Boîtiers de subwoofer étanches ou à port : quand les utiliser

Pourquoi la conception des boîtiers est plus importante que vous ne le pensez

La plupart des amateurs et même certains ingénieurs en activité considèrent la conception du caisson de basses comme une case à cocher : prenez une fiche technique du pilote, choisissez un volume à partir de rien, créez un boîtier et espérez qu'il fonctionne. Ils sont alors surpris lorsque les basses sonnent fort, qu'elles retombent trop tôt ou qu'elles n'ont aucun impact.

La vérité est qu'un pilote de subwoofer seul ne sert à rien. Le boîtier représente la moitié du système, parfois plus. Le même haut-parleur de 12 pouces dans une boîte scellée de 2 pieds cubes par rapport à un boîtier à orifices de 4 pieds cubes produira un son complètement différent. L'un sera serré et contrôlé ; l'autre sera plus fort mais plus lent. Ni l'un ni l'autre n'est faux ; ils sont simplement différents, et le choix de la bonne dépend de votre application.

C'est là que les paramètres du pilote entrent en jeu. Les valeurs Vas, Qts et F ne sont pas des chiffres marketing. Ils reflètent la physique réelle du conducteur et déterminent le type de boîtier qui le fera chanter.

Comprendre les trois paramètres clés

Vas : la « conformité aérienne » du conducteur

Vas est le volume équivalent en litres ou pieds cubes. Pensez-y de cette façon : si vous aviez une chambre étanche de volume Vas, la souplesse (élasticité) de l'air à l'intérieur correspondrait à la conformité de la suspension du conducteur. Un VA plus élevé signifie un conducteur plus souple : il a besoin d'un boîtier plus grand pour le contrôler. Un Vas plus bas signifie un haut-parleur plus rigide. Il fonctionne bien dans des boîtiers plus petits.

Par exemple, un haut-parleur de subwoofer de 10 pouces typique peut avoir un Vas de 40 litres (1,4 pied cube), tandis qu'un haut-parleur de 15 pouces plus grand peut contenir 120 litres (4,2 pieds cubes). Elles ne sont pas aléatoires ; elles proviennent des propriétés physiques du cône, de l'entourage et de l'araignée.

Qts : le facteur d'amortissement

Qts est le Q total, une mesure de la mesure dans laquelle la suspension et la résistance de la bobine acoustique du conducteur amortissent ses mouvements. Un Qts faible (disons 0,3) signifie que le conducteur est fortement amorti ; il cesse de bouger rapidement lorsque vous arrêtez de le pousser. Un Qts élevé (disons 0,7) signifie qu'il sonne plus fort ; il continue de bouger une fois que vous vous êtes arrêté.

Cela est extrêmement important pour la conception des boîtiers. Un driver avec un Qts faible est indulgent et fonctionne bien dans des boîtes scellées. Un haut-parleur avec un Qts élevé a besoin d'un boîtier à ports pour éviter un pic de réponse énorme au moment de la résonance.

Fs : The Free-Air Resonance

Fs est la fréquence à laquelle le haut-parleur souhaite naturellement osciller lorsqu'il n'y a pas d'enceinte, juste le haut-parleur suspendu en plein air. Les haut-parleurs de subwoofer typiques vont de 20 Hz à 50 Hz. Un Fs plus faible est préférable pour les basses profondes ; un Fs plus élevé est meilleur pour le punch des basses moyennes.

Lorsque vous placez le haut-parleur dans un boîtier, la fréquence de résonance augmente. Son degré de décalage dépend du volume de la boîte et de son étanchéité ou de son ouverture.

La boîte scellée : simple, prévisible, étanche

Un boîtier étanche est simple : construisez un boîtier, montez le pilote, fermez-le hermétiquement, c'est fait. L'air intérieur agit comme un ressort. Boîte plus grande = ressort plus souple = fréquence de résonance plus faible. Boîte plus petite = ressort plus rigide = fréquence de résonance plus élevée.

La résonance de la boîte scellée est donnée par :

où $V_b$ est le volume de la boîte. Le point -3 dB (la fréquence à laquelle la réponse chute de 3 dB en dessous du pic) dépend du Qts et de la nouvelle fréquence de résonance.

Les boîtiers scellés ont une atténuation douce et prévisible en dessous de la résonance, généralement autour de 12 dB/octave. Si vous le réglez correctement, vous obtenez une réponse fluide et contrôlée, sans pics ni creux. Si vous l'accordez mal, vous obtenez soit un pic de résonance puissant, soit des basses faibles qui se déclenchent trop tôt.

La plupart des ingénieurs préfèrent les boîtiers scellés pour le home cinéma ou l'écoute de musique lorsque la précision est importante. Le compromis est que vous n'obtenez pas autant de sortie qu'un boîtier porté de la même taille.

La boîte portée : plus forte, mais plus délicate

Une enceinte à orifices (ou ventilée) comporte un trou, généralement un tube, qui permet à l'air d'entrer et de sortir. Ce trou possède sa propre fréquence de résonance, et lorsque vous réglez le port sur la bonne fréquence, quelque chose de magique se produit : le port renforce la sortie du haut-parleur autour de cette fréquence, ce qui vous donne plus de basses.

Mais il y a un hic. En dessous de la fréquence de réglage du port, la réponse décroît à 24 dB/octave, soit deux fois plus que dans un boîtier scellé. Cela signifie que si vous réglez le port sur 35 Hz mais que vous voulez des basses profondes de 20 Hz, vous n'avez pas de chance. La réponse s'effondre en dessous du réglage du port.

La fréquence de réglage des ports est la suivante :

où $c$ est la vitesse du son, $A$ est la zone du port, $V_b$ est le volume de la boîte et $L_{eff}$ est la longueur effective du port (longueur physique plus corrections d'extrémité).

En pratique, vous ne le calculez pas à partir de zéro. La calculatrice s'en charge pour vous, mais l'essentiel est que les boîtiers portés nécessitent un réglage minutieux. Si vous vous trompez d'un pouce sur la longueur du port, votre réponse peut varier de quelques Hz, ce qui est suffisant pour gâcher le son.

Un véritable exemple de design : un caisson de basses de 12 pouces

Supposons que vous conceviez un caisson de basses pour une petite salle de home cinéma. Vous avez un pilote de 12 pouces avec les spécifications suivantes :

• Vase = 75 litres (2,65 pieds cubes)
• Qts = 0,42
• Fréquence = 28 Hz

Vous avez de la place pour une boîte d'environ 3 pieds cubes et vous voulez savoir s'il serait préférable de la fermer ou de la fermer.

Conception de boîte scellée

En utilisant la formule de la boîte scellée, si vous construisez une boîte de 3 pieds cubes :

La résonance de la boîte passe donc de 28 Hz (air libre) à 38,4 Hz (dans la boîte). Le Qts de 0,42 est relativement faible, ce qui signifie que la réponse atteindra un léger pic autour de 38 Hz, puis diminuera doucement en dessous.

Pour une boîte scellée avec Qts = 0,42, vous pouvez vous attendre à un point de -3 dB autour de 32 à 35 Hz. C'est utilisable pour le home cinéma mais pas idéal pour les basses profondes.

Conception de boîte à ports

Essayons maintenant une boîte à ports, de 3 pieds cubes identiques. Le calculateur vous indiquera que pour obtenir une réponse équilibrée, vous devez régler le port entre 32 et 35 Hz. À ce réglage, vous obtiendriez une amplification de sortie centrée autour de 32 à 35 Hz, la réponse s'étendant plus bas que celle du boîtier scellé mais descendant nettement en dessous d'environ 25 Hz.

Lequel gagne ? Si vous regardez des films et que vous voulez des basses précises et contrôlées, optez pour une solution étanche. Si vous voulez une sortie plus forte et que vous ne vous souciez pas des fréquences inférieures à 25 Hz, portez.

Erreurs courantes (et comment les éviter)

Erreur 1 : ignorer Qts

Les ingénieurs examinent souvent Vas et F et ignorent complètement Qts. C'est la recette du désastre. Un haut-parleur avec Qts = 0,7 dans une boîte scellée aura un pic énorme et laid juste à la fréquence de résonance de la boîte. Vous entendrez un boum « d'une note ». Le même haut-parleur dans un boîtier à orifices réglé sur la bonne fréquence sonne bien.

Vérifiez toujours Qts. S'il est supérieur à 0,6, envisagez sérieusement le portage. S'il est inférieur à 0,35, les boîtes scellées fonctionnent parfaitement.

Erreur 2 : oublier la vélocité du port

Lorsque vous concevez un boîtier à ports, vous devez vous assurer que le port n'est pas trop petit. Si le port est trop petit par rapport au volume du boîtier et à la fréquence de réglage, la vitesse de l'air à l'intérieur du port peut dépasser 10 à 15 m/s, ce qui provoque un bruit de port, un sifflement ou un sifflement, en particulier sur les matériaux riches en basses.

La plupart des calculateurs ne vous avertissent pas à ce sujet. En règle générale : pour un boîtier de 3 pieds cubes réglé sur 35 Hz, utilisez un port d'au moins 3 pouces de diamètre. Pour une boîte de 5 pieds cubes, 4 pouces. Si vous utilisez un port slot, assurez-vous que la surface totale est équivalente.

Erreur 3 : sous-estimer la perte de volume interne

Vous calculez une boîte de 3 pieds cubes, donc vous construisez une boîte avec 3 pieds cubes d'espace intérieur. Ensuite, vous montez le pilote, ajoutez un contreventement, une isolation et un tube de port. Soudain, votre volume effectif n'est que de 2,7 pieds cubes. La fréquence de résonance augmente et votre réglage est désactivé.

Prévoyez une perte de volume de 10 à 15 % due aux composants internes. Si vous voulez un volume acoustique de 3 pieds cubes, construisez une boîte de 3,4 pieds cubes.

Erreur 4 : utiliser la mauvaise valeur Vas

Les spécifications du pilote varient selon le fabricant et parfois selon les conditions d'essai. Un conducteur peut indiquer 70 litres d'essence dans une fiche technique et 75 litres dans une autre. Cela ne semble pas beaucoup, mais cela peut modifier la résonance de votre boîte scellée de 1 à 2 Hz.

Si vous êtes sérieux, mesurez Vas vous-même en utilisant la méthode de la masse ajoutée ou une boîte de test. La plupart des amateurs ne le font pas, mais vérifiez au moins la fiche technique et utilisez la valeur du rapport d'essai réel du conducteur, et non du matériel marketing.

Erreur 5 : confondre la sortie du boîtier porté avec la précision

Un boîtier à orifices est plus bruyant qu'un boîtier scellé dans sa plage de réglage. Certains ingénieurs pensent que « plus fort = mieux ». Ça ne l'est pas Si vous avez besoin d'une réponse précise et plate dans les basses, l'étanchéité est presque toujours préférable. Si vous avez besoin d'une puissance maximale dans une plage spécifique (par exemple, pour les films d'action), le portage gagne. Sachez pour quoi vous optimisez.

Quand utiliser la calculatrice

Vous avez un chauffeur, vous avez des contraintes d'espace et vous devez décider : scellé ou portatif ? Ou peut-être souhaitez-vous explorer les deux et voir à quoi ressemblerait la réponse.

C'est exactement à ce moment-là que vous atteignez le ouvrez le volume du boîtier du caisson de basses. Branchez Vas, Qts et Fs, et vous obtenez :

• La recommandation de volume de la boîte scellée
• La recommandation de volume du boîtier porté
• La fréquence de réglage du port
• Le point -3 dB pour la conception étanche

À partir de là, vous pouvez prendre une décision éclairée. « Ce haut-parleur dans un boîtier scellé de 2,5 pieds cubes aura son point de -3 dB à 30 Hz, et la réponse sera fluide. » Par rapport à « Dans un boîtier portatif de 3 pieds cubes réglé à 32 Hz, j'obtiendrai plus de sortie mais un ralentissement plus prononcé en dessous de 25 Hz. »

Ensuite, vous créez, mesurez et itérez. C'est le vrai travail.

La situation dans son ensemble

La conception du boîtier n'est pas magique. C'est de la physique appliquée : la conformité et l'amortissement du conducteur interagissent avec l'air contenu dans le boîtier pour créer une réponse du système. Trouvez les bons chiffres et vous obtenez le son que vous voulez. Si vous vous trompez, vous vous retrouvez avec une boîte qui ressemble à une perche en carton.

Le calculateur vous donne le point de départ. Le reste dépend de vous : construisez avec soin, mesurez si vous le pouvez et écoutez de manière critique. La principale différence entre un caisson de basses médiocre et un excellent caisson de basses ne réside pas dans le pilote, mais dans le boîtier.

Essayez-le

Vous avez une fiche technique du pilote de subwoofer ? Retire-le. Trouvez Vas, Qts et Fs. Rendez-vous sur ouvrir le volume du boîtier du caisson de basses et découvrez ce qu'il recommande. Réfléchissez ensuite à votre espace d'écoute, à vos priorités (précision par rapport à la sortie) et à la question de savoir si le port ou le port sont adaptés à votre application. C'est ainsi que naissent les vrais designs.