Rapport de mesure - Comparaison de deux pavillons avant à fort rendement

1 - Introduction


Nous avons récemment développé un pavillon avant à fort rendement, dédié à la restitution de la bande médium en sonorisation et particulièrement adapté pour les événements en extérieur et les sound systems. Le kit ébénisterie, nommé TLHP TT-112, est disponible à l'achat sur notre site web. Il peut être associé à trois références de haut-parleurs: le Precision Devices PD.121, le Beyma 12MI100 et le RCF L12P110K, en fonction du SPL maximal souhaité ou bien des préférences du client.


Le type de charge, souvent appelé « pavillon avant », consiste en un haut-parleur monté dans un faible volume clos, et couplé à un pavillon constitué d'une chambre de compression suivie d'une section à forte expansion. Ce type de charge possède le principal avantage d'augmenter significativement le rendement du haut-parleur, d'où son utilisation fréquente en sonorisation. Néanmoins, cette augmentation de rendement induit deux principales conséquences: la réduction de la bande passante et l'augmentation de la directivité.


Cette page vise à comparer par la mesure deux pavillons de ce type: la MT-130, un pavillon à expansion droite utilisé depuis plusieurs années dans le monde de la sonorisation, et notre nouveau pavillon TLHP TT-112, de conception très proche mais utilisant une expansion exponentielle. Le haut-parleur utilisé dans les deux cas sera le RCF L12P110K, dont les caractéristiques sont connues, ce qui permettra également de qualifier l'effet du pavillon sur le rayonnement du haut-parleur.



2 - Présentation des deux pavillons et du haut-parleur utilisé


Le kit TT-112 (voir Figure 1) est un pavillon exponentiel développé par nos soins. Il présente des dimensions compactes, un fort rendement, et est prévu pour s'intégrer facilement dans une sonorisation de type « château » pour couvrir la bande médium associé à un ou deux caisson(s) de basses pavillonnaire(s), à un couple moteur de compression + pavillon, et éventuellement à un kickbin additionnel dédié à la restitution des « hautes basses » (80-200Hz) et/ou à des tweeters à compression dédiés à la restitution des extrêmes aigus.


Photo face avant du kit TLHP TT-112

Figure 1 – Photo face avant du kit


La MT-130 (voir Figure 2) est une enceinte complète constituée d'un pavillon avant à expansion droite dédié à la restitution des médiums et d'un couple moteur de compression + pavillon dédié à la restitution des haut-médiums et aigus. Nous ne nous intéresseront ici qu'au pavillon de médiums afin de pouvoir réaliser des mesures comparatives avec le kit TT-112. Cette enceinte a été développée par Marc.O, un designer français de systèmes de sonorisation pavillonnaires. La bande passante annoncée pour la partie médium est de [120-1400]Hz, et l'efficacité de 106dB/1W/1m lorsqu'elle est équipée d'un haut-parleur Precision Devices PD.121.


Modélisation 3D de l'enceinte MT-130

Figure 2 – Modélisation 3D de l'enceinte MT-130


Le haut-parleur utilisé dans les deux pavillons sera le RCF L12P110K. Ce haut-parleur est utilisable sur la bande [60-2000]Hz, et l'efficacité annoncée par le constructeur sur la bande [500-2000]Hz est de 101dB/1W/1m. Néanmoins, la bande de fréquence utilisée pour quantifier cette sensibilité ne correspond pas à celle sur laquelle le haut-parleur sera utilisé. On constate en s'appuyant sur la courbe de réponse en fréquence publiée par le constructeur (voir Figure 3) que l'efficacité moyenne dans la bande passante utile est plus proche de 98dB/1W/1m. C'est ce chiffre qui sera retenu pour déduire le gain d'efficacité obtenu grâce au pavillon.


Réponse en fréquence du RCF L12P110K

Figure 3 – Réponse en fréquence du RCF L12P110K


3 - Protocole de mesure


On souhaite mesurer des courbes de réponse en fréquence dans l'axe des deux pavillons, et réaliser des diagrammes polaires de directivité à partir d'autres courbes de réponse en fréquence mesurées pour différents angles d'incidence hors de l'axe (de 0° à 180° par pas de 5°).


Conditions de mesure

Figure 4 – Conditions de mesure


Les mesures sont réalisées à l'aide d'un système Audiomatica Clio 10, en extérieur, à une distance pavillon-microphone de 4m. La puissance choisie pour le signal d'excitation est de 16W afin de mesurer des niveaux sonores significativement supérieurs au bruit de fond ambiant. Les valeurs obtenues sont ensuite transposées par le calcul à une distance de 1m pour une puissance de 1W.


L'espace disponible est limité par la présence d'une paroi réfléchissante à environ 5m à droite de l'axe pavillon-microphone. Il est donc décidé d'utiliser un signal de type MLS (Maximum Lenght Sequence) et de fenêtrer l'acquisition avant l'arrivée de la réflexion sur la paroi afin d'éviter au maximum les phénomènes de filtrage en peigne. Il n'est cependant pas possible de s'affranchir de la réflexion sur le sol (terre fraîchement labourée), cette dernière arrivant trop rapidement après le champ direct pour obtenir un temps d'acquisition suffisant et donc une bonne résolution fréquentielle de l'analyse spectrale. Cette réflexion sur le sol causera inévitablement des variations d'amplitude (amplification et atténuations à certaines fréquences), mais l'allure générale des réponses en fréquence réalisées sera globalement fidèle à la réponse réelle du pavillon mesuré.


Le schéma de principe des conditions de mesure est présenté en Figure 4. La distance parcourue par l'onde directe est de 4m et la distance parcourue par l'onde réfléchie est de 10,77m. Il faudra donc fenêtrer l'acquisition temporelle entre 11,6 et 31ms pour ne pas subir les conséquences de la réflexion sur la paroi.


4 - Résultats

Les courbes de réponse en fréquence mesurées dans l'axe et transposées pour 1W/1m sont présentées en Figure 5.


Réponses en fréquence de la MT-130 (rouge) et du TT-112 (vert) 1W/1m

Figure 5 – Réponses en fréquence de la MT-130 (rouge) et du TT-112 (vert) 1W/1m


Comme le montrent les courbes obtenues, les réponses en fréquence dans l'axe des deux pavillons sont extrêmement similaires. La bande passante utile est, dans les deux cas, de [180-800Hz], ce qui concernant la MT-130 diffère de celle annoncée par le concepteur. Les chutes d'amplitude centrées autour de 300 et 550Hz peuvent être dues à l'existence d'une forme de réflexion sur le sol. L'efficacité moyenne dans la bande passante est d'environ 105dB dans les deux cas, ce qui est très proche de l'efficacité annoncée. Les deux pavillons permettent donc un gain d'efficacité dans l'axe d'environ 7dB par rapport au même haut-parleur fonctionnant en radiation directe.


On s'intéresse maintenant à la directivité respective de ces deux pavillons. Les diagrammes polaires sont présentés en Figure 6 (MT-130) et en Figure 7 (TT-112). Pour une meilleure lisibilité en petit format, ces derniers ne sont présentés que pour des angles inférieurs ou égaux à 90°.


Diagramme polaire par bandes de tiers d'octave de la MT-130

Figure 6 – Diagramme polaire par bandes de tiers d'octave de la MT-130



Diagramme polaire par bandes de tiers d'octave du TT-112

Figure 7 – Diagramme polaire par bandes de tiers d'octave du TT-112


Encore une fois, les résultats obtenus sont très similaires dans les deux cas. L'angle d'ouverture à -3dB passe progressivement de plus de 60° à 200Hz à environ 20° à 800Hz. Ces pavillons ne peuvent donc pas être considérés comme des pavillons à directivité constante puisque sa directivité varie fortement avec la fréquence mais nous conseillons malgré tout, lorsque plusieurs unités sont disposées côte à côte horizontalement, de les anguler d'un angle d'environ 30° afin d'éviter de créer des interférences (destructives ou constructives) trop marquées hors de l'axe.


5 - Suggestions de raccordement et intégration dans un système


La bande passante utile étant désormais définie comme étant dans les deux cas [180-800]Hz, nous proposons différentes options de raccordement de ces pavillons dans le grave et dans l'aigu afin d'obtenir un système complet et cohérent.


Pour un bon raccordement dans le grave, deux options sont possibles:

  • Raccordement à 180Hz avec un caisson de basse ayant une réponse linéaire jusqu'à cette fréquence. Ceci est possible avec certains pavillons repliés ou « folded horns ». Un tel raccordement avec un caisson à ligne de transmission (type ESW1018) ou un pavillon arrière (type « scoop ») est en revanche à proscrire en raison du court-circuit acoustique ayant lieu entre 100 et 200Hz.
  • Raccordement entre 200 et 250Hz avec un kickbin à pavillon court (type ES18BPH ou HD15) raccordé lui-même à un subwoofer en dessous de 80Hz.

Pour un bon raccordement dans l'aigu à partir de 800Hz, les moteurs de compression 1'' sont à proscrire car trop fragiles pour descendre aussi bas en fréquence, seuls les moteurs 2'' (ou certains moteurs 1.4") couplé à un pavillon de grande dimension le peuvent. Le couple RCF N850 + RCF H6040 est un bon exemple. Cependant, ce couple moteur + pavillon demande à être utilisé avec un EQ type « CD boost » (Constant Directivity Boost) au dessus de 3000Hz afin de compenser l'atténuation de 6dB par octave caractéristique des pavillons à directivité constante, et manquera de finesse dans l'extrême-aigu. Il sera alors intéressant de le raccorder, au dessus de 10kHz, à de plus petits tweeters à compression type « bullet » (par exemple, le Beyma CP22) afin de couvrir toute la bande audible jusqu'à 20kHz.



Ce rapport a été rédigé par un stagiaire TLHP (06/15)

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