Généralités sur les enceintes haute fidélité

Une enceinte acoustique comprend de façon générale :

• Un ou plusieurs haut-parleurs afin de couvrir au mieux toute la plage des fréquences audibles entre 16Hz et 20000Hz
• Un filtre passif qui dirige vers chaque haut-parleur la plage de fréquence pour laquelle il a été construit : graves, médium, aigus
• Une ébénisterie (appelée aussi la "caisse") qui intègre les haut-parleurs et le filtre. L'ébénisterie est l'élément le plus difficile à réaliser. En effet, elle ne doit pas introduire de distorsions de la musique, pour toute la plage de fréquence, ni coloration particulière ; elle doit être suffisamment amortie pour ne pas vibrer

Ces trois parties composent les grands points à aborder lorsque l'on veut fabriquer une paire d'enceinte acoustique haute fidélité.

Quelques points importants pour la bonne définition d'une enceinte acoustique

Volume interne de l'enceinte acoustique

La mode actuelle tend à réaliser des enceintes acoustiques de plus en plus petites afin de les rendre le moins visibles. Avec cette contrainte et afin d'obtenir un résultat acceptable, on est conduit à utiliser des haut-parleurs de graves à grande élongation de la membrane (xmax important).
Cependant pour reproduire les basses réelles d'un instrument de musique, il faut que l'enceinte produise dans la pièce d'écoute le même niveau sonore. Ce n'est possible que si la surface de la membrane du haut-parleur de grave est grande et cela abouti à une façade avant très large, esthétiquement pas toujours très "WAF". Le volume d'air déplacé par le haut-parleur dépend de la surface de la membrane et de son déplacement. Comme on ne peut pas augmenter indéfiniment le déplacement, la seule solution pour augmenter le niveau de grave est d'augmenter la surface de la membrane.
On verra que la fréquence de coupure dans les graves est liée au volume de l'enceinte.

Sensibilité et rendement des enceintes acoustiques

Il ne faut pas croire que le rendement global des enceintes audio est élevé, il est de l'ordre de 5% pour les meilleurs et jusqu'à 0,5% pour les moins bonnes ; une partie importante de la puissance est donc dissipée en chaleur dans les haut-parleurs et dans le filtre. Les constructeurs indiquent rarement le rendement, ils indiquent plutôt l'efficacité de l'enceinte. Elle donne le niveau de pression acoustique en dBSL avec une puissance électrique de 1 watt mesurée à à 1 mètre de l'enceinte. On a vu que 0 dBSL correspond au seuil d'audibilité (2 x 10-5 Pa) et que 134dBSL est le seuil de douleur (100Pa).

Résolution Cabasse

On détermine ainsi la puissance de l'amplificateur pour obtenir un niveau dBSL par canal.
Mais comme la musique n'est pas un son régulier de même niveau, il faut tenir compte de sa dynamique (entre 40 et 60 dB) et déterminer la puissance de crête de l'amplificateur.

Heureusement, les sons les plus puissants sont généralement brefs ; pour bien reproduire la musique, il n'est donc pas nécessaire que cette puissance soit fournie pendant un temps très long. L'amplificateur doit pouvoir atteindre ces valeurs extrêmes et l'enceinte les supporter.
Le tableau ci-après donne pour un niveau de 115dBSL, soit 115-3 = 112 dB par canal en fonction de l'efficacité, la puissance moyenne de l'amplificateur et la puissance de crête qu'il doit pourvoir supporter.
La diminution de 3 dB est observée pour la valeur de la fréquence de coupure du filtre, car la puissance de l'amplificateur est envoyée par moitié vers chaque haut-parleur.

On voit l'importance de l'efficacité de l'enceinte ; entre 95 et 90 dBSL, il n'y a pas de problème, les puissances continues et de crêtes sont raisonnables, il n'en est plus de même pour un efficacité de 88 et de 86 dBSL pour lesquelles la puissance de crête par canal atteind des valeurs élevées.
Il est vrai que le niveau de 112 dBSL par canal est élevé et que pour un appartement, un niveau plus faible est suffisant et recommandé par rapport au voisin.

Résolution par l'échelle de Jacob

Certains fabricants et des revues spécialisée procèdent d'une façon différente ; c'est "l'échelle de Jacob" (figure 1.3). On note la tension nécessaire aux bornes de l'enceinte pour obtenir 94 dBSL à 1 mètre, ainsi que la valeur minimale de l'impédance entre 20Hz et 20 kHz. On en déduit la puissance correspondante. On reporte cette sur l'échelle au niveau de 94dBSL. La valeur de la puissance de l'amplificateur supporté par l'enceinte donne le niveau maximal de la pression sonore en dBSL à 1 mètre.

Exemple (figure 1.3) : pour cette enceinte (Analyse 2) :

• Il a fallu 3,6V pour obtenir 94dBSL à 1 mètre.
• L'impédance minimale entre 20Hz et 20kHz est de 5,6ohms (figure 1.4)
• Cela représente 2,3W (P = E²/Z).
• Sur l'échelle de Jacob, on fait correspondre 2,3W à 94dBSL, soit 1 P.
• L'enceinte supporte une puissance de 70 Watt. Avec un amplificateur de cette puissance, on obtient un niveau de 108 dBSL à 1 mètre.
• Au-delà de valeur, les grisés indiquent les zones interdites.

Cette enceinte est particulièrement sensible et le niveau maximal atteint est trop important pour un appartement.

Figure 1.4

Courbe d'impédance en fonction de la fréquence pour l'enceinte Analyze 2.
L'impédance minimale entre 20Hz et 20kHz est de 5,6ohms.
La fréquence de résonance est à 63Hz.

Résolution par abaque (C. Savouret)

L'abaque de la figure 1.5 permet d'obtenir la puissance efficace de l'amplificateur en fonction de l'efficacité de l'enceinte et pour un niveau sonore souhaité. Egalement grâce au niveau souhaité et à l'efficacité de l'enceinte, on obtient la puissance efficace nécessaire de l'amplificateur.
Avec cet abaque, on peut choisir des niveaux acoustiques plus faibles que ceux de la résolution Cabasse et qui conviennent mieux à un appartement. A noter que cet abaque ne donne pas la puissance de crête. Elle peut être estimée grâce au tableau Cabasse.

Abaque figure 1.5 indiquant les rapports :
Niveau acoustique, efficacité de l'enceinte/puissance de l'amplificateur.
Pour obtenir ces rapports, il suffit de tracer une droite entre les points désirés.