Pourquoi utiliser deux caissons de basses ?

On considère généralement qu’un seul caisson de basses suffit dans un système home-cinéma afin de reproduire le canal LFE et soutenir les enceintes dans le grave. Mais est-ce vraiment le cas ? L’utilisation de deux caissons de basses, voire plus, peut-elle améliorer le rendu sonore ? Quel est le nombre idéal de caissons de basses pour un cinéma privé ? On fait le point.

Qu’est-ce qu’un caisson de basses ?

Le caisson de basses (ou caisson de grave) est une enceinte spécialisée dans la reproduction des plus basses fréquences (inférieures à 200 Hz), comme celles du canal LFE (Low Frequency Effect - 0 à 120 Hz) présent sur les pistes Dolby et DTS des films, séries et jeux vidéo. Les caissons de basses sont pour la plupart actifs, c’est-à-dire qu’ils possèdent un amplificateur intégré.

La connectique d’un caisson de basses comprend le plus souvent une entrée LFE (RCA mono) pour la liaison à la sortie Sub d’un ampli home-cinéma ou d’un ampli stéréo. Elle peut parfois être partagée avec une entrée ligne RCA stéréo. 

Certains caissons de basses proposent en plus une connectique dite “haut niveau”. Il s’agit de borniers d’enceintes à relier à ceux de l’ampli home-cinéma ou de l’ampli hi-fi. Certains fabricants comme REL Acoustics et Sonus Faber leur préfèrent un connecteur Speakon, plus pratique.

Le diamètre du haut-parleur et la puissance de l'ampli intégré sont déterminants pour reproduire efficacement le registre de grave, gage de sensations physiques ! 

Pour les home-cinéphiles à la recherche de sensations extrêmes, les vibreurs home-cinéma constituent un complément idéal. Ils se fixent sur la structure du canapé pour lui transmettre des vibrations basées sur le signal du canal LFE. Ils accompagnent efficacement un caisson de basses pour faire ressentir physiquement les vrombissements des moteurs, les détonations des armes et l'impact de la foudre ! On parle alors de cinéma dynamique.

Les vibreurs sont aussi particulièrement adaptés aux petits espaces dans lesquels les ondes sonores des basses n'ont pas suffisamment de place pour se développer.

Quelle est l'utilité d’un caisson de basses ?

La très grande majorité des enceintes bibliothèque et des enceintes colonne intègrent des haut-parleurs médium-grave de moins de 20 cm de diamètre. Ces haut-parleurs sont bien adaptés à la reproduction du médium et du haut grave, mais ne sont généralement pas en mesure de reproduire efficacement les fréquences graves et infra-graves (30 Hz et moins).

Pour cela, il faut un haut-parleur de large diamètre (20 cm ou plus), chargé dans un important volume d'air. De plus, la membrane de ce haut-parleur doit disposer d’une suspension permettant d'importantes excursions. Pour produire du grave, il faut en effet déplacer un important volume d'air. Les petites enceintes bibliothèque et a fortiori les enceintes satellites ne sont pas conçues pour cela. 

C’est pourquoi, il est recommandé d’associer à ses enceintes un ou plusieurs caissons de basses pour couvrir la plus large plage de fréquences possible. C’est même indispensable avec des enceintes satellites dont les haut-parleurs ne descendent généralement pas en dessous de 100 ou 150 Hz.

Pourquoi utiliser deux caissons de basses ou plus en home-cinéma ?

En home-cinéma, on aime profiter de basses puissantes, profondes et impactantes. Cela participe à l’immersion sonore et donne une dimension réaliste au spectacle affiché à l’écran. On imagine alors de manière intuitive qu’en utilisant plusieurs caissons de basses, le grave sera plus performant et le son globalement meilleur. Cette intuition peut s’avérer dans plusieurs cas et les bénéfices se mesurent de manière quantitative - plus de volume et d’amplitude dans les basses - et qualitative - des basses plus linéaires et un son plus réaliste. Mais combien de caissons de basses faut-il idéalement ? Quel est par ailleurs le meilleur emplacement pour chacun d’eux ?

Diminuer les modes de la pièce et linéariser la réponse du canal LFE (étude Harman - 2002)

En 2002, l’acousticien Todd Welti réalise pour Harman International une étude théorique et empirique sur cette question. Son objectif est de déterminer si la multiplication des caissons de basses dans une salle home-cinéma permet de limiter les modes de la pièce (ou résonances modales) et d'obtenir des basses plus linéaires, c’est-à-dire plus équilibrées, à partir du canal LFE. Le but est d’obtenir la meilleure réponse possible dans le grave pour une zone d’écoute comprenant plusieurs sièges, et pas seulement pour un auditeur en particulier.

Les murs, le sol et le plafond d’une pièce d'écoute génèrent souvent de nombreuses distorsions sonores. Les pires sont les résonances modales également connues sous le nom de modes ou ondes stationnaires. Les modes altèrent la réponse dans le grave avec des pics et des creux pouvant atteindre jusqu'à +/- 30 dB sur une faible portion de la plage de fréquences, à un ou plusieurs emplacements spécifiques dans la pièce.

Ainsi, deux spectateurs séparés seulement par un siège peuvent ressentir un niveau de basses qui varie très fortement sur la même scène d’un film. 

Un espace clos présente généralement au moins deux résonances de ce type qui se produisent à des fréquences arbitraires et différentes selon chaque pièce.

L’étude de Tod Welti cherche à répondre principalement à trois questions : 

• Existe-t-il une corrélation entre le nombre de caissons de basses et la réponse en fréquence linéaire souhaitée dans le grave ?
• Si oui, combien de caissons de basses sont nécessaires et suffisants ?
• Enfin, quel est leur placement optimal dans la pièce ? (en limitant leur positionnement le long des murs pour des questions pratiques évidentes).

À l’issue de multiples simulations et de tests empiriques, l’ingénieur en acoustique parvient aux conclusions suivantes.

Existe-t-il une corrélation entre le nombre de caissons de basses et le caractère souhaitable de la réponse en fréquence ?

L'utilisation d'un très grand nombre de subwoofers entraîne une annulation des modes de la pièce, mais ne permet pas nécessairement d’obtenir une meilleure planéité de la réponse en fréquence. Si l'on considère les dépenses supplémentaires liées à l'utilisation d'un plus grand nombre de caissons de basses, il n'y a aucune raison d'en utiliser plus de quatre. Au contraire, il a été observé que le facteur LF (capacité à explorer le grave dans les plus basses octaves) diminue lorsque le nombre de caissons de basses est plus élevé.

Quel est le nombre idéal de caissons de basses ?

Quatre caissons de basses sont suffisants pour obtenir les meilleurs résultats dans toutes les configurations essayées. Deux caissons de basses font presque aussi bien et offrent une très bonne prise en charge des très basses fréquences.

Où placer idéalement ses caissons de basses ?

Dans une configuration à quatre caissons de basses, l’idéal pour obtenir une réponse linéaire à tous les points d’écoute est de placer chaque caisson au point médian de chaque mur, avec le haut-parleur rayonnant vers la zone d’écoute. Cependant, cette configuration n’est pas celle qui prend le mieux en charge les plus basses fréquences. 

Placer chaque caisson de basses dans un angle offre une meilleure prise en charge des plus basses fréquences. Mais cette configuration n'est pas aussi performante en termes de linéarité de la réponse aux différents points d’écoute. 

Deux caissons de basses situés à l'aplomb des murs opposés, idéalement l’un face aux spectateurs et l’autre derrière, sont presque aussi performants que quatre caissons aux points médians en termes de linéarité aux différentes places. Cette configuration est celle qui offre par ailleurs le meilleur facteur LF. 

Si l'on tient compte du coût et de l'esthétique, deux caissons de basses placés chacun au point médian de deux murs opposés constituent ainsi la meilleure configuration possible en home-cinéma. Bien entendu, les résultats de cette étude sont à pondérer en fonction des dimensions de la pièce et donc des modes qu'elle génère, et des fréquences les plus basses couvertes par les caissons.

En résumé, deux ou quatre caissons de basses permettent d’obtenir une réponse en fréquence plus linéaire et plus fluide, ainsi que des basses plus précises et plus percutantes à tous les points d'écoute de la pièce, sans pics de niveaux ni annulation de fréquences.

Le système home-cinéma idéal

Le son 5.1 exploite cinq canaux principaux discrets à large bande (gauche, centre, droite, surround gauche et surround droite) et un canal LFE (Low Frequency Effects) dédié à une plage de fréquences spécifiques pour ajouter des basses (le .1). 
Un flux Dolby Digital 5.1 délivre ainsi sur les canaux principaux un signal sur une bande de fréquence complète, de 3 Hz à 20 kHz. Le canal LFE se concentre pour sa part sur une bande de fréquence comprise entre 3 Hz et 120 Hz. Les déclinaisons 7.1 canaux, 9.1 canaux et plus se basent sur le même principe : plusieurs canaux large bande et un canal LFE. 

Le système 5.1 idéal (ou 7.1, 9.1, etc.) devrait donc être constitué de cinq enceintes capables de reproduire toute la plage de fréquences des bandes son Dolby (de 3 Hz à 20 kHz), et d’un caisson de basses dédié aux signaux de grave additionnels du canal LFE. Pour des questions évidentes d’encombrement, les systèmes home-cinéma 5.1 canaux ou plus que l’on trouve sur le marché ne peuvent pas répondre à cette exigence. 

Même ceux qui sont dotés de grosses enceintes colonne (canaux avant gauche et droit) ne descendent que rarement sous la barre des 25 Hz. Les enceintes des canaux principaux devraient, pour pouvoir descendre sous les 25 Hz, s’équiper de très gros haut-parleurs (30 cm, voire plus). Ce faisant, elles nécessiteraient une puissance d’amplification bien supérieure à celle délivrée par les amplis home-cinéma actuels. Il faudrait alors disposer d’un ou plusieurs amplis de puissance pour alimenter correctement ces enceintes. 

Au lieu de cela, les systèmes 5.1 actuels utilisent le plus souvent des enceintes satellites ou des enceintes bibliothèque qui se reposent sur le caisson de basses pour reproduire les plus basses fréquences de chaque canal, en plus du canal LFE. 

Par ailleurs, le caisson de basses de ces systèmes doit le plus souvent répondre à un cahier des charges esthétique (comprenez un encombrement réduit) pour espérer entrer dans le salon de monsieur et madame tout le monde ! 

On est alors loin du système 5.1 idéal. L’amplitude, l’articulation et la pression sonore du grave ne sont pas suffisants pour reproduire toute la richesse du signal source. 

Enrichir le son de chaque canal : l’approche REL Acoustics

REL Acoustics conçoit et fabrique des caissons de basses hautes performances depuis plus de trente ans. Le fabricant gallois défend depuis les années 90 les avantages de la connexion haut-niveau entre l’ampli et le caisson. Elle consiste à relier le caisson de basses aux borniers d’enceintes de l’ampli. En envoyant exactement le même signal aux enceintes et au caisson, elle permet d’obtenir une parfaite intégration du grave au spectre reproduit par les enceintes et garantit un son parfaitement homogène sur la plus large plage de fréquences possible. On s’approche ainsi d’une véritable enceinte large bande.

Selon John Hunter (CEO de REL Acoustics), si la liaison haut niveau est à privilégier en hi-fi, elle est par ailleurs hautement recommandable en home-cinéma. Le fabricant préconise ainsi l’utilisation d’un (ou deux) caissons de basses pour les canaux avant L/R, en exploitant une double liaison LFE (.1) et haut niveau. Il prône également l’emploi d’un caisson pour le canal central, même de taille modeste. Ce dernier doit alors être placé sous l’enceinte centrale et connecté en haut niveau. Il conseille enfin d’utiliser aussi un caisson de basses en soutien aux enceintes surround, connecté en LFE et haut niveau.

On se retrouve ainsi avec une configuration proche de celle recommandée par l’étude Harman International, avec pour bénéfice de limiter les modes de la pièce et de linéariser la réponse du canal LFE sur plusieurs sièges dans la pièce. Par ailleurs, la liaison haut niveau enrichit considérablement l'écoute et garantit un parfait ajustement temporel du caisson de basses avec la ou les enceintes du ou des canaux auxquels il est associé. 

L’association d’un caisson aux enceintes frontales, d’un second à l’enceinte centrale et d’un troisième aux enceintes surround permet alors d’utiliser celles-ci comme de véritables enceintes large bande. Ainsi, ce n’est pas un unique caisson qui gère le canal LFE plus les basses de tous les canaux (enceintes réglées sur small). On a au contraire trois ou quatre caissons qui prennent en charge conjointement le canal LFE (diminution des modes de la pièce) et les basses des différents canaux (enceintes déclarées comme larges sur l’ampli).

Le son diffusé par les enceintes frontales, la centrale et les enceintes surround est alors plus riche et plus réaliste. Les voix sont naturelles et perdent la dureté et la brillance qu’on peut souvent constater avec les enceintes centrales de petite taille. Les effets surround gagnent en intensité et en profondeur. 

La connexion High Level (haut niveau) n'améliore pas seulement les effets spéciaux mais aussi la musique et les dialogues, créant ainsi une expérience de cinéma riche et immersive. Globalement, le son est plus agréable et se rapproche de ce qu’on entend dans une véritable salle de cinéma. 

Je ne souhaite utiliser qu’un seul caisson : quel est l’emplacement optimal ?

C’est une chose communément admise : le meilleur emplacement lorsqu’on utilise un seul caisson de basses est dans un angle de la pièce. Mais pour quelle raison ?
Parce que cela permet d’exploiter la plus grande distance de projection du son. D'un angle à l'autre de la pièce, la distance est environ 30 % plus longue que celle qui sépare deux murs opposés. Ainsi, les basses peuvent s’étendre plus profondément avant d’atteindre la paroi opposée et de “rebondir” dans la pièce.

Cependant, en fonction de la configuration de la pièce, un autre emplacement peut parfois se révéler plus pertinent. Afin de déterminer la meilleure position pour votre caisson, il existe un test très simple à réaliser. 

1. Placez le caisson de basses à votre position d’écoute habituelle, sur le fauteuil ou sur le canapé.
2. Lancez une musique ou un extrait de film riche en basses.
3. Déplacez-vous dans la pièce jusqu’à trouver l’emplacement auquel le rendu des basses vous semble le plus performant.
4. C’est à cet endroit que vous devriez installer votre caisson.

Vous n’êtes pas en mesure de faire ce test ou vous constatez que, peu importe l’emplacement du caisson, il offre un rendu flou et imprécis ? Il existe une ultime solution très efficace pour améliorer le rendu sonore de celui-ci sans vous arracher les cheveux ! DSPeaker propose en effet plusieurs égaliseurs automatiques à intercaler entre votre ampli et votre caisson.

Ils ont pour nom DSpeaker Anti-mode 8033 Cinema, DSpeaker Anti-mode 8033 SII ou encore DSPeaker Anti-Mode 2.0 Dual Core. Ces appareils mesurent l'acoustique de la pièce au moyen d’un microphone pour ensuite mettre en œuvre la correction adéquate au moyen d’un puissant DSP. Une solution simple et efficace à moindre frais qui vous aidera à coups sûr dans l’amélioration de la qualité sonore de votre système. 

Pour conclure

Que ce soit pour réduire les modes de résonance de la pièce d’écoute ou pour améliorer l’équilibre global de son système home-cinéma, l’utilisation de deux caissons de basses ou plus semble tout à fait pertinente. C’est le meilleur moyen d’optimiser le rendu sonore dans le grave pour que les spectateurs profitent tous d’un son riche et de basses linéaires, quelle que soit leur place dans la salle.

Idéalement, on peut même utiliser un caisson de basses pour chacun des 5 canaux principaux d’un système d’enceintes home-cinéma. Cela permet de couvrir l’intégralité de la plage de fréquences des pistes audio Dolby et d’obtenir un son puissant et impactant, comme au cinéma ! Enfin, les vibreurs permettent d’étendre davantage la réponse dans les plus basses fréquences qui prennent alors une véritable dimension physique, comme dans les cinémas dynamiques.