Le choix d'un caisson de grave


Le caisson de grave est devenu en effet un des éléments d’un système Home Cinéma, mais aussi peut être un des plus difficiles à choisir. En effet, qu’est-ce qui ressemble plus à un caisson de grave qu’un autre caisson de grave ? Qu’est-ce qui justifie des différences de prix, voire des tailles aussi importantes ? A quoi servent les réglages disponibles sur ce maillon et comment les utiliser au mieux ?

Pourquoi un caisson de grave ?


On pourrait se dire que le caisson de grave est un élément acoustique inutile car les enceintes acoustiques modernes savent parfaitement reproduire correctement les fréquences graves et ce avec une homogénéité vis à vis du médium et de l’aigu. Pourtant, même en Haute Fidélité, le caisson apporte une ampleur de l’image sonore stéréo.

En fait c’est avec l’arrivée des systèmes sonores numériques Home Cinéma (Dolby Digital, DTS) où il existe un canal de grave spécifique, indépendant des autres canaux, que le caisson de grave est devenu indispensable. Lui seul permet de reproduire correctement le niveau d’énergie dans le grave présent dans les films modernes. La présence d’un caisson de grave présente un autre avantage : puisque le grave est reproduit par un caisson indépendant, on peut soulager les autres enceintes de la reproduction de ces fréquences. Ainsi elles fonctionnent beaucoup mieux. Il y a moins de distorsion, notamment d’intermodulation. Mieux encore, les amplificateurs qui alimentent les enceintes sont eux aussi soulagés d’autant. En effet, plus on descend dans le grave, plus on a besoin de développer de l’énergie, donc de la puissance, donc des watts mais aussi et surtout une alimentation (transformateur et condensateurs) conséquente …

Les techniques en présence


Le haut-parleur du caisson de grave

Généralement, un seul haut-parleur suffit dans un caisson de grave. Le plus important, c’est son diamètre : les lois de l’acoustique sont immuables, et les fréquences devant être reproduites sont basses (moins de 150 Hz), de longueurs d’ondes importants (plusieurs mètres) et nécessitent donc de brasser beaucoup d’air. Bien qu’il y ait des exceptions dues à la qualité du haut-parleur lui-même, la règle théorique est simple. Dans un caisson de grave, plus le haut-parleur est gros, plus on a de chance de le voir reproduire du “vrai” grave et du “vrai” extrême grave, sans limitation et sans distorsion. Dans le cas qui nous préoccupe, il ne paraît pas raisonnable de descendre au-dessous de 25 cm de diamètre, sauf conception spéciale (passe-bande à un ou plusieurs haut-parleurs : voir plus loin). L’idéal est un boomer (c’est ainsi que l’on appelle un haut-parleur de grave) de 30 cm, voire 38 cm de diamètre. Le terme woofer est aussi employé. Quant aux termes “subwoofer” ou “sub”, ils désignent plutôt le caisson de grave dans son entier. Evidemment le volume de charge et donc la taille du caisson, croissent en conséquence !

Dans la pratique, l’emploi d’une membrane en papier n’a rien de répréhensible. Plus important d’ailleurs la nécessité pour le haut-parleur d’avoir une suspension périphérique permettant de grands débattements avant/arrière. Dans le grave et l’extrême grave, la membrane travaille bien plus en piston qu’en vibration intrinsèque de son matériau.

L’utilisation du haut-parleur

Le caisson clos

Bien conçue, la charge close présente de nombreux avantages :
• fonctionnement très régulier du haut-parleur,
• calcul aisé du volume du caisson,
• possibilité de laisser le haut-parleur descendre très bas dans le grave, plutôt naturellement, et donc sans résonance sensible ou montée de la distorsion.

Les inconvénients existent aussi :
• le haut-parleur utilisé ne souffre pas la moindre médiocrité ; un modèle de 30 cm, voire 38 cm s’impose.
• le volume est forcément important, d’où un caisson encombrant.
• le rendement est généralement plus faible qu’avec un caisson bass-reflex, d’où la nécessité d’un amplificateur puissant d’excellente qualité.
• Enfin, la rigidité de la caisse est ici très importante, car c’est elle qui sera à l’origine des résonance parasites.

Le caisson bass-reflex

C’est désormais la méthode de charge la plus répandue. Le principe est assez simple : plutôt que de laisser perdre l’onde arrière du boomer, on la récupère via un évent et on l’envoie vers l’avant, afin de renforcer l’émission directe de la membrane.

L’évent est généralement un tube débouchant sur une des faces du caisson, tube dont le diamètre et la longueur doivent être spécialement calculés pour obtenir des résultats optimaux. On dit que l’évent est “accordé ”. Le but est en effet de récupérer l’onde arrière de manière à ce qu’elle intervienne aux fréquences inférieures à la coupure naturelle du haut-parleur, en suivant les fréquences qu’émet directement sa membrane vers l’avant.

Avantages du bass-reflex :
• la qualité du haut-parleur est relativement moins sensible qu’en charge close, et l’on peut aussi utiliser un haut-parleur de diamètre inférieur (25 au lieu de 30 cm, ou 30 au lieu de 38 cm) pour des résultats théoriquement identiques.
• le volume total du caisson est inférieur à celui d’une charge close, toujours pour des résultats équivalents. Avec un grand haut-parleur et un évent bien calculé, on peut descendre très bas dans l’extrême grave.
• Enfin le rendement d’un tel caisson est assez nettement supérieur à celui d’un caisson clos, d’où la nécessité d'une puissance électrique inférieure pour une même pression sonore fournie.

Inconvénients du bass-reflex :
• le principe même de l’évent induit un phénomène de traînage et des bruits d’écoulement d’air qui ne sont pas négligeables.
• Le principe du bass-reflex peut entraîner des talonnements subits (pouvant aller jusqu’à la destruction du haut-parleur) si on utilise le haut-parleur au-delà des ses capacités en puissance ou si on envoie des fréquences trop graves (inférieures à la fréquence de résonance de l’évent). Attention aux caissons bass-reflex utilisant des haut-parleurs de qualité médiocre … Ils remuent beaucoup d’air, mais ne reproduisent en fait pas d’infra-grave.
• La caisse peut être insuffisamment rigide, d’où un phénomène permanent de “ boum boum ” fort désagréable (surtout en Haute Fidélité).

Le caisson passe-bande


Le haut-parleur se trouve chargé à l’arrière par un caisson clos, mais la face avant de sa membrane n’est pas chargée par l’air libre ; elle est enfermée dans un second caisson bass-reflex, et le couplage avec l’air de la pièce se fait par un évent, du même type que ceux utilisés pour récupérer l’onde arrière du boomer dans un caisson bass-reflex.

Avantage du passe-bande :
• on peut se contenter d’un haut-parleur de diamètre relativement réduit (20 cm), avec pourtant une très bonne réponse jusque dans les fréquences très basses. Les deux caissons avant et arrière sont d’un volume réduit, et peuvent être plus longs que hauts.
• Le rendement est assez élevé, semblable à celui d’un caisson bass reflex. Le filtrage est presque uniquement acoustique, ce qui simplifie le montage et ne peut qu’améliorer encore le rendement.
• Enfin, on peut aussi utiliser deux ou plusieurs haut-parleurs de faible diamètre (13 cm) en obtenant des résultats identiques à ceux d’un gris haut-parleur, mais avec une réponse sur les attaques théoriquement meilleure.

Inconvénients du passe-bande :
• le grave “entendu ” est émis uniquement par le ou les évents. Les bruits d’écoulement d’air peuvent être très sensibles.
• Si l’ensemble charge avant charge arrière est mal calculée, le caisson n’émet linéairement que sur une bande de fréquences très étroite, et avec un certain traînage.

Quelques autres techniques

- Le radiateur passif.

Il consiste à épauler le haut-parleur actif par une membrane passive qui ne “remue ” que par l’intermédiaire des mouvements du haut-parleur actif. Le caisson de charge est donc obligatoirement commun et clos. Parfois le haut-parleur actif est caché à l’intérieur d’une double cloison, sinon il débouche sur l’extérieur comme le haut-parleur passif. Cette technique permet de descendre très bas dans le grave, mais son gros défaut consiste à devoir bien maîtriser les fréquences de résonance respective des deux membranes, mais aussi et surtout dans le traînage inévitable apporté par la membrane passive.

- L’asservissement.
Le principe est cette fois électronique. Un capteur placé sur la membrane, ou un mini microphone, analyse les mouvements de la membrane du boomer ou les fréquences qu’elle reproduit, et les compare en temps réel au signal effectivement envoyé en entrée. Un circuit électronique soustrait alors tout ce qui n’est pas conforme au signal originel. Cette technique idéale sur le papier se heurte à bien des obstacles en pratique : coût de la réalisation, temps de réponse de la correction, impossibilité de corriger vraiment les déplacements de la membrane d’un gros haut-parleur, en temps réel. On la trouve pourtant sur des caissons de grave haut de gamme, avec un certain succès.

Installation : les réglages d’un caisson actif

Il y a deux types principaux de caissons : les modèles passifs, qui ne sont finalement que des enceintes acoustiques traditionnelles spécialisées dans la reproduction du grave, et les modèles actifs, qui intègrent leur électronique, c’est à dire le filtre des fréquences et l’amplificateur de puissance. Ces derniers modèles sont les plus répandus, pour des raisons pratiques : cela permet de prévoir un réglage de volume indépendant, un filtre de sélection de la fréquence de coupure, un réglage de phase et éventuellement un renvoi vers les enceintes gauche et droite avant, filtrées au-dessus de la fréquence reproduite par le caisson. Bien évidemment, cette possibilité a perdu son intérêt avec la récente apparition des systèmes de paramétrage des enceintes directement intégrés dans l’amplificateur.

Le réglage de fréquence de coupure haute

En pratique, un tel réglage peu aller de 50 Hz à 200 Hz. Quant à la fréquence basse de coupure, on n’y a pas accès, le caisson s’en occupe tout seul. Ce système de réglage de fréquence de coupure fait désormais double emploi avec le “ Bass Managment ” offert par les amplificateurs audio/vidéo les plus évolués. En effet, c’est à partir de ceux-ci que l’on détermine quelle va être la fréquence la plus haute qui sera envoyé au caisson de grave, et par voie de conséquence, quelle va être la fréquence la plus basse qui sera envoyée aux autres enceintes déclarées en “ Small ” (fonctionnement en bande passante limitée). Evidemment, c’est la même fréquence dans les deux cas. En réglant la coupure du caisson sur 60, on s'assure que le passage du caisson vers les enceintes ne présente pas de trou. Ensuite, superposer les principales et le caisson créé une petite plage de recouvrement qui assure une meilleure transition entre les deux.

Le réglage de niveau

On peut aussi sur tous les caissons de grave actifs régler le niveau par rapport aux enceintes. Ici aussi, ce réglage fait double emploi avec le paramétrage des électroniques Home Cinéma, d’autant que le niveau de grave peut (et doit) être différent suivant le type de décodage utilisé : Dolby Pro Logic, Dolby Digital, DTS Cinéma ou DTS music. Mais il est tout de même très agréable de pouvoir peaufiner, à l’oreille, le niveau sonore moyen délivré par son caisson de grave, d’autant que ce niveau peu subjectivement varier dans d’assez grandes proportions suivant l’emplacement du caisson dans la salle d’écoute, et suivant la nature de l’ameublement. Vous devez le régler en fonction de votre pièce, du rendement des enceintes, et de votre confort d'écoute. L'objectif étant d'entendre le caisson uniquement lorsqu'il il y a des explosions et pas tout au long du film. Le plus simple c'est de positionner le bouton du niveau de coupure à mi course et de jouer sur le niveau de sortie de l'amplificateur. Cela permet sans toucher au niveau de coupure du caisson de faire un réglage Home Cinéma différent du réglage Hi-Fi (en Hi-Fi aussi le caisson est important, il donne plus de profondeur à l'image sonore, mais son niveau de coupure doit être plus faible qu'en home Cinéma.

Le réglage de phase

Les fréquences graves ont ceci de particulier qu’elles peuvent parfaitement se retrouver “ hors phase ” pour des raisons purement acoustiques, autrement dit en fonction de la position du caisson par rapport aux autres enceintes (principalement les deux enceintes latérales avant), mais également des résonance de la pièce d’écoute. Le réglage de phase permet purement et simplement d’inverser le sens de déplacement du boomer, sur un son donné. Le réglage se fait uniquement à l’oreille, et toutes les notices diront que vous devez choisir la position à 0° ou 180° donnant le plus de grave. Il vaut mieux conseiller de choisir la position où le grave vous paraît le plus naturel, car dans ce domaine plus que dans tout autre, quantité n’est pas forcément synonyme de qualité…La variation continue de phase est plus rare et plus délicate à optimiser.

Déclenchement automatique

Certains caissons de grave détectent automatiquement la présence d’un signal à l’entrée. Cela signifie que si, pendant un certains laps de temps, ils ne sont pas alimentés par un signal audio, ils se mettent en veille pour éviter de consommer trop de courant et de chauffer inutilement..

Installation : positionnement du caisson de graves

Un ou deux caissons ?

Un seul caisson semble plus logique puisque les fréquences graves ne sont pas théoriquement directionnelles, donc pas d’effet de spatialisation, ne serait ce qu’en stéréophonique. Il n’y a qu’une seule sortie LFE, et puis un seul caisson c’est tellement plus pratique…

Pourtant, dans bien des cas, l’utilisation de deux caissons, situés chacun près d’une enceinte latérale avant, voire dessous, résout beaucoup de problèmes. On évite ainsi la localisation du grave (qui, quoiqu’on en dise existe bel et bien en pratique). De plus, la présence de deux sources indépendantes d’émission du grave réduit le risque de résonances ponctuelles dans la pièce ; les deux caissons sont moins sollicités qu’un seul pour un niveau de grave équivalent. Alors, dans certains cas peut se poser la question de choisir deux caissons de très bonnes qualité, mais moins encombrants et moins coûteux qu’un seul. C’est une solution qui devrait être adoptée pour ceux qui ont la chance d’avoir une salle Home Cinéma dédiée.

Quelques conseils préliminaires

o La position du caisson dans une pièce est très importante. Essayez de placer le caisson le plus près possible de la zone d’écoute, devant soi.
o Évitez de placer le caisson dans un angle. S’il est placé le long d’un mur laissez dix cm entre le mur et le caisson.
o Découplez votre caisson en lui mettant des pointes, les résultats en termes de netteté et de propreté du grave sont très étonnants.
o Ne négligez pas la qualité du câble de modulation qui alimente le caisson.

Le placement du subwoofer ne doit pas s'effectuer à la légère. Si possible, il vaut mieux situer le caisson de grave en rayonnement direct dans l'alignement des enceintes frontales (gauche, centrale et droite). En jouant sur les distances entre le mur arrière et celui latéral, on augmente ou diminue le niveau dans l'infra-grave. Il faut cependant attirer son attention auditive sur la lisibilité dans l'extrême-grave en passant par exemple un test de contrebasse acoustique ou de guitare basse. Sur ce type de test, il faut que l'on perçoive des différences de niveau marquées entre les notes et non pas un bourdonnement continu. L'artiste ne doit pas jouer toujours la même note, on doit pouvoir suivre le rythme. De même sur les bandes son cinéma, les déflagrations (armes automatiques, bombes qui explosent, passages de trains, etc...) doivent être perçues avec des différences marquées dans la nature des sons, la puissance des impacts.

La fréquence de raccordement avec les autres enceintes du système home cinéma doit être ajustée avec précision autour d'une fréquence charnière de 100 Hz. En règle générale, plus les enceintes du système à relayer sont petites, plus la fréquence de coupure du subwoofer doit être située un peu plus haut entre 80 et 120 Hz afin de les soulager de tout un secteur de fréquences difficile à reproduire avec puissance et peu de distorsions. On réduira aussi notablement les effets d'intermodulation.

Certains subwoofers actifs disposent d'un commutateur de phase absolue 0/180°. I1 n'y a pas de règle “absolue” pour la commutation correcte de la phase. Il faut porter son attention auditive sur la réponse transitoire dans le grave qui doit être la plus nette possible en commutant successivement les deux positions. De même, si certains effets de glissement du grave dans un coin de la pièce se font ressentir, cela veut dire que la phase n'est pas correcte.

Remarques

Bien que le grave soit théoriquement omnidirectionnel en dessous de 120 Hz, nous déconseillons fortement le placement du subwoofer derrière la zone d'écoute. En effet, sur les transitoires, vous aurez toujours l'impression d'un déplacement rapide du grave des enceintes avant vers l'arrière. De même, vous noterez une instabilité notable de tout l'ensemble de l'image stéréophonique qui semblera partir en dérapage de l'avant vers l'un des coins arrière de la pièce.

Si votre subwoofer vous paraît manquer de niveau, vous pouvez orienter le haut-parleur en rayonnement indirect vers le mur arrière ou l'encoignure de la pièce faisant alors office de pavillon naturel. Vous renforcerez le niveau et la pression acoustique autour de 80 Hz mais un peu au détriment de la netteté sur les transitoires. Ce positionnement est intéressant avec des petits subwoofers pour donner l'illusion de pression acoustique en particulier sur les déflagrations.

Beaucoup de subwoofers sont prévus pour rayonner vers le bas sur 360 °. Solution intéressante car le haut-parleur bénéficie d'une référence mécanique parfaitement stable: le sol. Il risque moins de se déplacer sur les violents transitoires. Le large rayonnement assure une bonne homogénéité autour de la fréquence relais. A conseiller avec les puissants subwoofers capables d'un niveau important jusque dans l'extrême-grave sans distorsions.

Pour les subwoofers ou caissons de graves, les courbes en pression sont relevées à proximité du haut-parleur d'extrême grave (pour ne pas être influencé par le local d'écoute) et selon des réglages extrêmes de fréquence de coupure haute.


Infos extraites de Magma.fr - Le spécialiste du Hi-fi