Conception et réalisation d’une paire d’enceintes acoustiques

 

Physique | Technique

 

Emré Tokay, 2003 | Neuchâtel, NE

 

Ce travail présente les différentes étapes de la création d’une paire d’enceintes acoustiques. La démarche inclut la conception et la réalisation pratique.

Problématique

Le but était de réaliser des enceintes acoustiques avec un minimum de concessions sur la qualité sonore et avec comme objectif de rivaliser avec des enceintes du commerce. Cela a mené à la question : est-il possible d’égaler des enceintes commerciales avec une réalisation artisanale ?

Méthodologie

La première étape a été de sélectionner les différents éléments de l’enceinte selon le but initial. Une fois le matériel réuni, des mesures sur les caractéristiques des haut-parleurs ont été effectuées contrôlant ainsi leur conformité aux caractéristiques fournies par le constructeur. Ensuite, une modélisation en 3D a permis de représenter l’objet final et ses dimensions et a été suivi du calcul des valeurs des composants des filtres et des correcteurs d’impédance. Un haut-parleur étant censé fonctionner dans une certaine plage de fréquences, le rôle des filtres est de traiter le signal et de lui envoyer les bonnes fréquences. L’impédance des haut-parleurs changeant suivant la fréquence, l’ajout de correcteurs d’impédance au filtre permet de linéariser la courbe d’impédance et de garantir une bonne restitution sonore. La conception terminée, la réalisation a pu débuter chronologiquement. Tout d’abord, elle a commencé par la construction de l’enceinte en bois. A suivi le montage des haut-parleurs, pour finir par l’assemblage des composants du filtre. La dernière étape a été la prise de mesures pour vérifier le fonctionnement correct des filtres et de la transition d’un haut-parleur à un autre. De plus, une mesure de la vibration créée par l’enceinte a été effectuée. Un réajustement a été fait pour réduire les vibrations causées par le haut-parleur des graves en ajoutant une plaque de marbre et de sorbothane (polymère).

Résultats

Les mesures faites ont concerné la courbe de réponse de l’enceinte et l’impédance. Certaines ont été réalisées en appartement et d’autres en chambre anéchoïque. Elles ont révélé le bon fonctionnement de tous les filtres. Cependant, certaines fréquences de coupure diffèrent de la théorie. Le filtre passe-bas du haut-parleur des graves coupe à 450 au lieu de 400 Hz. Le filtre passe-haut du haut-parleur des aigus coupe plus haut que prévu. La coupure basse du filtre passe-bande est assez proche des 400 Hz et celle haute se trouve vers 2500 Hz au lieu de 3200 Hz. Concernant ces imprécisions, du filtrage numérique a été conçu permettant de corriger les fréquences de coupure et de créer une pente d’atténuation plus grande. Les correcteurs d’impédance fonctionnent correctement. Les graphes montrent quelques bosses, mais minimes par rapport à la courbe non linéarisée. Les graphes polaires représentent la pression acoustique en fonction de l’angle. Ils permettent de noter que l’enceinte est omnidirectionnelle sur l’ensemble des fréquences audibles à l’exception des fréquences très basses, très aiguës et à 5000 Hz où une chute de niveau apparaît à 30 degrés. Nous pourrions imaginer écouter de la musique dans une plage de 60 degrés allant de -30 à 30 degrés avec quasiment aucune différence de niveau. Trois mesures relatives aux vibrations ont été réalisées avec un accéléromètre : une sans traitement antivibratoire ; puis avec une plaque de marbre et enfin avec une plaque de marbre et de sorbothane. L’ajout des différents matériaux montre une diminution notable des vibrations.

Discussion

Les résultats obtenus sont concluants. Malgré la différence avec la théorie pour certaines fréquences de coupure, les filtres atténuent le son. Les correcteurs d’impédance fonctionnent bien et l’enceinte a une réponse assez omnidirectionnelle. Mis à part le problème lié aux filtres, l’enceinte égale celles commerciales par ses mesures antivibratoires plus poussées et par la présence de correcteurs d’impédance absents dans une partie des enceintes du commerce. À mon sens, l’enceinte réalisée propose une qualité convaincante compte tenu de sa dimension artisanale. Quant au niveau de la qualité sonore, il peut dépendre des préférences et de l’exigence musicale de chacun.

Conclusions

L’objectif principal a été atteint. Ce projet est dans l’ensemble une réussite. Il m’a apporté une satisfaction personnelle relative à sa réalisation et par le fait de mener un projet jusqu’à son aboutissement. Il me conforte dans l’intérêt porté au sujet et dans le choix de futures études. Il serait possible d’ajouter des corrections numériques plus poussées pour améliorer la reproduction sonore.

 

 

Appréciation de l’expert

Dr. Nicolas Produit

Emré avait l’ambition de fabriquer par lui-même des enceintes acoustiques d’une qualité rivalisant avec les enceintes professionnelles. Ce projet lui a demandé d’apprendre par lui-même beaucoup de physique du son, d’électronique (pour les filtres), de physique des matériaux (pour les vibrations) et même de mathématique avancée (traitement digital du signal). De manière plus pratique, il a dû aussi s’essayer au travail du bois.
Force est de constater que le résultat est assez impressionnant. Les tests en chambres anéchoïques ont montré des performances intéressantes.

Mention:

très bien

 

 

 

Lycée Denis de Rougemont, Neuchâtel
Enseignant: Mirko Naguel