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Tout comprendre sur les caissons de basses : les différents types

Pour produire de très basses fréquences avec un niveau sonore élevé, un haut-parleur de grave doit être couplé à un volume d'air adéquat. On appelle ce couplage "la charge". Les caissons utilisent différents types de charges, en fonction du haut-parleur employé et de la vocation du caisson.

Un caisson Hi-Fi n'aura pas les mêmes caractéristiques qu'un caisson dédié à l'infra-grave en usage home-cinéma. Chaque charge a ses qualités et ses défauts et toutes provoquent dans la réponse en fréquence du haut-parleur une surtension (pic) et une atténuation (chute). En effet, chaque type de charge a des propriétés de filtrage acoustique mécaniques et engendre ainsi une une atténuation plus ou moins grande. Cette échelle de grandeur est classée par ordre. Par exemple, un filtre du premier ordre a une atténuation douce de l'ordre de 6 dB par octave, alors qu'un filtre du second ordre induit une pente plus marquée de 12 dB par octave.

caisson de basses  

Le caisson clos (ordre 1)

Comme son nom l'indique, il s'agit d'un coffret fermé, totalement hermétique. Par conséquent, seule l’onde sonore générée par la face externe du haut-parleur est diffusée dans le local d'écoute. On l'appelle aussi "suspension acoustique", car la membrane du haut-parleur s'appuie sur l'air emprisonné. Le caisson clos a l’avantage de permettre le fonctionnement le plus régulier du haut-parleur. Cette charge implique d'employer un haut-parleur de très bonne qualité et de grand diamètre pour reproduire efficacement les basses fréquences. Le volume d'air doit être également conséquent, afin de favoriser une réponse étendue des basses fréquences. Enfin, le coffrage doit être extrêmement rigide afin d’éviter toute déformation liée aux fortes pressions internes, sources potentielles de distorsions. Ainsi, la charge close offre le meilleur régime transitoire théorique, avec un minimum de retard dans la diffusion des ondes sonores. Mais son rendement est aussi plus faible que celui offert par les autres types de charges.

caisson de basses homecinema
Transitoire : partie d'un signal sonore évoluant rapidement. Cela correspond à l'attaque et à la décroissance du signal.
 

Le caisson bass-reflex (ordre 2)

C’est la technique employée par la plupart des constructeurs. Cette charge a recours à un résonateur de Heimholtz - communément appelé évent - afin d'amplifier certaines basses fréquences et augmenter le rendement du caisson. En pratique, il s'agit d'un tube qui, en fonction de son propre volume et celui de l'air contenu dans le caisson, résonne et prend le relai du haut-parleur pour produire du grave. Sa présence augmente la tenue en puissance du haut-parleur, dans la mesure où l'excursion de la membrane de ce dernier est très réduite sur la plage de fréquences amplifiées par l'évent. Le haut-parleur et le coffret peuvent donc être de taille relativement modeste pour un niveau sonore identique ou supérieur à celui d'un caisson clos. Comparativement à la charge close, la charge bass-reflex offre un régime transitoire moindre et perturbe l'amplificateur du caisson. En effet, en empêchant la membrane du haut-parleur de bouger à sa fréquence de fonctionnement, le résonateur induit une résistance au courant électrique distribué par l'amplificateur (c'est l'impédance). La réactivité du caisson est donc théoriquement moindre. Pour autant, la charge bass-reflex est très souvent la plus satisfaisante à l'écoute. En outre, l'évent étant souvent situé à l'arrière ou sous le caisson, la diffusion des basses fréquences dans la pièce d'écoute est plus harmonieuse. Voire plus efficace.

 caisson de grave home cinema  

Le caisson passe-bande 4 (ordre 4)

Conception de plus en plus employée pour les caissons au volume réduit. La partie arrière du haut-parleur est chargée par un volume d'air clos, alors que la partie avant est chargée selon la technique du bass-reflex. Cette charge se comporte comme un filtre acoustique passe-bande (la coupure en fréquence se fait vers le haut et vers le bas du spectre sonore). Un haut-parleur de «petit» diamètre est utilisable et les volumes avant et arrière sont réduits par rapport au modèle bass-reflex. Le filtrage naturel du caisson permet de ne pas employer de filtre électronique complexe. Parce que le haut-parleur ne rayonne pas directement dans la pièce d'écoute, ce type de caisson est le moins adapté à la reproduction du haut grave.

home cinema  

Le caisson passe-bande 6 (ordre 6)

Cette technologie possède des caractéristiques similaires au caisson passe bande d'ordre 4, à cette différence que les deux charges sont accordées en bass-reflex. Le rendement est ainsi supérieur, mais les pentes de coupure extrêmement raides. Ainsi, ce type de caisson est extrêmement difficile à mettre en oeuvre et présente un intérêt assez faible, car il est employé dans des cas très particuliers, nécessitant une bande passante étroite. Il est généralement utilisé en sonorisation compacte et en car-audio. Pour les mêmes raisons que le caisson passe-bande du quatrième ordre, ce caisson est peu adapté à la reproduction du haut grave. Qui plus est, l'encombrement des caissons passe-bande du 6e ordre est très important.

instalation caisson de grave  

Le caisson de grave à haut-parleur(s) passif(s)

Il associe un haut-parleur actif (classique, avec aimant et bobine) et un, deux, voire trois haut-parleurs passifs (également appelés radiateurs). Un haut-parleur passif est amputé de sa bobine et de son aimant. Celui-ci est mû uniquement par les déplacements du haut-parleur actif, auquel il est couplé mécaniquement par le volume d'air du caisson. Cette charge s'apparente à la technique du bass-reflex, le haut-parleur passif se comportant comme un résonateur. En outre, le haut-parleur passif requiert un volume d'air inférieur à un résonateur bass-reflex, pour que le caisson descende en fréquences. Cette charge permet donc de réaliser des caissons compacts. Seul bémol : la forte intertie du haut-parleur passif induit un traînage difficile à maîtriser et l'emploi d'amplificateurs très puissants est nécessaire. Ce type de caisson est le plus souvent utilisé pour reproduire de très basses fréquences (15-30 Hz) avec une forte pression acoustique.

caisson de grave

 

Le caisson à charge TQWT (Tapered Quarter Wave Tube)

Ce type de charge est très peu utilisé pour la conception de caissons de grave, car il implique une taille imposante pour la reproduction des fréquences très basses. La longueur (L) calculée étant équivalente au quart de la longueur d’onde de la fréquence la plus basse à reproduire. Par exemple, si l’on veut reproduire une fréquence de 20 Hz, (L) doit mesurer 4,25 m ! On ne les trouve donc que sur quelques modèles Hi-Fi.

caisson homecinema  

Le caisson à charge par pavillon

Charge généralement utilisée en sonorisation. Le rendement global est amélioré mais la fréquence de coupure basse est relativement élevée, car pour obtenir les fréquences infra-graves, la taille de la bouche (extrémité du pavillon) doit être très élevée. Par exemple, pour 20 Hz, elle doit mesurer près de... 12 mètres! Il y a peu de différences de principe entre un pavillon avant et un pavillon arrière (également appelé backhorn). Ces caissons offrent un régime transitoire le plus souvent exceptionnel, conjugué à un très haut-rendement.

   

Le caisson asservi

L'asservissement consiste à mesurer et à corriger en temps réel les réactions du haut-parleur, afin d'obtenir une restitution optimale du signal. Pour y parvenir, les fabricants utilisent le plus souvent un accéléromètre qui analyse les mouvements de la membrane. Un processeur se charge alors de comparer le signal entrant et le signal reproduit. Lorsqu'une distorsion apparaît, l'amplificateur ajuste son fonctionnement afin de corriger immédiatement le comportement du haut-parleur. Cette technique permet de filter avec les limites à la fois de l'amplificateur et du haut-parleur, sans jamais les endommager. Loin d'être un gadget, l'asservissement permet de gagner le plus souvent 3 dB en rendement, ce qui équivaut à un doublement du niveau sonore.

 

   

Le caisson-vibreur (voir le ButtKicker)

Ce genre à part utilise un transducteur placé directement au contact de l'assise de l'auditeur et qui la fait vibrer, simulant ainsi les très basses fréquences. On peut utiliser un vibreur en complément d'un caisson de basses, pour augmenter la perception physique des basses fréquences, ou bien en remplacement afin de ne pas déranger son voisinage et malgré tout éprouver des sensations. 

 


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