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Pourquoi plusieurs caissons de basse dans la reproduction du son?

Dans un espace clos, le son est reflété par les limites de la pièce. À certaines fréquences, deux ou plusieurs ondes sonores réfléchies peuvent se superposer de manière à permettre la localisation d'emplacements fixes où cette fréquence devient très forte ou très faible. Cela s'appelle un mode.
Dans chaque espace clos, il existe une certaine fréquence à laquelle le champ sonore peut être divisé en deux parties. Cette fréquence s'appelle la fréquence de Schröder. Dans les salons communs, il est d'environ 150–300 Hz.

Aux fréquences plus élevées, au-dessus de la fréquence de Schröder, les modes ne sont pas un gros problème car ils sont nombreux. Deux oreilles et un cerveau sont très efficaces pour supprimer les modes qui sinon conduiraient à une coloration du son (voir Bilsen ). La musique a une nature plus transitoire aux fréquences plus élevées et les autres effets jouent un rôle majeur: Les ondes sonores ont besoin de temps pour se déplacer dans la pièce (environ 34,4 cm par milliseconde). Si la différence entre le son direct et le son réfléchi est supérieure à environ 1 ms, notre cerveau est capable de séparer les deux. Cependant, jusqu'à 30-80 ms de retard, une seule sensation sonore est perçue ( effet de précédence ). Les réflexions tardives sont perçues comme un écho. Si la différence est inférieure à 1 ms, les deux sons (ou plus) sont fondus en un (somme de localisation ).

Aux fréquences inférieures à la fréquence de Schröder, les modes deviennent un problème. Notre audition a besoin de quelques cycles avant de pouvoir déterminer le timbre d'un son, mais dans les petites salles acoustiques, les réflexions font partie du son presque instantanément car les longueurs d'onde se situent dans la plage des dimensions de la pièce (par exemple, 40 Hz = 8,6 m). Donc, ce que nous entendons est dominé par la pièce et non plus par le haut-parleur.
Aux basses fréquences, il y a moins de modes et ils sont plus espacés les uns par rapport aux autres. Cela conduit généralement à la sensation typique de basse "en plein essor" ou "une note" ou même de ne pas avoir de basse du tout à certaines fréquences. Dans ces cas, la réponse en fréquence dans la pièce montre des pics stationnaires (son retentissant) et des creux (pas de son), effet renforcé par des parois rigides. Contrairement aux idées reçues, les murs inclinés ou les plans d'étage irréguliers ne réduisent pas les modes. Ils ne font que changer le modèle de distribution modale dans une pièce.

Des sources sonores basses fréquences supplémentaires réparties dans toute la pièce peuvent atténuer les pics et les creux modaux basse fréquence. Heureusement, nous ne pouvons pas localiser les sources sonores au-dessous de 80 Hz. Par conséquent, des subwoofers supplémentaires peuvent être utilisés pour lisser la réponse en fréquence dans une position d'écoute donnée ou sur une zone d'écoute donnée. Des études ont montré que seuls 2 à 4 subwoofers sont nécessaires pour réduire de manière significative les différences de siège à siège et pour améliorer le lissage des fréquences basses fréquences (voir Welti / Devantier ).

Configuration du subwoofer après Earl Geddes ( GedLee LLC )

La configuration multisub décrite sur cette page présente deux avantages majeurs par rapport aux autres méthodes: vous n'avez besoin que de trois sous-marins et vous n'avez pas besoin de placer les subwoofers à des emplacements spécifiés. Néanmoins, il existe certaines règles de base qui ont donné de meilleurs résultats:

Placez un sous-marin dans un coin près du secteur. Le deuxième sous est beaucoup plus flexible quant à son emplacement, mais il ne devrait pas être dans un coin. Un mur latéral ou un mur arrière proche du milieu est une bonne idée. Placez le troisième sous chaque fois que vous le pouvez, ce qui n’est pas trop proche des deux autres. C'est une bonne idée d'en retirer un parmi eux.

Exigences du subwoofer

Parce que nous utilisons 3 subwoofers, ils n'ont pas besoin d'être aussi puissants qu'un seul subwoofer. N'importe quel subwoofer actif décent (design porté ou fermé) avec un driver de 10 "ou plus fera l'affaire. Il devrait avoir des commandes pour

Équipement de mesure

Procédure de calibrage

Assurez-vous que les haut-parleurs principaux ne sont pas filtrés passe-haut car ils agissent en tant que sources basses fréquences supplémentaires, ce qui est souhaitable.

"First setup the mains and the nearest sub [(the sub nearest to the mains)]. Set your spectrum analyzer to a very low bandwidth but not less than 200 Hz and fairly long averaging time. This will yield a very long average of the sound signal. Take your mic and move it through large spatial positions near but arround the prefered listening position. Be carefull as small bumps of the cable can generate large erroneous signals into the mic. The sweeping has to be smooth. When the analyzer has completed its run you will have a plot of the frequency and spatial averaged low frequency sound field. Try adjusting the sub - never adjust the mains - to see if you can get a better response by changing the gain, the low pass point, the phase and or delay if you have it. The bass should be sagging slightly at this point since you will be adding in two more subs.

Now add in the next closest sub and repeat the entire procedure again. You should be able to improve upon what you had before. If not try turning off the first sub and setting the second one optimal and then add in the first sub. If you still can't get a better response with two subs than with one then you will need to move one of them. You need to get an improvement from the second sub or something is wrong.

Now repeat this process with the third sub. The third sub, when you are close to it should barely be audible. If it is loud, then once again, something is wrong. It should only be filling in holes at this point and not adding any actual level. The level after two subs should be about flat or possibly a slight rise - based on preference. I find a few dB rise at the low end is desirable for best effect.

With the three subs things should be quite smooth when spatially averaged. You can now use any EQ that you have to make a final flattening of the response, but these bands should never be more than a few dB. When you are done, if things go as they usually do for me, your should have a spatial average of about ± 2-3 dB. This can take several hours so don't be impatient. [...] Make sure and write down all the settings!!

Two people helps - one to sweep the mic and another to run the analyzer. Sweep the mike vertically as well as horizontally, but in a wide ellipse. Its not necessary to repeat the same pattern, its only necessary to NOT leave the mic in a stationary position. You can try wider sweeps or narrower ones, but the bigger sweep will likely be better." (Earl Geddes)

Exemplary data

Mains only

First subwoofer added

Second subwoofer added

Third subwoofer added

Earl Geddes on low frequency reproduction

(See full interview at http://www.dagogo.com/View-Article.asp?hArticle=1047)

"[...] I did my Ph.D. thesis on the low frequency sound field in a small room, the frequency region that is dominated by discrete room modes. In that study I learned that all rooms are different in detail, but basically when one looked at them statistically they all act the same. This means that if one is trying to develop a uniform approach to good bass reproduction then they should look at the problem statistically.

A source in a room at low frequencies, any room, it doesn't matter, can be thought of as a random variable which is going to have peaks and dips in its response. There will always be a first mode response peak, which, as it turns out, is basically independent of the rooms shape and depends only on the room's volume. Then there will be a region with several discrete widely spaced modes and the response in this region will be quite ragged as a result of the very distinct nature of these individual modes. As the frequency goes up, the modal density gets greater and greater and the variations of the peaks and dips (the frequency variance – there is also a spatial or seat-to-seat variance as well) about the mean response will decrease to a constant value that becomes essentially independent of frequency, or room shape or size. (Although the transition point is dependent on the rooms size.)

One "radical" point of view that I took away from this work was that it is not "modes" that are a problem, it's the lack of modes that is the problem. It is simply not true that one does not want to excite the modes, one actually wants to excite as many modes as possible, which will result in a notably smoother response. This is quite different from (virtually the opposite of) the usual dogma in audio. Damping the low frequency modes causes them to spread and overlap more, which also reduces the variances in the response. But achieving high damping at these very low frequencies has to be done in the room's structure itself since no added damping material is going to have any significant effect. And it's important to keep this extra damping just at the lower frequencies because one does not want high room damping at the higher frequencies because that will destroy the spaciousness. High damping at low frequencies with low damping at high frequencies ends up being a fairly tough architectural problem.

Now, if we look at the room's low frequency response problem as one in which we have a single sample – a single source – of a statistically stable population (the sound field in both frequency and space), then from classic statistics we know that for each additional sample that we add to the result, the variance will drop by approximately 1/n where n is the total number of samples. Hence, if samples are sources, then we should expect that the variance of the sound field will also go as 1/n where n is the number of sources (subwoofers to us). This is in fact what happens (within some limits). The more subs that we have in a small room at low frequencies the smoother the response will become in both frequency and space. We can't really increase the number of modes, but we can easily increase the number of sources.

There are some limiting assumptions in the above and these are important. The most important limitation is that for the 1/n improvement to hold the samples/sources must each be independent of all the others (uncorrelated in statistical acoustics parlance). Two subs right next to each other are not independent, they are highly correlated. The farther the subs are from each other the less correlated they become. This means that we should start to add subs that are as widely spaced about the room as possible. However as you add more and more subs they have to get closer and closer together and hence the 1/n improvement will begin to vanish and it can be seen that the variance of the sound field can never be brought down to zero no matter how many subs we have. In fact, in practice I have found a significant improvement with the addition of a second sub, a smaller improvement when a third sub is added and the fourth sub usually shows only a small to negligible improvement. Beyond four subs is pretty much a waste of assets since the performance gains tend to zero (except for more headroom, of course)."

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