La dynamique, HP rapides ou lents ?

[Indien29]

Bonjour,

Ce sujet pour aborder un thème que l'on peut souvent lire ; La dynamique perçue serait meilleur avec des Haut Parleurs rapides.

J'avais exposé mon point de vue ici sur la base de ce que l'on m'a expliqué (de ce que j'ai compris) et que j'ai ensuite pu tester sur ce sujet.

On pourrait prendre par exemple, le JBL GTI 12 qui est un haut parleur destiné à la reproduction des très basses fréquences que l'on pourrait opposer à n'importe quel haut parleurs dit "plus rapides" ou même couple pavillons / compressions.

Les termes faussement employés de "plus rapides" ou "moins rapides" sont associés à l'amortissement des HP, amortissement indiquant le rapport poids de la masse mobile à la puissance de son moteur électrique.

L'amortissement, de façon rapide, peut être observé par la division des paramètres T&S suivants : Fs / Qts
Si ce rapport est bas, le haut parleur est peu amorti, ce qui lui permet de résonner et ainsi de reproduire les basses fréquences. 
Son rendement sera optimal dans les basses fréquences, sa réponse impulsionnelle assez mauvaise (faible rendement) sur l'ensemble des fréquences (20Hz à 20kHz)

Plus ce rapport est haut, moins le haut parleur résonne et plus le rendement se déplace vers les moyennes et les hautes fréquences, sa réponse impulsionnelle sera proportionnellement meilleure (rendement fort à très fort) sur l'ensemble des fréquences (20Hz à 20kHz)

Ces zones ou les rendements optimaux sont constatés sont souvent les zones de fonctionnement optimales des HP, ou l'on peut observer un bon comportement sur les distorsions / comportement temporel de toutes natures (mode pistonique)


La dynamique perçue n'est que différence de pression acoustique, que le haut parleur doit pouvoir reproduire sans problème.

Hors cette pression acoustique ne dépends pas du rendement du haut parleur, elle dépends de la pression acoustique maximale, sans distorsions audibles.

La différence de rendement entre 2 hauts parleurs peut etre compensée par la puissance électrique injectée dans la bobine.



Ainsi, si on a 2 hauts parleurs de rendement différents dans une plage fréquencielle identique ou leurs comportement est bon, que le premier sorte 110dB avec 1W alors que le second demande 100W pour atteindre ce SPL, la perception de dynamique sera la même.

Dans ces 2 cas, la bobine suivra la fréquence injectée, si la fréquence est par exemple de 1kHz, l'alternance sera toujours de 1/1000ème de secondes, il n'y a donc pas de différence de vitesse, donc pas de différence de dynamique.

Il y a par contre une différence de courant dans la bobine qui compense la différence de rendement sur la plage fréquencielle identique.

Donc, le type de matériaux composant la membrane, la nature et les caractéristiques des suspensions, ainsi que les T&S, le choix pavillons ou radiation directe sont sans rapport avec la dynamique perçue si ces comparatifs ont lieux hors réflexions 4pi.

Il n'y a donc pas de HP mous ou lents ou de HP dynamiques ou rapides, mais des HP conçus pour reproduire de façon optimale une plage de fréquence donnée.

La dynamique perçue sera le même entre notre GTI 12 à 400Hz que n'importe quel autre haut parleurs dont le fonctionnement serait également optimal à 400Hz, mais dont le rendement serait juste plus élevé à cette fréquence.

A 5kHz, notre GTI 12 respectera toujours l'alternance de 1/5000ème de secondes, la dynamique sera la même, mais son rendement de 50dB pour 2,83V montre clairement qu'il n'est pas destiné à cet usage, la puissance à injecter dans la bobine pour compenser son manque de rendement serait trop forte et le comportement du HP ne serait plus optimum.

Le choix du rendement est donc simplement lié à la pression acoustique maximale visée sur une bande utile, celle pour laquelle le HP est conçu.

Par ailleurs, l'inductance de la bobine agit aussi comme un passe-bas, pour cette raison, un petit sub pourra monter en fréquence (petite bobine), chose que ne fera pas un gros sub.

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@ Jean, 

Je colle ici ton message explicatif, je laisse les vrais experts du sujet expliquer plus en détails et corriger mon post si besoin, merci pour vos contributions ! :

Bonjour à tous,
Merci à Daniel16 d'avoir cité mes propos qui montrent effectivement que la masse de la membrane ne joue pas, ni dans la dynamique, ni même dans la courbe de réponse, et ce, dans le cas d'un HP à radiation directe et l'hypothèse d'un HP linéaire.
J'avais fait un post plus complet sur ce sujet que l'on trouvera à ce lien Y a-t-il un rendement max d'un bass-reflex ?
Les paramètres T&S qui jouent dans la réponse en fréquence d'un HP sont la fréquence de résonance fs et le facteur total de surtension Qts. Or, il y a une infinité de paramètres mécaniques qui permettent d'obtenir des valeurs de fs et Qts définis, et donc plusieurs valeurs de masses de l'équipage mobile. On peut donc avoir exactement le même HP en termes de réponse avec des masses de membranes différentes.
Je reprends le graphique de mon post :

   

Ce graphique trace le volume d'un BR en fonction de la fréquence de coupure F-3B et ce pour différentes valeurs de rendement (courbes de couleur allant de 0.1% à 5%). Les deux croix représentent un même HP (mêmes paramètres T&S). Celui du bas à une masse de membrane plus élevé que celui du haut.
Ce diagramme permet de comprendre pourquoi l'on peut dire, en quelque sorte, que plus on veut faire du grave, plus il faut des HP à bas rendement. En effet quand on se déplace le long de l'axe X vers la gauche (plus basse fréquence), on rencontre les courbes ayant un rendement de plus en plus bas. Mais en se déplaçant le long de l'axe Y pour une même fréquence de coupure, on rencontre les courbes ayant un rendement de plus en plus haut

j'ai écrit "masse => bande passante" et c'est le seul lien qui existe.

Non, la masse de la membrane ne joue pas non plus sur la bande passante, du moins directement. Voici les courbes qui donnent la résistance de rayonnement (pour rappel, la résistance de rayonnement modélise le transfert entre l'énergie mécanique et acoustique du HP) et la courbe de réponse du HP. Ces courbes sont extraites du site de Jean-Marc Plantefeve lien

   

La bande passante d'un HP va grosso modo de fs, sa fréquence de résonance à fd, la fréquence telle que sa longueur d'onde soit égale à la circonférence de la membrane. C'est donc la taille de la membrane qui défini la fréquence de coupure haute. Mais, bien sûr, en pratique, une membrane de plus petite taille aura une masse plus faible.

La fréquence de coupure basse f-3DB dépend de fs, mais aussi de Qts. Un HP fortement amorti aura une fréquence de coupure plus élevé qu'un HP sous amorti. Notons que le facteur d'amortissement n'a pas d'influence sur la fréquence de coupure haute.
C'est la raison pour laquelle on dit que pour qu'un HP fasse du grave, il faut que le facteur EBP qui vaut fs/Qes soit faible, c'est-à-dire une fréquence de résonance fs basse et un Qes plutôt élevé, donc un HP sous amorti.
Il n'y a donc aucun doute, la masse de la membrane dans le cas d'un HP à radiation directe ne joue pas. Elle ne peut jouer que si l'on considère des phénomènes non linéaires comme la compression thermique (pour les HP à bas rendement) ou l'offset thermique (phénomène qui fait que l'excursion de la membrane n'est plus centrée).
Mais ... car il y a un mais (plutôt deux en fait), tout ceci n'est vrai que pour le HP à radiation directe et pas pour un HP à pavillon. La plupart des gens considèrent que le HP à pavillon fonctionne comme un HP à radiation directe dans lequel l'énergie est concentré par le pavillon. Il n'en est rien et tout ce que je viens de dire ne s'applique pas à un HP à pavillon.
J'ai fait un post complet sur la différence de fonctionnement entre un HP à radiation directe et un HP à pavillon que l'on trouvera ici : Pavillon de grave versus BR Ce post est un peu technique, mais on y trouve la réponse aux principales questions relatives au fonctionnement d'un HP à pavillon.
Pour se convaincre qu'un HP à pavillon ne fonctionne pas comme un HP à radiation directe, il suffit de calculer le déplacement de la membrane en fonction de la puissance acoustique rayonnée : pour un HP à radiation directe, quand on divise la fréquence par 2, on multiplie le déplacement par 4 ; pour un HP à pavillon quan on divise la fréquence par 2, on multiplie seulement le déplacement par 2. J'avais fait un post qui détaille cette différence : Amplitude de déplacement des membranes
Le facteur EBP qui signifie Efficiency Bandwidth Product a été défini par R. Small dans son article ""Suitability of low-frequency drivers for horn-loaded loudspeaker systems". Ce facteur a une signification précise, il est, comme son nom l'indique, le produit entre le rendement et la bande passante d'un HP à pavillon. On comprend donc qu'un pavillon nécessitera un HP avec un EBP élevé contrairement à un HP de grave à radiation directe nécessitant un EBP faible comme nous l'avons vu récemment. On comprend également que le HP 515 Altec est inadapté pour être monté dans un BR mais constitue encore un excellent choix pour un HP à pavillon.
Et, en effet, contrairement au HP à radiation directe où le facteur d'amortissement ne joue pas sur la bande passante (la fréquence de coupure haute y est indépndante), le facteur d'amortissement joue un rôle fondamental dans la bande passante d'un pavillon : plus le coefficient Qt est faible (HP fortement amorti) plus la bande passante est étendue. Or le facteur EBP s'exprime en fonction des paramètres mécaniques par :

   

Ainsi, une valeur EBP élevée nécessaire au fonctionnement du pavillon nécessite une faible masse de l'équipage mobile et un facteur de force (donc de gros aimants) important.

Le second "mais ..." concerne une remarque faite par bachi :

Dire qu’une membrane ne fait que reproduire le signal électrique qu’elle reçoit n’est strictement vrai qu’un régime établi, qu'on se le dise

Effectivement, on oublie un peu trop souvent que les notions de bandes passantes sont liées au régime établi, mais que la réponse complète à un signal comprend un régime transitoire. Or ce régime transitoire dépend du facteur d'amortissement Qt. Un HP, qu'il soit à rayonnement direct ou à pavillon, se modélise par une équation différentielle du second ordre dont la solution mathématique est bien connue. Vous trouverez en pièce jointe la résolution complète d'une telle équation.
Pour illustrer la solution, voici quatre courbes qui montrent la réponse de deux HP ayant des facteurs d'amortissement différents, excités par deux sinus pur à deux différentes fréquences. On suppose qu'initialement les membranes sont au repos (position et vitesse nulle). Ces deux HP ont même fréquence de résonance fixée à 30 hz. Pour visualiser les écarts de réponse, j'ai pris des facteurs d'amortissement exagérés, 0.1 dans le cas d'un HP fortement amorti et 1 dans le cas d'un HP sous amorti.
Voici les courbes pour le HP sous amorti (Q=1) :

Dans la première figure, la fréquence d'excitation est de 40 hz, dans la seconde de 500 hz. On visualise bien le régime transitoire, notamment dans la seconde figure où l'on constate qu'il faut environ 15 périodes pour arriver au régime permanent.

Voici maintenant les courbes pour le HP amorti (Q=0.1)

On constate nettement la différence de temps, bien plus court, pour atteindre le régime permanent.
Or justement, il se trouve que le HP à pavillon a nécessairement un facteur d'amortissement faible du fait particulièrement d'une membrane légère pour fonctionner correctement et aura donc un régime transitoire de courte durée. Cela se constate évidemment dans la réponse impulsionnelle des HP à pavillon toujours excellente.
Bien cordialement
Jean

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Le calcul de Jean : https://forums.melaudia.net/attachment.php?aid=38262

[JM Plantefeve]

Bonjour,

Les termes faussement employés de "plus rapides" ou "moins rapides" sont associés à l'amortissement des HP, ...

Des exemples où est clairement fait ce genre d'association ?

... amortissement indiquant le rapport poids de la masse mobile à la puissance de son moteur électrique.

Poids de la masse, donc des Newtons, divisé par une puissance, donc en Watts. L'amortissement serait en seconde/mètre !?

L'amortissement, de façon rapide, peut être observé par la division des paramètres T&S suivants : Fs / Qts

Finalement il est en Hertz ?!

La dynamique perçue n'est que différence de pression acoustique, que le haut parleur doit pouvoir reproduire sans problème.

J'ai vraiment du mal avec tes définitions. Et donc à te suivre.

Jean-Marc.

[jefourcade]

On peut ajouter qu'aucun paramètre, strictement aucun, n'a d'influence sur la dynamique d'un système linéaire.
Si l'on considère un système linéaire qui, à une entrée d'amplitude E, sort un niveau S, alors pour une entrée kE, il sortira un niveau kS. Il n'y a donc aucun tassement de la dynamique.

Ce n'est que dans le cas de non-linéarités que la sortie ne sera pas kS et qu'il peut y avoir un effet sur la dynamique.
Il y a de multiples causes qui sont à l'origine des non-linéarités dans un HP : l'élongation de la membrane, les effets thermiques de la bobine, le champ magnétique, mais aucune cause directe due à la masse de la membrane.

Certains de ces paramètres sont en théorie plus faibles sur les HP à pavillon ou à radiation directe avec haut rendement comme la perte de SPL due à l'échauffement thermique de bobine mobile. Pour les pavillons, on peut aussi avancer que le faible débattement de la membrane réduit la distorsion due à la suspension. Mais, rien de vraiment significatif lorsque les HP sont correctement utilisés.

Il y a ensuite la dynamique perçue dans une salle réverbérante. Et, là, c'est bien le ratio champ direct/champ réverbéré qui joue un rôle fondamental.

N'oublions pas tout simplement que la dynamique "perçue" n'est que le reflet du ratio direct/diffus. Je l'avais déjà indiqué et c'est évident, le diffus massacre le rapport signal/bruit puisqu'il se comporte comme un bruit, de niveau bien supérieur au bruit de fond, relatif au niveau du signal donc à RSB constant à court terme (décroissance) et de puissance de bruit constant à moyen terme (RT) et malheureusement corrélé au signal sur le court terme. Traiter une pièce et/ou pavillonner la source améliore ce RSB et donc la dynamique perçue.

[Greg Lagarrigue]

...
Il y a ensuite la dynamique perçue dans une salle réverbérante. Et, là, c'est bien le ratio champ direct/champ réverbéré qui joue un rôle fondamental.

Bonjour,
toutafé :
https://forums.melaudia.net/showthread.p...#pid123197 , c'est la qu'intervient le trio réverbération du local / indice de directivité de la source / distance d'écoute.

N'oublions pas tout simplement que la dynamique "perçue" n'est que le reflet du ratio direct/diffus. Je l'avais déjà indiqué et c'est évident, le diffus massacre le rapport signal/bruit puisqu'il se comporte comme un bruit, de niveau bien supérieur au bruit de fond, relatif au niveau du signal donc à RSB constant à court terme (décroissance) et de puissance de bruit constant à moyen terme (RT) et malheureusement corrélé au signal sur le court terme. Traiter une pièce et/ou pavillonner la source améliore ce RSB et donc la dynamique perçue.

"Évident" cela ne l'a pas toujours été pour tout le monde...
Toute autre chose restant égale, illustration par la distance d'écoute
mess 129, exemple de diffus masquant totalement le direct, a 3 m dans un local très réverbérant :
https://forums.melaudia.net/showthread.p...#pid182253
mess 130, la même a 50 cm :
https://forums.melaudia.net/showthread.p...#pid182254

[Daniel16]

  .....  ""  on oublie un peu trop souvent que les notions de bandes passantes sont liées au régime établi, mais que la réponse complète à un signal comprend un régime transitoire. Or ce régime transitoire dépend du facteur d'amortissement Qt. Un HP, qu'il soit à rayonnement direct ou à pavillon, se modélise par une équation différentielle du second ordre dont la solution mathématique est bien connue. Vous trouverez en pièce jointe la résolution complète d'une telle équation.
Pour illustrer la solution, voici quatre courbes qui montrent la réponse de deux HP ayant des facteurs d'amortissement différents, excités par deux sinus pur à deux différentes fréquences. On suppose qu'initialement les membranes sont au repos (position et vitesse nulle). Ces deux HP ont même fréquence de résonance fixée à 30 hz. Pour visualiser les écarts de réponse, j'ai pris des facteurs d'amortissement exagérés, 0.1 dans le cas d'un HP fortement amorti et 1 dans le cas d'un HP sous amorti.
Voici les courbes pour le HP sous amorti (Q=1) :

Dans la première figure, la fréquence d'excitation est de 40 hz, dans la seconde de 500 hz. On visualise bien le régime transitoire, notamment dans la seconde figure où l'on constate qu'il faut environ 15 périodes pour arriver au régime permanent.

Voici maintenant les courbes pour le HP amorti (Q=0.1)

On constate nettement la différence de temps, bien plus court, pour atteindre le régime permanent.
Or justement, il se trouve que le HP à pavillon a nécessairement un facteur d'amortissement faible du fait particulièrement d'une membrane légère pour fonctionner correctement et aura donc un régime transitoire de courte durée. Cela se constate évidemment dans la réponse impulsionnelle des HP à pavillon toujours excellente.
Bien cordialement
Jean

---

Le calcul de Jean : https://forums.melaudia.net/attachment.php?aid=38262



 Entre un fort amortissement à 0.1 et un sous-amortissement à 1 existe un amortissement
 dit " critique " à 0.5.
Dans une enceinte close, on peut choisir un HP à fr très basse et sur-amorti de façon à amener l'ensemble boîte + HP à cet amortissement critique.
Amortissement critique, au fonctionnement dit " apériodique ", qui n'a en quelque sorte plus de périodes d'oscillations, le " système ne résone plus "; il ne s'agit que d'une cascade de 2 filtres de 1er ordre, dont l'écartement des fr de coupure permet d'ailleurs de descendre en dessous de 0.5 si on veut.

Et donc une demande pour Jean :
Avec ta superbe démo mathématique, je serais curieux de voir les graphiques 40 Hz et 500 Hz
pour une enceinte close avec  Fr= 30 Hz et Qt = 0.5 

... Daniel ...

[jimbee]

je serais curieux de voir les graphiques 40 Hz et 500 Hz
pour une enceinte close avec  Fr= 30 Hz et Qt = 0.5 

... Daniel ...

J'obtiens çà, sauf erreur:
 (... et ne pige pas bien comment l'amortissement grave mettrait le souk à 500 Hz )

[Daniel16]

Merci jimbee,

Oui, c'est un peu surprenant le Bronx à 500 Hz avec Qt = 1 à 30 Hz.

Après, pour se rapprocher de la vraie vie, les mêmes graphiques avec un passe-bas rajouté, genre LR24 à 400 Hz .... mais j'abuse là !

... Daniel  ...

[jimbee]

Après, pour se rapprocher de la vraie vie, les mêmes graphiques avec un passe-bas rajouté, genre LR24 à 400 Hz .... mais j'abuse là !

... Daniel  ...

Meuhh non, le 500 Hz étant amplifié de 6 dB pour visibilité:

[didierS]

Bonjour Indien29,

Je suis tombé sur ce fil, et je vois que tu as écrit (entre autres) : "[...]la bobine suivra la fréquence injectée, si la fréquence est par exemple de 1kHz, l'alternance sera toujours de 1/1000ème de secondes, il n'y a donc pas de différence de vitesse, donc pas de différence de dynamique."

Ceci n'est vrai que si les deux bobines parcourent la même distance. A fréquence identique, si des bobines ont des excursions différentes, leur vitesse sera inévitablement proportionnelle à celles-ci. Il ne faut pas confondre la fréquence avec la vitesse. 


Dans l'illustration suivante, la fréquence est identique, pas la vitesse : 

      vs     

Cordialement,
Didier

[jefourcade]

Bonjour Greg,

Merci pour ces vidéos de l'effet du champ réverbéré sur la parole. Dans le champ diffus, on arrive à ne plus comprendre les propos de l'auditeur.

Daniel,

Voici les courbes demandées :

Jimbee,

Que traces-tu exactement ? Ma courbe montre la vitesse de la membrane sollicitée par une entrée avec un pur sinus. Apparemment, la tangente au point zéro de ta courbe n'est pas nulle ? Dans mon cas, je suppose que la membrane est initialement au repos (position et vitesse).

Si je grossis ma courbe dans le cas 500 hz :