Calibrer son système hi-fi / home-cinéma : réglage du caisson de basses

Calibrer son système hi-fi / home-cinéma : réglage du caisson de basses

Cas particulier : le caisson de basses

Le caisson de basses est un élément qui peut poser quelques difficultés dans un système hi-fi comme dans un système home-cinéma tant son placement peut être délicat et l’influence de la pièce générer d’importants écarts de niveau ou des résonances sur certaines fréquences. 

Caisson de basses Klipsch SPL-150

Un caisson de basses (ici le Klipsch SPL-150) dans une grande pièce de vie avec des murs de briques, un sol en béton et une grande hauteur sous plafond : le calibrage du caisson de basses et des enceintes s’impose !

Tous les systèmes de calibrage acoustique ne sont pas en mesure de traiter aussi efficacement les problèmes de résonances dans le grave que ceux qui surviennent dans les moyennes et hautes fréquences, à l’exception des plus aboutis comme Dirac Live, RoomPerfect (Lyngdorf) et Trinnov Optimizer. Il existe bien des solutions de traitement passif comme les bass trap mais leur encombrement ne facilite pas leur mise œuvre dans un intérieur domestique.

La société DSPeaker s’est fait une spécialité de traiter ce problème en développant une gamme d’appareils spécialisés dotés d’algorithmes de calibrage dédiés aux basses fréquences.

Les Bass Trap

On peut bien sûr utiliser une correction acoustique passive pour atténuer sinon éliminer les bosses sur certaines fréquences. Le traitement acoustique des basses fréquences s’opère généralement au moyen de dispositifs appelés Bass Trap, ce qui signifie “piège à basses”.

Il prennent le plus souvent la forme de cylindres de bois creux, tels des tonneaux, remplis de mousse ou de matériaux absorbants dont la densité détermine la plage de fréquences traitée. Généralement peu onéreuse, cette solution présente cependant des inconvénients et des limites : les bass trap prennent de la place, sont peu esthétiques et il est bien souvent nécessaire d’en utiliser plusieurs pour obtenir un résultat probant. 

Bass Traps dans un studio de mixage et d'enregistrement

Il est souvent nécessaire d’utiliser plusieurs bass traps dans une pièce pour que le résultat soit satisfaisant, comme dans ce studio dans lequel plusieurs bass traps sont empilés dans les angles au fond, derrière le pupitre.

DSPeaker Anti-mode

Parmi les nombreuses distorsions sonores causées par les murs, le sol et le plafond de la pièce d'écoute, les pires sont les résonances modales également connues sous le nom d '«ondes stationnaires». Elles peuvent en effet altérer la réponse dans le grave avec des pics pouvant atteindre jusqu'à 30 dB et des résonances sur une faible portion de la plage de fréquences qui décroissent lentement. Ces résonances étroites peuvent se produire à des fréquences arbitraires. Chaque pièce présente généralement au moins deux résonances de ce type, appelées aussi résonances à facteur Q élevé.

 DSPeaker Anti-mode 8033 Cinema

Ticket d’entrée dans la gamme de processeurs audio du fabricant, le DSPeaker Anti-mode 8033 Cinema s’intercale entre la sortie caisson de l' amplificateur et l'entrée ligne du caisson de basses. Il mesure l'influence acoustique de la pièce pour corriger les défauts qu’elle engendre.

La technologie modale se concentre sur la modélisation du mécanisme à l'œuvre derrière ces résonances d'ondes stationnaires avec la géométrie de la pièce. Des modèles simples peuvent être dérivés des dimensions de la pièce : plus la pièce est grande, plus les fréquences de résonance sont basses. En réalité, il existe de multiples fréquences de résonance qui peuvent être modélisées comme des ondes stationnaires : ce sont les modes de la pièce. Ces résonances ayant des fréquences très basses, il est difficile de les atténuer avec des matériaux absorbants qui offrent en général un rendement médiocre pour les plages les plus basses.

Compensation des modes de la pièce

La technologie Anti-Mode est conçue pour éliminer les résonances de la pièce, mais elle compense également la réponse de l'ensemble du système audio. Comme les autres systèmes de calibrage, la technologie Anti-Mode s'appuie sur une série de mesures réalisées avec un microphone pour établir en quelque sorte une cartographie sonore de la pièce et des ses modes de résonance.

Un puissant algorithme permet ensuite de calculer le «contre-modèle» de la salle pour améliorer non seulement les caractéristiques d'amplitude et de phase du système mais également déterminer quels phénomènes peuvent et doivent être compensés. Intercalé entre l'ampli et le caisson de basses et/ou les enceintes, le dispositif Anti-Mode réalise ce processus de manière entièrement automatisée, sans aucune intervention de l'utilisateur.

Le programme d'étalonnage Anti-Mode génère automatiquement des signaux sonores par balayage de fréquences et récupère les données captées par le microphone inclus. Le processus d'analyse cartographie ensuite de manière autonome les paramètres des modes de la pièce, tels que la fréquence centrale, la valeur Q / largeur, le gain, l'asymétrie de fréquence. À partir de ces mesures est généré un contre-modèle optimal pour le système acoustique comprenant plusieurs filtres anti-modaux (AMF) personnalisés. Ces filtres sont alors systématiquement appliqués dès que le système diffuse de la musique ou la bande son d'un film.

L'application de ces filtres génère un temps de latence du signal de l'ordre de 3 ms (pour la série Anti-Mode 8033) dû principalement aux convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique. Ce retard est suffisamment faible pour être inaudible, notamment en écoute hi-fi. En écoute home-cinéma, il peut être compensé par l'ampli dans le cas peu probable où cela générerait un décalage image/son.

Qu'est-ce qui distingue la technologie Anti-Mode des autres approches existantes ?

Certaines technologies de calibrage utilisent des égaliseurs graphiques à bande fixe pour compenser la distorsion induite par la pièce d'écoute. Malheureusement, ce type de correction se révèle très imprécis voire inopérant contre les résonances étroites qui peuvent se produire à des fréquences arbitraires. D'autres tentent uniquement de compenser la réponse en amplitude en ignorant complètement la phase. Dans ce cas, la compensation n'est pas en mesure d'améliorer la réponse transitoire.

Par ailleurs, de nombreux égaliseurs paramétriques sont limités dans leur résolution spectrale. S'écarter de la fréquence centrale de résonance avec un écart même minime de seulement 1 Hz peut conduire à une correction générant une résonance modale pire que l'originale.

La technologie Anti-Mode travaille avec une résolution spectrale extrêmement précise et sa puissance de calcul permet d’utiliser un ou plusieurs caissons de basses même dans les pièces d'écoute les plus problématiques.

Exemples de corrections Anti-Mode

Zone d'écoute au milieu de la pièce

Zone d'écoute au milieu de la pièce

Dans le cas de figure illustré par ce schéma, l'auditeur est au milieu de la pièce où les basses fréquences sont généralement atténuées voire annulées par les réflexions.

Zone d'écoute au milieu de la pièce - Graphe avant calibrage

Sur ce graphique, on peut voir que le grave présente une concentration modale élevée dans la plage médiane à 63 Hz. À l'écoute, cette onde stationnaire brouille presque tous les transitoires, car elle est étroite et s'étend encore après 200 ms par rapport aux autres fréquences.

Zone d'écoute au milieu de la pièce - Graphe après calibrage

Après correction, le graphique montre comment ce mode a été contre-modélisé efficacement. L'extinction du grave (decay) est maintenant bien plus rapide.

Zone d'écoute contre le mur arrière

Zone d'écoute contre le mur arrière

Ce schéma illustre sans doute l'une des configurations les plus communes avec le caisson de basses dans un angle et l'auditeur sur son canapé adossé au mur opposé.

Zone d'écoute contre le mur du fond de la pièce - Graphe avant calibrage

Sur ce graphique, on constate que l'intégralité des basses fréquences est soumise à plusieurs modes asymétriques à facteur Q élevé (c'est-à-dire sur une plage de fréquences très étroite). La proximité de la paroi arrière est un piège pour les algorithmes d'étalonnage automatique, car la réponse change rapidement au moindre écart de position de l'auditeur par rapport à un point donné. Dans ce cas, la méthode du gradient implémenté par exemple dans le DSPeaker Anti-mode 8033 est la plus adaptée pour apporter une correction efficace.

Zone d'écoute contre le mur du fond de la pièce - Graphe après calibrage

Après correction on obtient une amélioration significative, même si l'extinction (decay) dans la courbe de réponse n'est pas complètement uniforme. Le résultat est cependant nettement meilleur pour toute la région du mur du fond, sauf dans les angles. Le point de gradient a été choisi 20 cm vers la paroi latérale, 10 cm vers la paroi arrière et 10 cm vers le sol.


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