L'alignement temporel et la cohérence de phase sont essentiels pour une interaction uniforme entre subwoofers et lignes d'enceintes. Nous devons donc les aligner avec une précision supérieure à ±1 ms (afin d'éviter les interférences destructives près des fréquences de croisement (80-120 Hz)). La phase peut être maintenue dans une plage de ±90 degrés pour éliminer les effets de filtrage en peigne. Les processeurs de signal numérique réalisent cela en retardant légèrement les haut-parleurs haute fréquence, en microsecondes. Dépasser ces limites peut entraîner une dégradation de la réponse transitoire allant jusqu'à 15 %. Un positionnement correct permet d'obtenir des variations de fréquence fluides à travers le champ sonore, sans brouillage temporel.
Une répartition équilibrée du niveau de pression acoustique (SPL) entre les subwoofers et les lignes d'enceintes empêche le masquage fréquentiel et les irrégularités de réponse en puissance. Trois principes fondamentaux régissent un ajustement efficace du SPL :
Les méthodes les plus courantes pour déployer plusieurs subwoofers incluent les techniques de directivité cardioïde (contrôle du motif des subwoofers en cardioïde) et les méthodes modales distribuées. Les motifs cardioïdes créent une directivité en basses fréquences observable, grâce à un retournement de phase et des haut-parleurs arrière retardés, avec une atténuation arrière pouvant atteindre 20 dB, comme indiqué dans des études récentes sur la cohérence de phase. Cela s'avère utile dans les applications audio professionnelles où seuls les côtés avant doivent être renforcés, tandis que les basses à l'arrière d'une salle doivent simplement être réduites. Les petites configurations répartissent plusieurs sous-éléments de manière inégale dans l'espace afin d'annuler les ondes stationnaires par moyennage spatial. Bien que les configurations cardioïdes offrent une meilleure directivité, elles présentent généralement une réponse plus plate de 3 à 6 dB dans une pièce (rectangulaire).
Selon la règle d'espacement 3:1 indiquée dans la norme IEC 60268.1, les enceintes de subwoofer sont espacées de manière optimale à un tiers de la dimension maximale de la pièce. Cela permet de réduire la résonance des modes axiaux, les motifs de suppression étant déplacés au-dessus de la fréquence de coupure de Schroeder. Des mesures sur le terrain montrent qu'un espacement correct selon le ratio 3:1 permet de réduire l'amplitude des ondes stationnaires entre 40 et 80 Hz de 8 à 12 dB par rapport à un placement équidistant. Dans la pratique, les installations consistent généralement à placer les subwoofers en triangle dans des pièces de taille similaire à celle-ci, ou bien à les espacer régulièrement sur la largeur de la pièce dans une grande salle.
Des subwoofers placés stratégiquement près des limites de la pièce tirent parti de l'acoustique de la pièce afin d'améliorer la réponse des basses par addition constructive. Lorsque vous positionnez les haut-parleurs à une distance inférieure à λ/8 par rapport à un mur ou un coin, vous obtenez une réflexion sonore constructive (tout est indiqué pour montrer un temps de réverbération d'environ 0,5 à 0,7 s). Pour chaque interface de limite (mur-plancher-coin), un gain de 3 à 6 dB s'ajoute par rapport à la condition en champ libre, pouvant atteindre une crête de 12 dB pour des subwoofers placés dans un coin triple. Le meilleur gain provient de la rigidité des surfaces (béton > plâtre) avec des coefficients d'absorption < 0,2 aux fréquences inférieures à 80 Hz afin de minimiser la perte d'énergie.
La phase due aux réflexions des ondes émises directement à des angles de 180° est annulée par les réflexions limites. Les bandes de garde suivent des règles de positionnement dépendant de la fréquence afin d'éviter les zones DIFZ ou CD, par exemple en maintenant des distances de λ/4 par rapport aux limites aux fréquences de croisement. Les ingénieurs utilisent également uniquement le décibel comme approche basée sur la nature et emploient des réseaux de filtres passe-tout pour la rotation de phase, mais ils prédisent les motifs sur la base des nœuds d'ondes stationnaires. Des mesures réelles ont montré que le creux est réduit de 8 à 15 dB lors de l'utilisation de bandes de garde d'1/6 d'octave entre les bandes critiques de 40 à 80 Hz.
L'intégration optimale des basses dans les salles home cinéma nécessite des protocoles d'étalonnage systématiques qui prennent en compte à la fois les spécifications techniques et les anomalies propres à la pièce. Un étalonnage correct garantit la cohérence de phase, minimise les ondes stationnaires et maintient un niveau SPL constant depuis différentes positions d'écoute.
La norme SMPTE 2034-2 définit l'alignement temporel des systèmes audio multicanal et stipule que les subwoofers et les haut-parleurs satellites doivent être alignés avec le système principal à +2 ms près. Cet alignement s'explique notamment par le fait que l'appariement de phase permet d'éliminer la majeure partie des annulations de phase à la fréquence de croisement (+-80-120 Hz). Selon les ingénieurs, si les haut-parleurs restent à l'intérieur de 1/3 d'onde par rapport à la fréquence de croisement, il est possible de maintenir la cohérence. Les processeurs de nouvelle génération utilisent l'égalisation GDC pour compenser les retards dans les réponses des amplificateurs et des haut-parleurs, ce qui est particulièrement important dans les pièces de forme irrégulière.
Mais les systèmes haut de gamme de correction acoustique tels que Dirac Live et Audyssey MultEQ XT32 mesurent les réponses impulsionnelles 256 fois à partir de 256 sources et fournissent des cartes 3D de fréquence et de phase représentant précisément l'acoustique de la pièce. En 2022, l'AES a analysé 7 systèmes et constaté des différences de précision d'alignement allant de ±3,2 ms (entrée de gamme) à ±0,5 ms (haut de gamme). Bien que ces outils permettent de réduire les variations d'un siège à l'autre de 6 à 8 dB, une vérification manuelle reste nécessaire. Les algorithmes de linéarisation de phase réduisent de 35 % les affaiblissements causés par les limites de la pièce en dessous de 50 Hz dans des pièces asymétriques, ou éliminent pratiquement les affaiblissements dans des pièces symétriques. Des solutions hybrides combinant égalisation paramétrique et correction temporelle (TD) permettent d'obtenir des écarts inférieurs à 1 dB par rapport aux courbes cibles dans ces systèmes, surpassant ainsi les performances d'une simple égalisation dans le cas d'utilisation de plusieurs subwoofers.
Le son basse fréquence de bout en bout est un son matriciel dans la mesure où les subwoofers sont positionnés l'un devant l'autre et alignés. Les haut-parleurs avant avancent progressivement, tandis que ceux à l'arrière restent légèrement en retrait, comme des horloges synchronisant les fronts d'onde par interférence constructive le long de l'axe cible. Cela permet d'obtenir jusqu'à environ 10 dB d'isolation avant-arrière à 80 Hz, bien que l'intégrité du diagramme ne soit garantie que si le délai correspond précisément à un quart de longueur d'onde. Toutefois, dans un stade ou une arène où il est nécessaire de contrôler au mieux la directivité du son, la longueur de la ligne doit être supérieure à la longueur d'onde de la fréquence cible.
L'optimisation basée sur les gradients règle les caissons de basse dans des espaces non diffusifs en associant des modulations de niveau sonore (SPL) à des gains et des retards incrémentaux. Cela permet de corriger les déséquilibres architecturaux tels que des planchers inclinés ou des murs asymétriques ; les différences de niveau inférieures à 3 dB ne provoquent pas de filtrage en crête. L'optimisation guidée par des mesures réduit la variance d'un siège à l'autre de 57 % dans les salles asymétriques. - Pal: temps de réverbération RT60 et cohérence de la réponse impulsionnelle entre zones, le premier étant situé à ±1,5 dB près dans toutes les positions d'écoute.
Qu'il s'agisse d'empilements au sol avec des subwoofers, vous avez besoin d'un alignement temporel précis pour raccorder parfaitement les graves avec les enceintes hautes. Plus récemment, dans un stade extérieur d'une capacité de 50 000 places, l'alignement de phase a été réalisé à l'aide d'un protocole de compensation des retards afin d'égaliser les temps d'arrivée des fronts d'ondes le long des lignes de visée de 120 mètres. Cette conception a permis de contrer les effets de filtrage crénelé provoqués par les gradins pneumatiques, tout en préservant un délai de groupe constant (tolérance ±0,5 ms), confirmé par une modélisation acoustique assistée par ordinateur. Le système a atteint un taux d'intelligibilité de la parole de 98 % (STI ≥0,65) dans la zone supérieure des gradins, malgré les réflexions causées par le béton.
Les enceintes subwoofers cardioïdes avec une atténuation arrière de 8 dB se sont révélées efficaces pour les installations en stade ouvert. Seize subs double 18'' en configuration descendante ont fourni une directivité contrôlée grâce à des haut-parleurs déphasés, alignés pour assurer une directivité entre 60Hz et 120Hz. Des rapports d'atténuation avant-arrière supérieurs à 14:1 ont été obtenus au centre du terrain afin d'isoler efficacement l'accumulation de basses fréquences sous les balcons. Les travaux récents sur le positionnement des subwoofers indiquent que cette configuration réduit l'énergie des ondes stationnaires de 41 % par rapport aux empilements traditionnels, entraînant une variation de niveau sonore (SPL) de 105dB avec une fluctuation inférieure à 2dB pour tous les sièges.
L'alignement temporel est essentiel pour éviter les interférences destructives au niveau des points de croisement, assurant ainsi une interaction uniforme entre les subwoofers et les enceintes linéaires, préservant ainsi la qualité sonore.
Un placement approprié de la pièce peut améliorer les performances du caisson de basses en exploitant le renforcement naturel des limites, augmentant ainsi la réponse des graves et minimisant les ondes stationnaires.
La règle 3:1 consiste à espacer les configurations de caissons de basses d'un tiers de la dimension maximale de la pièce afin de réduire le renforcement des modes axiaux et d'améliorer la qualité du son.
Les configurations de caissons de basses cardioïdes offrent une directivité contrôlée et une atténuation vers l'arrière, réduisant l'accumulation de basses fréquences et améliorant la clarté du son dans les grands espaces en plein air.
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