HP + caisson guitare électrique

Le <a href="http://www.elektor.fr/bienentendu" target=_blank><U>livre</U></a> de Francis Ibre

Postby grisloup » Tue Sep 18, 2007 12:00 am

Bonjour,

Tout d'abord, un grand bravo pour votre ouvrage et un grand merci pour nous faire patager votre philosophie, celle de l'audiophile.

C'est donc avec grand intérêt que je lis votre livre. J'ai attaqué assez rapidement le chapitre concernant les enceintes acoustiques. Seulement voilà, je me pose malgré tout encore certaines questions - peut-être parcequ'elles sont hors sujet :

Je suis guitariste, et je me suis toujours demandé pourquoi les HP pour guitare sont toujours montés dans un caisson sans dos, c'est-à-dire ouverts derrière ? Gagnerait-on à les fermer (ouvert, on perd sûrement en rendement) ? Et quand ils sont complètement fermés, aucun évent n'est installé, pourquoi ? Gagnerait-on à le faire (fréquence de coupure plus basse)?
Je n'ai a priori pas trouvé dans votre livre la formule pour calculer la fréquence de coupure d'un système HP+caisson, qu'elle est-elle ? Enfin, la note la plus grave d'une guitare est à 83Hz, faut-il donc tout faire pour avoir une fréquence de coupure en dessous des 83Hz ?

Merci par avance pour vos réponses.

Dans l'attente de vous lire, sincères salutations.
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Postby francis ibre » Wed Sep 19, 2007 12:00 am

Bonjour Grisloup,

les HP pour guitare sont tout à fait spécifiques, et non quasiment rien de commun ni avec les HP hifi, ni même avec les HP de sono (pro ou grand public).

Ces HP guitare fonctionnent en large bande, et couvrent en gros la bande de 80Hz à 5kHz. En général leur réponse est linéaire jusqu'à 1, parfois 1,5kHz mais au dessus, ils présentent une réponse tourmentée, avec des bosses et creux dûs au fractionnement de la membrane, très légère donc très peu rigide, jusqu'à 3 ou 4kHz environ, et au dessus la chute est assez rapide, malgré les caches noyaux alu ou mylar métallisé...

Des corrections apportées par circuit RC dans l'ampli permettent de récupérer une réponse étendue dans l'aigu, pour ne pas perdre les attaques et le piqué.

Dans le bas, et c'est sur ce secteur que ta question porte, la plupart des combos ou baffles pour guitare sont en effet en caisson ouvert.
Le HP fonctionne donc en baffle plan, bien que les bords du baffle soient en fait repliés, car ce sont les côtés de la caisse.
le baffle plan permet une réponse transitoire quasi-parfaite, avec très peu de trainage, et une coupure en pente douce dans le bas de la bande. On obtient donc un son parfaitement articulé, délié dans le médium.

Si on compare avec un caisson clos, ce dernier donne une coupure basse plus intéressante, mais inutile pour une guitare, et une réponse transitoire moins bonne, avec parfois une résonance audible si le volume est trop petit.

Et si on compare aves un caisson Bass-Reflex, on se rend compte que ça ne va plus du tout ! le son devient **épais** boomy et lourd, car le HP pour guitare n'a pas du tout des paramètres adaptés à cette charge !
Il n'y a plus d'attaque, plus de slamm, et plus aucun délié ni articulation.

Le seul moyen connu pour améliorer à la fois le rendement et l'ampleur dans le bas-médium (ne parlons pas de grave...) est de monter ces HP en charge **backhorn** c'est à dire avec pavillon arrière.
Un moyen simple, sans toucher au baffle d'origine, est de monter celui-ci (de manière amovible) dans une ébénisterie faite sur mesure, et qui permet de ramener l'onde arrière vers l'avant, avec une section croissante.

Je fais un schéma et je le poste dès que possible.

Cette charge permet de gagner jusqu'à 6 dB (même 8) entre 100 et 400 Hz en gros, ce qui donne un son beaucoup plus ample mais sans lourdeur, un peu comme si tu avais un ampli nettement plus puissant (4 fois !) et avec une tonalité moins agressive, plutôt orientée jazz-blues.

La distorsion (à volume identique) est beaucoup plus faible car l'étage de puissance n'est plus saturé. Cela donne un son plus clean, avec seulement les distos des étages préamplis. On a donc un très beau dégradé harmonique, car il n'y a plus d'écrêtage.

Cordialement
Francis
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Postby francis ibre » Wed Sep 19, 2007 12:00 am

Voilà deux croquis vite faits pour donner une idée.

Le combo ou le baffle est juste posé, et reste absolument intact, sans la moindre modif.

les cotes exactes ? oui, on peut faire des tas de calculs...
Mais pour cela il faudrait connaitre les paramètres exacts du HP... pas facile, à moins de les mesurer !

La taille du caisson d'origine conditionne la largeur du BH.
La section de sortie devrait faire en gros la surface du baffle d'origine. difficile d'être plus précis pour l'instant...

A+
Francis
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Postby grisloup » Wed Sep 19, 2007 12:00 am

Bonjour Françis,

Merci beaucoup pour ta réponse rapide, détaillée (très beau croquis) et plus qu'intéressante !

Un des conseils du livre retenu est de privilégier la "quantité" ; aussi, j'ai choisi un HP avec une grande sensibilité (103dB). Les caractéristiques complètes sont sur le site d'Eminence (voir le fichier ci-joint).

Donc, si je comprends bien, le HP peut être monté dans un caisson "ouvert" (comportement type baffle plan). Dans ces conditions, les dimensions du baffle HP ont-elles une importance ? Enfin, comment calculer la profondeur du BH, ainsi que les inclinaisons des deux plans internes ?

8 dB !!! ça n'est pas rien...

"Des corrections apportées par circuit RC dans l'ampli permettent de récupérer une réponse étendue dans l'aigu, pour ne pas perdre les attaques et le piqué": en parles-tu dans ton livre et quelle est la page ?

Merci et à bientôt.
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Postby francis ibre » Thu Sep 20, 2007 12:00 am

Bonjour Grisloup,

Calculs : la section transversale du pavillon arrière devrait suivre une loi d'expansion précise... (exponentielle par exemple)
Mais en pratique, il faudrait connaitre la section de l'ouverture à l'arrière du baffle, et faire les calculs en prenant cette section comme **entrée** du pavillon.

Ensuite on peut se fixer une fréquence de coupure basse, de l'ordre de 80Hz en gros, ce qui permet de calculer la section de la bouche (sortie) du pavillon, et sa longueur développée (formules dans mon bouquin).

Un petit logiciel comme Hornresp de J. McBean permet de simuler la réponse en fréquence du pavillon. On y voit que le volume d'air derrière le HP fait office de chambre de compression et qu'il introduit une coupure haute vers 300 à 600Hz selon le volume de la boite, ce qui veut dire que le pavillon arrière n'est efficace qu'en dessous de cette fréquence.

Correction de tonalités : désolé, je ne parle pas des amplis guitare dans BE !

Généralement leur circuit comporte un préampli, dont la réponse est tout sauf linéaire : les condos de liaison sont volontairement petits pour couper le grave, en gros en dessous de 50Hz, parfois plus (le HP ne sait pas faire ces fréquences).
Le correcteur de tonalité, même en position médiane, relève l'aigu assez nettement, au dessus de 4-5kHz, et creuse parfois un peu le médium entre 1 ou 1,5 et 2 ou 3kHz pour enlever un peu d'énergie dans cette bande, où le HP en donne trop.

Si on passe des signaux carrés dans ce type d'ampli, on voit que les fronts sont énormément suramplifiés, avec des pics très élevés, et que les plateaux sont très inclinés même à 200Hz.
Sur beaucoup d'amplis guitare, c'est le réseau RC associé aux correcteurs **grave-médium-aigu** qui fait ces corrections. Souvent on trouve en plus une commande **bright** qui renforce encore l'aigu entre 4 et 8kHz.

Voir par exemple **schematicheaven** pour obtenir les schémas des plus célèbres amplis guitare : circuits très classiques en général, sauf ces correcteurs qui n'ont rien de **hifi** !

Cordialement
Francis
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Postby grisloup » Thu Sep 20, 2007 12:00 am

Bonjour Françis,

Merci pour ta réponse.

Dans le premier § de ta réponse, je n'ai pas tout compris concernant la loi d'expansion.

Par contre dans le second §, je pense que tu fais référence à la page 171 de BE, où l'on peut trouver la formule de Lv ? J'en profite pour te signaler une coquille, a priori ; en effet, pour l'évent rectangulaire Lv ne peut pas être à la fois la longueur de l'évent et en même temps sa largeur. Je pense que la largeur est lv ?

Merci, et à bientôt.
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Postby francis ibre » Fri Sep 21, 2007 12:00 am

Bonjour Grisloup,

oui en effet la largeur d'un évent rectangulaire est lv avec un petit l, parce que le L est pour Lv longueur de l'évent, tu as raison.

Loi d'expansion : si tu observes sur le schéma ci-dessus le trajet de l'onde arrière, émise par la face arrière du HP, tu t'aperçoit qu'après être passée par l'ouverture au dos du baffle, elle entre dans le **back-horn** (pavillon arrière en français) et se propage avec une **section** de plus en plus grande : si la largeur du BH reste constante, en revanche la **profondeur** augmente, et s'approche d'une loi exponentielle, voir les formules dans BE.

En pratique, la construction se fait avec des expansions coniques successives, qu'on réalise approximativement avec des plans inclinés.

A bientôt
Francis
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Postby grisloup » Sat Sep 22, 2007 12:00 am

Bonjour Françis,

Autant pour moi, on parle de pavillon et non d'évent... Donc c'est la page 193 à 196 qui m'intéresse.

Si fc est de 80 Hz, alors le périmètre P de la bouche de sortie du pavillon sera de 4,5 m ! Si la hauteur du baffle fait 0,7 m, et prenons 1,125 m de largeur, la hauteur totale (baffle + pavillon) sera de 1,82 m !!!

A ce stade, ce doit être une affaire de compromis ! Si je veux plus petit, il faudra augmenter fc, mais est ce toujours intéressant vu que la fréquence haute sera probablement inférieure à 400 Hz ?

Merci et à bientôt.
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Postby francis ibre » Sun Sep 23, 2007 12:00 am

Bonjour grisloup,

Voici quelques petites simulations avec le HP Eminence Wizard.
J’ai tout d’abord utilisé CAAD pour simuler sa réponse en charge close, ce qui m’a permis d’affiner les valeurs des paramètres, ceux donnés par Eminence étant peu précis…
En particulier, pour que ces paramètres soient cohérents entre eux, le BL doit être pris à 14,27 Tm et la résistance mécanique à 1,418 kg/s.

Il apparaît que le volume de charge idéal en clos est de l’ordre de 45 litres, la coupure basse étant dans ce cas de 125 Hz. Un plus petit volume permet de gagner un petit peu dans le grave autour de 100 Hz, avec 30 litres donnant des résultats de simulation intéressants.

En clair, cela signifie qu’un baffle de dimensions Largeur = 50 cm, Hauteur = 40 cm, Profondeur = 15 cm minimum et jusqu’à 20cm (peu critique) donnera de bons résultats.

Si maintenant le dos de ce baffle est ouvert, on n’est plus en charge close, et plusieurs cas se présentent :
- Le baffle est posé au sol loin des murs : comportement de baffle plan, avec les bords repliés, dimensions équivalentes à celles d’un panneau plan de 90 cm de côté environ. Coupure basse vers un peu moins de 200 Hz…
- Le baffle est placé dos contre un mur : charge close, mais peu étanche. Coupure basse vers 100 Hz.
- Le baffle est placé dos près d’un mur à environ 5 – 10 cm de distance : le volume d’air compris entre le dos du baffle et le mur se comporte comme un évent. En faisant varier la distance au mur, on fait varier la fréquence d’accord de cet évent. Le gain sera de l’ordre de 3 dB dans la bande 60-100 Hz, ce qui n’est pas extrêmement intéressant…
- Le baffle est placé dans un caisson Back-Horn, et là ça devient très sympa : le BH améliore le rendement de plus de 6 dB, entre 50 et 400 Hz avec une bonne linéarité. Les excursions de l’équipage mobile sont limitées, avec 0,3mm seulement au dessus de 75Hz (pour 1W ce qui donne 107 dB-SPL à 1m…) et un maximum de 0,55mm à 55Hz toujours pour 1W. La compression introduite par le HP est donc repoussée, la dynamique est améliorée d’au moins 6 dB ! La réponse en phase est linéaire à +/–10° entre 70 Hz et 1kHz, ce qui préserve une bonne réponse impulsionnelle.

On peut considérer qu’en dessous de 400 Hz en gros, c’est le pavillon qui répond, avec une sensibilité moyenne de l’ordre de 107dB / 1W.
Le HP seul dans cette zone donne seulement 100dB/1W à partir de 130Hz… Notez qu’à 60 Hz, fréquence de coupure basse du pavillon arrière, sa sensibilité est de 105 dB / 1W alors que le HP seul en baffle plan donne seulement 92 dB à cette fréquence.
Autrement dit, en baffle plan on sera amené à rehausser le grave grâce aux correcteurs de tonalité, mais alors le HP atteindra très vite ses limites mécaniques : avec seulement 0,8 mm d’excursion maxi, on ne peut lui faire avaler que 1W électrique à 60 Hz… pour sortir 92dB en gros…au-delà, distorsions et compression de la dynamique vont aboutir à un son criard, projeté et sans ampleur, classique des petits combo guitare !
Au dessus de 500Hz c’est le rayonnement frontal du HP qui prend le relais, avec 103-104dB de sensibilité, qui monte à 110 entre 2 et 4kHz.

Remarques sur la charge BH :
- le caisson BH est posé au sol, donc le sol prolonge l’embouchure du pavillon (voir schéma ci-dessous) et la face avant fait de même. La longueur effective du pavillon est donc nettement plus importante que sa longueur réelle. En pratique une longueur de 1,20m est facile à faire et le pavillon effectif aura près de 1,50m de long.
- Le volume de la boite constitue pour le pavillon un volume de gorge (throat chamber) qui introduit une coupure haute. En le limitant à 30 litres, le pavillon peut monter jusqu’à 400Hz, voir la réponse simulée par Hornresp.
- Ce même volume de boite sert de charge arrière pour le HP (rear chamber) et les résonances de ce volume introduisent des irrégularités au dessus de 1kHz, c’est normal.
- J’ai supposé une ouverture à l’arrière du baffle de dimensions 50 x 8 cm ce qui fait une surface d’entrée du pavillon de 400 cm².
- La bouche a été choisie de largeur 50 cm et de hauteur 60 cm, ce qui fait une surface de bouche de 3000 cm². Même en descendant à 2500cm² la réponse reste très intéressante.
- L’expansion a été choisie exponentielle, cela donne une réponse en phase assez régulière. Une expansion hyperbolique donnerait une coupure basse plus intéressante, mais une impédance acoustique très tourmentée et donc une réponse en phase moins propre.

Voilà, il n’y a plus qu’à réaliser le baffle, et son caisson BH. L’avantage de cette configuration avec baffle et BH séparés est que le baffle (ou combo) peut être utilisé seul lors des répétitions ou des exercices en appartement, alors que sur scène en le mettant dans son BH on obtient le même résultat qu’avec un ampli 4 fois plus puissant équipé d’un baffle 4 fois plus gros !
Belle économie, non ???

Amicalement
Francis
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Postby grisloup » Tue Sep 25, 2007 12:00 am

Bonjour Françis,

Encore merci pour ta réponse détaillée.

Concernant CAAD, j'ai fait la simulation, et je ne tombe pas sur les fc que tu me donnes. Je dois probablement avoir un mauvais paramètre (je l'ai fait pour 45 l et 30 l): voir les fichiers en pièces jointes.

Les volumes de 30 l et 45 l sont bien des volumes "acoustiques" ? En les prenant en volume net je m'éloigne encore plus des fc que tu m'as données...
Les proportions utilisées ne sont pas celles du caisson FIDEL (par exemple), à quoi correspondent-elles et qu'est-ce qui a orienté tes choix de proportions ?

Comme préconisé dans BE, j'opterais pour du multiplis hêtre. Quant à l'épaisseur : 25mm (correspond à 10mm acier) ?

Enfin, peux tu me confirmer que tu as choisi pour le calcul de la section du pavillon: T=1 et m=1 ? Par ailleurs, appliquer la formule S(x) pour Ox rectiligne me paraît aisé ; pour un pavillon telle que proposé (de type Western-Electric) ça me semble beaucoup plus compliqué: je vais plancher la dessus.

Ta proposition est super intéressante ! Comme tu me le fais remarquer: "belle économie" !

Merci et à bientôt.
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