Effet de baffle et diffractions

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Vince35
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Effet de baffle et diffractions

Messagepar Vince35 » 06 Sep 2006, 02:03

Bonjour à tous. ;)


Comme promis, voici quelques explications et illustrations, mesures à l’appui, sur les phénomènes d’effet de baffle et de diffractions qui affectent le fonctionnement d’un haut-parleur monté dans une caisse.

J’ai essayé d’utiliser des termes simples ; si toutefois quelqu’un trouve qu’une partie n’est pas claire, qu’il n’hésite pas, j’éditerai ce message.



Effet de baffle :

La plupart des constructeurs de haut-parleurs effectuent les mesures de réponse en fréquence avec le HP encastré dans un mur, ce qu’on appelle un « baffle infini ».
Dans cette configuration, le rayonnement ne peut s’effectuer que dans l’espace situé côté face avant du haut-parleur (demi-sphère).
Une fois le haut-parleur monté dans une caisse, le rayonnement peut s’effectuer également derrière l’enceinte (sphère complète). L’enceinte forme un système (caisse + haut-parleur) dont la directivité varie en fonction de ses dimensions. En dessous d’une fréquence dépendant directement de la plus petite de ces dimensions (qu’on appellera arbitrairement « largeur » pour simplifier), le rayonnement est omnidirectionnel (dans tout l’espace, devant et derrière l’enceinte) et au-dessus de cette fréquence, la directivité se resserre, créant un rayonnement directif, devant l’enceinte uniquement. Cette variation dans la directivité crée une différence d’amplitude de la réponse en fréquence de 6 dB entre avant et après la fréquence de transition.
Cette perte d’amplitude s’effectue sur une bande fréquentielle étendue, il faut environ 5 octaves (on passe d’une octave à une autre en multipliant ou divisant la fréquence par 2) pour retrouver la différence de 6 dB.
D’après John L. Murphy ( http://www.trueaudio.com/st_diff1.htm ), on peut définir la fréquence de transition (à -3 dB par rapport à l’amplitude maximale) en Hz par f=115/L avec L la largeur du baffle en m.

Rappel : pour augmenter le niveau sonore d’une enceinte de 3 dB, il faut multiplier la puissance en entrée par 2. Une perte d’amplitude de 6 dB équivaut donc à une perte de puissance d’un facteur 4.
En terme de sensation auditive, par contre, deux fois plus fort correspond à un écart de niveaux sonores d’environ 10 dB.

Il en résulte quelques points importants à considérer :
- lors de la conception d’une enceinte acoustique, ne pas miser sur un haut-parleur donc la sensibilité (amplitude en dB à 1 m pour 2,83 V aux bornes du HP) ou l’efficacité (amplitude en dB à 1 m pour 1 W aux bornes du HP) est de 90 dB si on veut obtenir 90 dB à 1 m quelle que soit la fréquence une fois le haut-parleur dans l’enceinte
- un constructeur d’enceinte qui annonce une sensibilité de 90 dB alors qu’il utilise un haut-parleur dont la sensibilité en « baffle infini » est de 90 dB, soit ce haut-parleur a une réponse en fréquence descendante (la sensibilité d’un haut-parleur est souvent annoncée à 1 kHz, voir à la fréquence où le chiffre est le plus flatteur), soit n’a pas compensé l’effet de baffle (ce qui ne sous-entend nullement que la qualité de l’enceinte en question soit à remettre en cause), soit n’est pas honnête (et dans ce cas on mesure une sensibilité inférieure à celle annoncée).



Diffractions :

La réponse en fréquence d’une enceinte pour un haut-parleur donné dépend de la géométrie de la caisse, pas uniquement de ses dimensions (effet de baffle).
L’onde rayonnée est diffractée dès qu’elle rencontre une arête vive et ces diffractions se manifestent comme la création d’une source sonore. L’effet est très indésirable puisque chaque nouvelle source créée par diffraction arrive hors phase à l’auditeur par rapport à l’onde directe provenant du haut-parleur, ce qui implique une perturbation de la réponse en fréquence de l’enceinte, aussi bien en module qu’en phase et donc également du temps de propagation de groupe, du waterfall, aboutissant même à un niveau de distorsion plus élevé.

Plusieurs solutions sont utilisées pour éviter ou limiter les phénomènes de diffractions :
- Il faut éviter la présence d’arête vive. La sphère (comme on peut la retrouver par exemple sur les série Nautilus de B&W ou sur les anciennes enceintes Elipson) est la meilleure solution géométrique (je précise que je n’ai aucune action ni chez B&W ni chez Elipson :lol:) mais les chanfreins multiples sont également très efficaces. Il semble couramment admis que la dimension des chanfreins ou arrondis doit être de l’ordre de grandeur d’au moins la moitié de la largeur du baffle-support pour qu’ils aient une efficacité notable. En gros, un chanfrein ou un arrondis de 3 cm pour une largeur d’enceinte totale de 20 cm n’aura qu’un effet esthétique.
- Lorsque le haut-parleur se trouve au centre d’une face d’un cylindre, on est dans la pire situation géométrique (cf site http://www.trueaudio.com/st_diff1.htm ) : toutes les ondes diffractées (une infinité) arrivent en phase au microphone (s’il est positionné dans l’axe du HP) et donc la perturbation est maximale à une fréquence dépendant directement de la distance arête-source. Le décentrage du haut-parleur sur le baffle-support a pour effet de limiter les effets des diffractions, puisque bien que chaque onde diffractée arrive hors phase à l’auditeur par rapport à l’onde directe, toutes les ondes diffractées n’arrivent pas en phase à l’auditeur, donc leur impact est moindre.
- La mise en place de matériau absorbant peut également limiter les diffractions puisque l’onde rayonnée sur les bords est atténuée. Cependant, la disposition du matériau absorbant est critique, puisque aucun matériau n’étant parfaitement absorbant à toutes les fréquences, il-y-a forcément diffraction de l’onde sur le matériau sur une certaine bande passante. Il faut donc soit choisir un matériau qui absorbe quasi-entièrement toutes les fréquences que le haut-parleur reproduit, soit éviter de découper le matériau absorbant en cercle.

Les mesures d’un tweeter (Seas NoFerro 650) centré ou non dans la largeur d’un baffle-support et encastré ou non (face avant affleurant le baffle ou non) illustrent très bien ces phénomènes de diffractions en fonction de la position du HP sur le baffle-support. Lorsque le tweeter est centré dans la largeur du baffle et qu’il n’est pas encastré, sa réponse en fréquence (figure 1) est assez torturée : que ce soit en module ou en phase (les deux vont souvent ensemble), on a deux perturbations localisées vers 2,5 kHz et 8 kHz avec des déphasages marqués et le module de la réponse en fréquence tient dans 8 dB. L’encastrement du tweeter corrige la perturbation à 8 kHz et la réponse en fréquence (figure 2) est désormais très convenable après 4 kHz. Lorsque le tweeter est décentré sur le baffle-support, la perturbation à 2,5 kHz disparaît et la réponse en fréquence (figure 3) en phase n’accuse pas de perturbation marquée et est linéaire à +/- 2 dB en module entre 1,5 kHz et 20 kHz.

Un Focal 5 W 4211 (cf module de la réponse en fréquence en « baffle infini » dans le pdf, pièces jointes dans le message suivant) est monté dans deux caisses de dimensions externes identique (29x29x23 cm), de charge identique (une charge close donnant une fréquence de coupure à -3 dB à 110 Hz), mais la première (enceinte A) présente des arêtes à 90° alors que la deuxième (enceinte B) présente des chanfreins multiples (6, créant donc des angles inférieurs à 13°). La charge close a un volume de 3 L, une caisse est construite autours de la charge (l’espace inutile entre la charge et la caisse externe est saturé en laine minérale pour empêcher la formation d’ondes stationnaires). Les mesures de ces enceintes ont été réalisées en chambre anéchoïque et sourde.
La figure 4 montre la réponse en fréquence des enceintes A et B en module et en phase. En faveur de l’enceinte à chanfrein multiples, on note des différences d’amplitude entre les modules étalées entre 300 Hz et 3 kHz allant jusqu’à 3,5 dB ! La phase accuse également des perturbations bien plus fortes sur l’enceinte à arêtes vives avec une rotation de phase de l’ordre de 45° entre 1 kHz et 2,5 kHz contre moins de 20° pour l’enceinte à bords chanfreinés.



Voilà, j’espère que c’est clair et pas trop long, en espérant que je n’ai pas écrit de bêtise ! Toute question est la bienvenue et si vous désirez des précisions ou d’autres mesures, n’hésitez pas. ;)


;)
Vincent
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Dernière édition par Vince35 le 10 Sep 2006, 19:31, édité 1 fois.
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Vince35
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Messagepar Vince35 » 06 Sep 2006, 02:05

Pièces jointes : doc. Focal 5 W 4211 et figure 4.
;)
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jerome69

Messagepar jerome69 » 06 Sep 2006, 09:18

Salut Vince35,
C'est très clair pour moi.
En ce qui concerne l'effet baffle j'ai deux questions et je pense qu'il faudrait que tu dévelloppes un peu :
1. Y a t'il un effet sur la qualité du son, augmentation de la distortion, dégadation de la réponse acoustique.
2. Solutions à ce problème ?
Je pense connaittre les réponses :
a. Le filtrage, soit avec de grosses selfs ou des petites selfs et un circuit bouchon. Parfois le filtrage compliqué sert aussi à ça.
b. Faire des enceintes larges >50cm de largeur ou mettre le Hp au bout d'un tube, ça élimine le problème.

Pour ce qui est de la difffraction RAS, c'est très très bien.

Cordialement. :D

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siezien
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Messagepar siezien » 06 Sep 2006, 13:27

super Vince35 :D


j'en suis toujours à l'élaboration de mes caisses, je n'ai pas trop eu du temps à y consacrer :oops:
ton post tombe à pic.


d'après le super programme concocté par ckl.kookus, j'ai pu calculer en fonction de mon litrage, les cotes de mes enceintes les mieux adaptées pour eviter les résonnances de caisse.
la caisse sera donc rectangulaire, plus longue que large.

pour éviter ou limiter les phénomènes de diffractions :
- Il faut éviter la présence d’arête vive


ok, j'ai bien compris, sutrout avec les courbes que tu as postées, merci.

voilà ma question :

pour plus de facilté dans la construction( je me vois mal faire des cremona ) pour mes premières enceintes, ne pourais-je pas garder mon volume initiale rectangulaire et y apporter en plus des "arrondis" fictifs sur la profondeur??
assez facilement réalisables en decoupant les parois du haut et du bas de l'enceinte en forme d'ovale et un bois assez souple pour fabriquer la forme conquave??

tu me suis?

un peu dans l'esprit de ces enceintes, le baffle plan noir recevant les HP étant ma caisse rectangulaire et les "oreilles" étant en fait fictives (non comprises dans le volume de charge)

Image


ce principe n'est pas en contradiction complete avec ce qu'on peut lire souvent "le baffle le plus étroit possible"

merci beaucoup,
Thibault :wink:

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siezien
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Messagepar siezien » 06 Sep 2006, 13:43

Image

Haiiii, quand on voit ta photo, TOUS les bords doivent être traités et pas seulement doite/gauche.
ça devient un peu trop compliqué pour moi là :oops:

Vince35
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Messagepar Vince35 » 06 Sep 2006, 14:57

jerome69 a écrit :En ce qui concerne l'effet baffle j'ai deux questions et je pense qu'il faudrait que tu dévelloppes un peu :
1. Y a t'il un effet sur la qualité du son, augmentation de la distortion, dégadation de la réponse acoustique.

J'attendais une question pour savoir s'il-y-avait des intéressé. Merci ! :)
Ci-joint la comparaison de la réponse en phase du 5 W 4211 monté dans une enceinte de 18x18 cm de côté et 23 cm de profondeur et sur un écran normalisé (pseudo "baffle infini" jusqu'à un peu moins de 200 Hz).
On voit nettement un déphasage en-dessous d'un 1 kHz avec l'enceinte due au changement de directivité. Par conséquent, le temps de propagation de groupe sera également dégradé. On note également des variations de distorsion entre formes externes des caisses de l'ordre de 2 à 3 dB (le problème est moindre que la distorsion temporelle).
Les mesures en écran normalisés étaient malheureusement perturbés car la fixation prévue pour la plaque avec HP n'était pas fameuse et on entendait nettement des vibrations, :-? ce qui laisse supposer que l'écart montré ici est en fait minimisé par rapport à ce qu'il est réellement avec l'écran infini du constructeur du HP.
Je ne poste pas les mesures de distorsion avec l'écran normalisé car les vibrations se manifestent clairement en-dessous de 300 Hz où le THD est un peu supérieur à celui en enceinte alors qu'il est inférieur au-dessus de 300 Hz.
Je pense connaittre les réponses :
a. Le filtrage, soit avec de grosses selfs ou des petites selfs et un circuit bouchon. Parfois le filtrage compliqué sert aussi à ça.

Oui, les solutions sont nombreuses, même infinies, le site True Audio montre un circuit de compensation constitué d'une résistance en parallèle avec une self à placer en série avec le haut-parleur.
Pour ma part, je n'y ai recours que rarement, je préfère intégrer la compensation dans mon filtre global (merci les moyens informatiques de simulations comme LspCAD ;)).
Après, les circuits RLC, c'est plutôt en cas de forte diffraction, je n'y ai jamais recours pour corriger une perturbation d'effet de baffle.
b. Faire des enceintes larges >50cm de largeur

En fait, c'est une fausse solution. ;) L'effet de baffle est toujours là (il l'est toujours tant que le HP n'est pas sur un écran infini), mais il se produit à fréquences plus basses. Avec 50 cm, effectivement pour un médium ça peut être OK, mais le risque avec un boomer c'est de trop perdre d'amplitude dans le grave ! C'est difficile de mesurer suffisamment loin (à 1 m par exemple) pour visualiser la perte d'amplitude de l'effet de baffle tout en permettant le calcul d'une réponse anéchoïque bas en fréquence. Du coup, peut-être que jusqu'à 150 Hz l'amplitude est relativement constante, mais en-dessous, il-y-a forcément une perte qu'on ne mesure pas et qui s'entendra à l'écoute, puisque le niveau à 50 Hz sera bien inférieur à celui à 150 Hz.
Je ne sais pas si je suis très clair... :?:
mettre le Hp au bout d'un tube, ça élimine le problème.

Tu veux dire que ça éliminerait le phénomène d'effet de baffle ? C'est impossible, le rayonnement se fera toujours en sphère complète avec un changement de directivité, donc perte d'amplitude de la même manière.
D'un point de vue diffractions, positionner le HP au centre d'une face d'un cylindre est une catastrophe (cf http://www.trueaudio.com/st_diff1.htm ) ! :-?
;)
Haiiii, quand on voit ta photo, TOUS les bords doivent être traités et pas seulement doite/gauche.

En effet.
Merci pour la photo, j'ai complètement oublié. Si vous désirez une photo de l'enceinte "A", dites-moi (c'est la même sans les chanfreins).
Pour les Sonus Faber, ça ne doit pas complètement corriger le problème vu qu'on a toujours une discontinuité marquée sur les côtés.
Par contre, l'intérêt, comme je l'écris plus haut, peut-être de ne pas diminuer l'efficacité du médium dans sa plage de fonctionnement s'il est un peu juste et de pouvoir adapter le niveau avec les boomers s'ils ont une sensibilité plus élevée (boomers qui subiront une parte d'amplitude, eux, en basses fréquences).


;)
Vincent
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Messagepar siezien » 06 Sep 2006, 16:29

b. Faire des enceintes larges >50cm de largeur

En fait, c'est une fausse solution. ;) L'effet de baffle est toujours là (il l'est toujours tant que le HP n'est pas sur un écran infini), mais il se produit à fréquences plus basses


qu'en est il alors avec ce qu'on lit souvent : "le baffle le plus étroit possible" , est ce vrai juste pour la caisse et les ondes stationnaires à l'intérieur mais complètement ridicule d'un point de vue "effet de baffle"
dans une enceinte très étroite, l'effet de baffle sera présent plus haut dans la gamme de fréquence si je comprends bien...

pour mes caisses, une forme en forme serait interressante vue en coupe?

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le haut rendement utilise des "pavillons" pour les basses aussi, serait ce pour cet effet de baffle ou pas du tout? :oops:
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Messagepar Vince35 » 06 Sep 2006, 17:00

siezien a écrit :qu'en est il alors avec ce qu'on lit souvent : "le baffle le plus étroit possible" , est ce vrai juste pour la caisse et les ondes stationnaires à l'intérieur

L'intérêt pour ce qui est de l'intérieur de la caisse est que plus les dimensions sont petites, plus les ondes stationnaires auront des fréquences élevées et donc plus il sera aisé d'absorber ses ondes à l'aide de matériaux absorbants. Ca évite donc de "bourrer" l'intérieur de matériau absorbant (qui ne peut absorber les fréquences basses correctement).
dans une enceinte très étroite, l'effet de baffle sera présent plus haut dans la gamme de fréquence si je comprends bien...

Tout à fait. ;)
L'effet de baffle sera toujours là quelle que soit la largeur, mais il agira à des fréquences plus ou moins basses, donc il faut en tenir compte.
pour mes caisses, une forme en forme serait interressante vue en coupe?

Oui, si le dimensionnement de l'élipse est de l'ordre de grandeur de la moitié de la largeur du baffle-support (la moitié du haut-parleur le plus grand pour simplifier).
le haut rendement utilise des "pavillons" pour les basses aussi, serait ce pour cet effet de baffle ou pas du tout? :oops:

C'est un peu différent, mais c'est toujours une question de directivité ;), l'objectif étant de concentrer le champ sonore dans le pavillon pour augmenter la directivité et ainsi augmenter le niveau sonore en évitant que l'onde soit rayonnée là où on ne le souhaite pas.
Mais je ne suis vraiment pas expert en pavillons, donc je pourrais pas t'en dire beaucoup plus.


;)
Vincent
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Messagepar beb » 06 Sep 2006, 21:11

Que penses-tu d'une forme come celle-ci et de ses effets sur ce processus ?

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Messagepar Vince35 » 06 Sep 2006, 22:00

beb a écrit :Que penses-tu d'une forme come celle-ci et de ses effets sur ce processus ?

A priori, plutôt bien ! :)
As-tu moyen de faire débuter la "fuite" des bords plus près du médium, de manière à ce qu'il-y-ait le moins de surface plane ?
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Messagepar beb » 07 Sep 2006, 06:32

Faut que je regarde ;-)
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Messagepar thend » 07 Sep 2006, 10:39

siezien a écrit :le haut rendement utilise des "pavillons" pour les basses aussi, serait ce pour cet effet de baffle ou pas du tout? :oops:
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Ce qu'il faut se dire c'est que le pavillon constitue un bafflage parfait, enfin si le pavillon est bien fait.

Et meme plus qu'un bafflage il constitue une charge comme un BR mais surtout comme le clos.

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Messagepar 4lexander » 07 Sep 2006, 12:50

Salut,

Merci pour les explications.
Cette variation dans la directivité crée une différence d’amplitude de la réponse en fréquence de 6 dB entre avant et après la fréquence de transition.

6db ce serait en champ libre, mais en pratique les enceintes sont disposées devant un mur, à combien on pourrait estimer l'effet de baffle pour une enceinte dans une piece d'écoute classique ?




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Re: Effet de baffle et diffractions

Messagepar thend » 07 Sep 2006, 13:49

Vince35 a écrit :Effet de baffle :


Je crois que j'ai compris ce qui me gène, c'est le fait de séparer effet de baffle et diffraction alors qu'il s'agit du même phénomène.

Ce qu'il y a c'est que la diffraction est une explication général et l'effet de baffle une conséquence pratique du phénomène.

Si la diffraction permet de rentré dans l'acoustique en général, l'effet de baffle se résume a la sommation de plusieurs source sonore déphasé liée a la différence de parcours de l'onde.

De ce point de vue, plus les sources secondaire ne sont pas a équidistance du HP(c'est a dire décentré le HP), moins les effets du filtrage en peigne apparaîtront.
Le mieux étant de ne pas avoir ces sources secondaire et donc d'avoir des cotés courbes.

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Messagepar siezien » 07 Sep 2006, 14:09

De ce point de vue, plus les sources secondaire ne sont pas a équidistance du HP(c'est a dire décentré le HP), moins les effets du filtrage en peigne apparaîtront.
Le mieux étant de ne pas avoir ces sources secondaire et donc d'avoir des cotés courbes.


:o désolé, je n'ai rien compris :oops:

tu peux répéter en plus clair pour un novice STP,

l
es sources secondaire
:?: :?:

merci


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