Subwoofer

Caisson subwoofer

Un subwoofer est, littéralement en français, un haut-parleur de sous-grave^[1]. Dans le langage courant, il désigne le haut-parleur et (par amalgame) l'enceinte destinée à reproduire les fréquences inférieures en général à 80 Hz (familièrement sub), sur de très nombreux équipements audio allant du système multimédia pour PC (systèmes dits 2.1, 4.1, 5.1, 7.1 etc., le .1 signifiant la présence d'un haut-parleur de sous-grave) jusqu'aux systèmes pour concerts de grande ampleur en passant par le cinéma^[2] et le cinéma maison (home cinema). Il est aussi appelé couramment caisson de graves ou caisson de basses.

Plage de fréquences d'utilisation

Une nette distinction est à faire entre l'infra-grave, le sous-grave et le grave. La précision est importante lorsqu'il est question de reproduction sonore (musique ou cinéma-maison) puisque l'équipement demandé est différent selon l'application et la performance recherchée. Cependant, il arrive très couramment que la notion de grave soit utilisée, de façon très approximative, pour décrire à la fois le grave, le sous-grave et même l'infra-grave (voir : infrason) pour la simple raison qu'un très grand nombre de haut-parleurs dans le commerce sont incapables de reproduire adéquatement le sous-grave et les infrasons à une pression sonore (décibel) du même niveau que les autres octaves. Toutefois, la différence est très présente entre l'infra-grave (moins de 20 Hz), la première octave (20-40 Hz), la deuxième (40-80 Hz) et les suivantes au niveau de la perception auditive, qui devient même physique dans certains cas où la fréquence est suffisamment basse et la pression sonore suffisamment élevée.

Certains amateurs de systèmes haute-fidélité et cinéma-maison recherchent une capacité de reproduction de fréquences aussi basses que 10 Hz dans l'infra-grave, à +/- 3 décibels à la position d'écoute, par rapport aux octaves plus élevées. Surtout pour une reproduction adéquate de bande sonore de film, de musique électronique ainsi que d'instruments comme l'orgue avec des fréquences de 16 Hz (tuyau de 10,40 mètres) de même que certains rares exemplaires dans le monde pouvant produire des fréquences aussi basses que 8 Hz (tuyau de 20,80 mètres).

Caractéristiques

Ce genre de haut-parleur possède parfois un moteur magnétique de forte puissance associé à une membrane relativement lourde (la fréquence de résonance est basse). De ce fait, le coefficient de surtension du haut-parleur est plus élevé, ce qui permet une descente en fréquence aisée. La sensibilité en général diminue et l'agilité subjective de la vibration de la membrane de ce genre de haut-parleur s'en ressent, cependant dans leur domaine d'exploitation (fréquences inférieures à 80 Hz), cela ne pose aucun problème. L'utilisation de ce genre de transducteur est possible au delà des deux premières octaves, mais vient dans ce cas empiéter sur le territoire du woofer ou transducteur de grave. Ce n'est pas une généralité : de nombreux modèles de subwoofers sont dotés d'un système magnétique puissant (moteur), d'une membrane aussi rigide que possible ainsi qu'une capacité mécanique (xmax & xmech) qui permet un déplacement d'air atteignant parfois 8 litres tout en évitant les problèmes de distorsion et compression thermique.

Les différents types

Les haut-parleurs subwoofer autorisent un ou plusieurs types de montages possibles qui dépendent principalement du coefficient de surtension total (QTS) et de la Fréquence de résonance (Fs):

• le caisson clos (ou scellé) est souvent de taille moindre que les autres types de caissons (sans pour autant arriver au même résultat), ce qui est intéressant dans le cadre d'un cinéma-maison. L'inconvénient est une fréquence de coupure des basses relativement haute par rapport au même haut-parleur en charge Bass Reflex ou Passe-Bande ; cependant la pente à la fréquence de résonance dans sa caisse (FC qui sera forcément inférieur à FS) est de 2eme ordre (soit -12dB par octave), les caissons clos obtiennent souvent une meilleure réponse impulsionnelle à bas régime, dû à l'air présent à l'intérieur du caisson agissant comme un système d'amortissement (effet de ressort) limitant les excursions intempestives de la membrane et procurant donc une tenue en puissance plus élevée qu'en Bass Reflex. Ce n'est toutefois pas un avantage car le caisson clos par rapport à son homologue Bass Reflex peut posséder une puissance acoustique castrée de moitié, car "l'onde arrière" n'est pas exploitée. Autre avantage du caisson clos est que l’air emprisonné dans une enceinte close ne produit pas de distorsion notable, en fait il aurait plutôt tendance à les réduire. L’élasticité de l’air est quasi parfaite bien au delà de 1 BAR. Face aux pressions minuscules mises en jeux dans les enceintes, c’est totalement négligeable. Par contre les suspensions des hp ne sont pas franchement linéaire. Dans une enceinte close, l’air interne à l’enceinte joue comme une suspension supplémentaire mais sans défaut.

On notera en défaut que la compression thermique est plus importante que sur un caisson Bass Reflex, ceci est dû à l'unique pic d'impédance à la fréquence FC, car lorsque l'impédance est élevé l'intensité diminue et donc l'effet joule aussi.

• Le bass reflex, est un système très répandu issu du résonateur de Helmholtz. Le principe est de faire un trou dans le caisson pour profiter de "l'onde arrière", ainsi le haut parleur et le trou (évent) rayonne tous les deux garantissant un niveau SPL élevé. Ainsi le système bass reflex se voit bénéficier d'avantage certain, faible excursion de membrane pour un bon niveau sonore, bonne descente dans le grave car l'évent s'occupe du bas du grave, Une bande-passante bien exploitée, car on peut descendre bas et monter assez haut en fréquence par rapport au HP et son diamètre, une compression thermique réduite par rapport à un système clos (grâce aux 2 pics d'impédance).

Mais il a aussi des inconvénients qu'il faut connaitre et maitriser :

- Un encombrement souvent supérieur au solution close - Plus difficile à mettre en œuvre, puisqu'il faut accorder avec soin le HP choisi avec la caisse par l'intermédiaire de l'évent (un mauvais choix ou une conception aléatoire, brideront les performances et la qualité sonore de l'enceinte). A cela s'ajoute les bruits d'écoulement auquel il faut prêter attention (c'est l'air qui devient audible à travers l'évent), le déplacement de la membrane qui à fort régime sur des fréquences basses peut entrainer de la casse, si l'on n'y prête pas attention. - Les évents laissent passer très facilement les bruits, en particulier les résonances de l’enceinte. Si les modes propres de l’enceinte ne sont pas correctement atténués, on les entend. - Une pente après la fréquence de coupure plus brutale qu'un caisson clos (-24dB/octave), même si à HP équivalent le BR descendra plus bas jusqu'à la fréquence de coupure, et même après, le clos reprendra le dessus pour les infra-basses, mais la sensibilité aura fortement chuté. - Réponse impulsionnelle moins bonne qu'une caisse close (trainage dû à l'évent).

• Le passe-bande

• L'actif/passif (Push-Pull en anglais) doté d'un haut parleur actif classique et d'un haut parleur passif appelé radiateur, c'est un haut parleur sans bobine ni aimant.

La tendance actuelle est aux caissons scellés à volume réduit avec correction électronique de la réponse des subwoofers.

• Le haut-parleur plan pour grave et infra-grave,

Il s'agit d'un haut-parleur plan de grande dimensions dont la membrane fonctionne en flexion (comme celle d’un tambour) et en dipôle (elle émet aussi bien devant que derrière car il n’y a pas de caisson derrière elle). Le positionnement de ce type de transducteur influe sur sa courbe de réponse, il faut veiller à le mettre en encoignure d’une pièce pour bénéficier des réflexions de l'onde arrière sur les murs adjacents. La distance entre le transducteur et les murs sera également très importante, afin que l'onde réfléchie et l'onde directe puissent rester en phase et ne pas se neutraliser mutuellement.

Les règles de physique impliquent les corrélations suivantes :

• à volume d'enceinte et surface de HP fixes, pour diminuer la fréquence de coupure basse, il faut diminuer le rendement.
• pour une fréquence et un niveau acoustique donnés, le volume d'air déplacé est le même quel que soit le haut-parleur, d'où une élongation plus importante avec un haut-parleur de petit diamètre.

Notes

Voir aussi

• Woofer ou Boomer, haut-parleur des graves.
• Médium, haut-parleur des médiums.
• Tweeter, haut-parleur des aigus.

• Portail de la musique
• Portail de l’électricité et de l’électronique