme des puissances admissible avec des HPs qui reproduisent des plages de frequences differentes mais seulement avec des haut-parleurs qui reproduisent les memes frequences.
Dans l'exemple ci dessus, les puissances admissibles données sont des exemples et ne veulent bien sur rien dire si elles ne sont pas accompagnée - chacune - de leur sensibilité respective.
D'autres cas montrent que selon le type de haut-parleur (à radiation direct ou à pavillon) les puissances admissibles des HPs de mediums (par exemple) peuvent etre tres differentes. Il ne faut donc pas prendre les puissances citées auparavant au pied de la lettre mais comme un exemple parmis tant d'autres.

Niveaux sonores en fonction des puissances admissibles des Haut-parleurs

Nous venons de voir une série de normes permettant d'avoir une idée précise sur les performances d'une gamelle (pardon, d'un HP).
Nous connaissons donc à présent la façon dont on peut tester un HP et connaître ainsi ses puissances limites (nominale et peak).

A présent nous allons pouvoir déterminer le niveau de pression acoustique généré par ces HPs, grâce à la connaissance de la puissance nominale et de la puissance peak.

Il est important de connaître la sensibilité de l'enceinte pour calculer ces niveaux de pression acoustique.
En effet, nous savons que la sensibilité est en général (en excluant une norme qui mesure à 1,20 mètre) mesurée à 1 mètre exactement et en injectant une puissance de 1 watt ou 2,83 volts à une enceinte ou un HP de 8 ohms. La mesure se fera sous 2 volts pour une enceinte ou un HP de 4 ohms. Mais gardons 1 watt.

Prenons l'exemple d'un HP Electro-voice de 46 centimètres de diamètre. Ce HP tiré de la série « 4 » nous donne une puissance admissible de 400 watts nominale EIA et 1600 watts en peak.
La sensibilité de ce HP tourne autour de 99dB/w/m...
Nous pouvons donc calculer la pression acoustique généré par le Haut-parleur à 1 mètre de distance avec 400 et 1600 watts....
Sans utiliser la formule connue, voici un tableau nettement plus parlant:
Je peux donc générer un niveau de 99 dB SPL à 1 mètre avec 1 watt... Donc:

99 + 3dB en doublant la puissance = 102 dB avec 2 watts
105 dB avec 4 watts
108 dB avec 8 watts
111 dB avec 16 watts
114 dB avec 32 watts
117 dB avec 64 watts
120 dB avec 128 watts
123 dB avec 256 watts
126 dB avec 512 watts ( soit environ 125 dB avec 400 watts)
129 dB avec 1024 watts
132 dB avec 2048 watts (soit environ 131 dB avec 1600 watts)

Bien évidement ce tableau ne parle que d'un HP.
Les choses sont différentes lorsque l'on fait agir plusieurs HPs identiques fonctionnant dans la même bande de fréquence.
De même, ce HP de 46 centimètres sera naturellement incapable de générer par exemple une fréquence de 8 000 Hz avec de tels niveaux de pression acoustique (je ne parles pas du taux de distorsion catastrophique). On peut d’ailleurs considérer qu’il sera incapable de reproduire une fréquence aussi haute, ou aussi aigu.
Il faudra laisser ce travail à un Haut-parleur d'aigu, en particulier à un tweeter à chambre de compression et à pavillon dont les sensibilités sont très supérieures à celles des tweeters utilisés dans la plupart de chaîne Hi-fi....

Pour un HP Electro-voice série 4, nous obtenons toujours les 99 dB/1watt/1metre de sensibilité.
Dans le cas de deux HPs identiques branchés en parallèle, l'impédance totale étant divisée par deux, la sensibilité de l'ensemble augmente globalement de 3 dB, la faisant passer ainsi de 99 a 102 dB/w/m. .
Tous les calculs qui vont suivre en seront modifié d'autant. Les calculs ci dessous ne concernent que des HPs identiques alimentés chacun séparément par un canal d'ampli.
Bien sur, en concert ou dans certaines discothèques il y a de très nombreux Haut-parleurs pour générer des niveaux de pression encore plus important. Quel résultat obtenons nous dans ce cas.

Si vous décidez d'acquérir un deuxième 46cms EV série 4 et que vous le faites fonctionner sur l'autre canal du même ampli et sur la même bande de fréquence (chacun de ces deux HPs sera alimenté avec 1 watt...). La pression acoustique résultante sera de 99 + 3dB , soit 102dB à 1 mètre.

Pour obtenir encore 3 dB de plus, soit 105dB à 1 mètre, il faudra 4 HPs identiques.

8 HPs si vous souhaitez passer à 108 dB à 1 mètre.

16 HPs pour 111dB à 1 mètre.

32 HPs pour 114dB à 1 mètre...etc.

Les niveaux de pression acoustique nominale et peak suivent ces paramètres:

Avec deux Haut-parleurs identiques (EV 46 cm série 4), la pression nominale passe de 125 dB à 128 dB toujours à 1 mètre et en peak de 131 dB à 134 dB à 1 mètre également...

Pour 4 HPs, ca passe de 128 dB à 131 dB, puis en peak de 134 dB à 137 dB à 1 mètre...

Pour 8 HPs, ca passe cette fois de 131 à 134, puis en peak de 137 à 141dB à 1 mètre...etc.

Attention aux oreilles à proximité d'un tel attroupement de HPs. Nous sommes à 1 mètre ! ! Mieux vaut laisser seul l’appareil de mesure en présence d’une pareille pression acoustique.

Nous connaissons donc les moyens de calculer avec 1 ou plusieurs HPs identiques (d'une manière simple) les niveaux acoustiques générés...
Cependant, ces niveaux ne sont - pour l’instant - mesurables qu'à une distance de 1 mètre. Donc, tous mes exemples précédents sont valable à 1 mètre.

Niveaux de pression acoustique résultants aux distances déterminées:

Quand est-il dans ce cas quand on s'éloigne de ou des HPs?!
Et bien il y a une perte de niveau....
En faite, l'énergie concentrée se diffuse dans un volume d'air sans cesse plus grand. L'énergie acoustique généré par les Haut-parleurs se partage sur un nombre de plus en plus grand de molécules de l’air.
L'énergie pour chaque molécule d'air baisse donc au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la source acoustique (HP(s)).
Utilisons, pour expliquer le phénomène, une image abstraite.
Symbolisons le HP ou le groupe de HP par une bille.
Cette bille est suspendue (ne me demandez pas comment... :o) ) dans un volume d'air au dimensions quasi infinies.
Dès que cette bille va vibrer, elle va transmettre son énergie dans l'air qui l'entoure.
Sans aucun obstacle physique à proximité ou à distance de cette bille, la vibration va se propager dans toutes les directions. Soit sur 360° horizontale et 360° verticale.
La diminution de niveau de pression acoustique est de 6 dB à chaque fois que la distance double.

Si nous reprenons le HP EV série 4, en prenant seulement la puissance nominale (cette démonstration est valable aussi pour calculer la puissance peak.), nous avons toujours 125 dB avec 400 watts mesuré à 1 mètre.

Il ne restera donc plus que 125 - 6 dB à 2 mètres soit 119 dB, avec 400 watts et toujours sans obstacle!

A 4 mètres, la pression sera de 119 - 6 dB soit 113 dB.

A 8 mètres elle sera de 113 - 6 dB soit 107 dB.

A 16 mètres : 101dB.

A 32 mètres: 95 dB.

Vous pouvez remarquer que la diminution de la pression est très importante dans les premiers mètres, mais à une certaine distance du HP, ou des HPs en groupe, la réduction ou l’atténuation est de moins en moins forte.

Comparatif enceintes Hi-fi et Haut-parleur sono:

Ainsi, il est facile d'imaginer le résultat d’une atténuation pareille , dans le cas de quelqu'un qui utilise en plein air ses enceintes acoustiques de chaîne Hi-fi de salon, pour sonoriser une fête ou il a invité 300 personnes. Le HP prit pour exemple juste avant possède une puissance admissible élevée, mais aussi une forte sensibilité.

Prenons un exemple. Avec une paire d'enceinte d'une cinquantaine de watt réelle et une sensibilité normale de 91 dB/w/m, il est facile de connaître les niveaux sonores résultants.
Dans un premier temps, il faut déterminer le niveau acoustique nominal à 1 mètre:

Avec un 1 watt, nous obtenons un niveau de 91 dB SPL

Avec 2 watts (soit plus 3 dB) = 94 dB.

4 watts = 97 dB.

8 watts = 100 dB (Le niveau vient à peine de dépasser le niveau obtenu par le HP Electro-voice série 4 avec seulement 1 watt!!.)

16 watts = 103 dB.

32 watts = 106 dB.

64 watts = 109 dB.

En conclusion, chaque enceinte Hi-fi générera tout juste 109 dB de pression acoustique à 1 mètre de distance.
Comme il y a deux enceintes Hi-fi, on peut globalement ajouter 3 dB supplémentaires, soit un peu moins de 112 dB à 1 mètre!.

Si nous mesurons la pression des deux enceintes à pleine puissance et en fonction de la distance avec 6dB d'atténuation:

Cela donne donc : 112 dB à 1 mètre.

112 - 6 dB à 2 mètres soit 106 dB SPL. (Ca dégringole vite!!!)

A 4 mètres il reste 100 dB SPL.

A 8 mètres seulement 94 dB.

A 16 mètres, il reste tout juste 88 dB (A 16 mètres, un seul HP Electro-voice génère encore un niveau de 101 dB SPL!!!)

Bien sur, l’atténuation de 6 dB par doublement de distance n'est valable que dans le cas ou la source sonore diffuse d'une manière omnidirectionnelle (Dans toutes les directions et sans obstacle).

Hors, à cause de deux choses:
L'une à cause de l'agnostropie acoustique (phénomène acoustique qui réduit l'angle de diffusion d'un son à cause de la longueur d'onde de la fréquence (aigu) et des dimensions du générateur (HP))
L'autre à cause (ou grâce) de l'utilisation du pavillon ( objet en forme de cornet aux profiles variés qu'on appel aussi porte voix, à cause de son utilisation au début du siècle...)

Le pavillon est utilisé d'une manière générale avec tout ce qui permet de générer un son : Le trombone à coulisse, les trompettes, les corps de chasse, ...etc. Les Klaxons de voitures sont autant d'utilisations du pavillon)
Les performances du pavillon sont insurpassables dès l'instant ou les calculs, le choix du profil et sa réalisation ont été fait sérieusement.

Prenons toujours notre bille. Seulement cette fois, la bille est collé à une surface aux dimensions presque infinie. En conséquence, les vibrations de la bille seront transmises dans un volume d'air nettement moins grand (2 fois plus réduit). De ce faite, la dispersion des vibrations est nettement moins brutale, car l'énergie ainsi transmise reste concentrée plus longtemps.

Par exemple, pour une diffusion de 360° horizontale et 180° verticale, la réduction du niveau sonore n'est plus que de 3 dB par doublement de distance!!

Ce qui permet à certains constructeurs d'utiliser le phénomène, en particulier pour leurs caissons de grave, afin d'obtenir des niveaux de pression plus élevé et de porter un son à de plus grandes distances en plaçant leurs caissons au sol plutôt qu'en l'air.

Reprenons de nouveau l’Electro-voice série 4.
Dans ce cas, le niveau à 1 mètre étant de 125 dB, il passera à 122 dB à une distance de 2 mètres.

Puis à 119 dB à 4 mètres.

116 dB à 8 mètres.

113 dB à 16 mètres.

110 dB à 32 mètres.

107 dB à 64 mètres.

104 dB à 128 mètres...

etc.

Comme vous pouvez le constater, le faite de diviser par deux le volume d'air supportant la propagation du son, dans ce cas précis, le niveau est à présent de 110 décibels à 32 mètres alors qu'il n'était plus, dans le cas précèdent, que de 95 dB à cette même distance....

Que se passe-t-il si la vibration de la bille se transmet dans un volume encore divisé par deux, soit par exemple 180° horizontale et 180° verticale?.
La réduction du niveau n'est plus que de 1,5 dB par doublement de distance...
Ces angles de diffusion (composé d'un angle verticale et horizontale) corresponds avec ce qu'on appel le coefficient ou facteur de directivité (noté par un Q et complété d'un chiffre ou d'un nombre).

Précisions:

L'exemple que j'ai pris avant avec le HP Electro-voice série 4 est en faite valable pour une très basse fréquence reproduite par ce HP. Car précisément, le phénomène d'agnostropie acoustique rentre en jeu et conditionne la directivité à chaque fréquence émise par ce HP.
De ce faite, pour des fréquences comprises entre 20 et 50 hertz, la dispersion de l'énergie à ces fréquence est quasiment faite sur 360° horizontale et verticale quand le Haut-parleur est suspendu en l’air à bonne distance du sol.
Plus la fréquence est élevée et plus les angles de diffusion sont réduits à cause de cette agnostropie acoustique et ceci sans qu’aucun obstacle ne force la diffusion de ces fréquences dans les angles verticale et horizontale fermés.

Ainsi, l'atténuation des fréquences graves du HP se trouve très proche des 6dB par doublement de distance (quand l’enceinte est suspendue en l’air), mais au fur et a mesure que les fréquences à reproduire sont élevées, l'atténuation est de moins en moins forte car la diffusion se fait dans un secteur de plus en plus réduit...

Implication de la directivité sur la portée du son

En diffusion de type "champ libre" comme c’est le cas en concert à l’extérieur de tous bâtiments, les fréquences les plus aigus portent plus loin que les fréquences graves. Les aigus étant plus "directifs" que les graves, ils ne subissent pas autant d'atténuation.

Un constructeur sérieux fourni avec son HP le graphique qui permet de visualiser par une courbe, les angles de diffusion en fonction de la fréquence.

Bien sur, les calculs précédents ne tiennent pas compte de l'augmentation de la sensibilité d’un ensemble HP + pavillon (Le HP dans ce cas s’appelle : moteur à chambre de compression). On peut aussi employer le terme de rendement pour exprimer un rapport puissance entrée/puissance restituée, car cette réduction de l'angle de diffusion du son permet justement une augmentation considérable du rapport puissance entrée dans l’ensemble HP + pavillon d’une part et d’autre part la puissance acoustique restituée du même ensemble.

La sensibilité de l’ensemble HP + pavillon subit le même effet, ceci est d'ailleurs très net pour les tweeters a chambre de compression qui utilisent le pavillon. La chambre de compression y participe aussi.
Les sensibilités sont telles qu'avec quelques watts à une distance de quelques mètres, l’oreille abdique.

Songez par exemple que E.C Vente et A.L Thuras, brillants scientifiques du premier tiers du siècle qui va s’achever, étaient des spécialistes du pavillon, des pionniers en la matière.
Ils avaient crée un pavillon qui avait été prit comme modèle pour la réalisation d'un autre pavillon , le 15 A de la Western Electric (ancêtre de la société Altec Lansing , du même groupe qu’Electro-voice et spécialisée à une certaine époque dans la réalisation de Haut-parleurs (séries 515), de systèmes sonore pour le cinéma puis d’autres production célèbres de très hautes qualités. Aujourd’hui Altec lansing ne fabrique plus que des enceintes acoustique pour ordinateur...).
Les performances du 15 A étaient telles qu'une puissance de 2,3 watts suffisait pour sonoriser musicalement une salle de cinéma de 2000 places!!!!!!...

Bonne réflexion

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