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Les enceintes au coeur du progrès

01 octobre 2005

On entend souvent dire qu'il n'est « rien de nouveau dans le domaine des enceintes, une technologie largement arrivée à maturité ». La remarque n'est pas fausse mais il n'en reste pas moins que ces vingt dernières années, le monde des écoutes de proximité a énormément changé... Bilan des innovations dont tout home-studiste peut profiter aujourd'hui.

Le choix des enceintes acoustiques constitue depuis longtemps un sujet passionnel... On trouve ainsi une tribune « audiophile » sur internet considérant, fort noblement, l'enceinte acoustique comme un instrument de musique : surface vibrante, caisse de résonance, recherche de « sonorité » et d'efficacité sonore... À l'autre bout de l'échelle des opinions, un collègue un tantinet provocateur parle volontiers de « boîte à chaussures avec des bouts de carton dedans ». Nous préférons considérer les enceintes acoustiques comme le maillon transformant l'énergie électrique en énergie acoustique - une tâche complexe et essentielle puisque c'est sur ce que l'on entend qu'on se base pour prendre des décisions artistiques ou techniques, en enregistrement comme en mixage. Le numérique, désormais omniprésent dans le monde de l'enregistrement, des consoles, des effets, etc., n'a que marginalement pénétré le monde des enceintes de home-studio, qui restent encore majoritairement analogiques. Ce n'est pas pour autant que les moniteurs de proximité n'ont pas évolué depuis un quart de siècle, loin de là... Mus par des techniques de mesure de plus en plus performantes (merci l'ordinateur), aiguillonnés par les progrès de l'électronique et de la chimie, les constructeurs ont amélioré l'intérieur et l'extérieur des coffrets, les transducteurs, intégré les amplificateurs, mieux guidé le son, gagné en réponse dans le grave et dans l'aigu... Bref, on ne peut pas dire que le monde des enceintes acoustiques soit resté en marge du progrès !



DU PAVILLON À LA HI-FI

Saviez-vous que le premier brevet concernant un haut-parleur à bobine mobile fut accordé à un certain S. H. Siemens fin 1877 ? La première incarnation « pratique » du haut-parleur électrodynamique tel que nous le connaissons aujourd'hui, remonte à 1925. Jusque-là, sur les phonographes ou les radios, les dispositifs acoustiques se limitaient à des cornets, des transducteurs téléphoniques rudimentaires ou des pavillons - qu'on s'empressera d'ailleurs de recoller au nouveau transducteur pour augmenter la puissance et sonoriser des lieux publics. Les premières « enceintes acoustiques » en tant que telles sont destinées au cinéma parlant. Tout le monde a entendu parler des Voix du Théâtre, impressionnantes par leurs dimensions et leur pavillon d'aigus. Certains leur vouent une véritable adoration (dont notre collègue évoqué plus haut) et si vous avez l'occasion d'en écouter une paire en bon état, vous constaterez que leur son, leur comportement dynamique et leur couverture sont d'un naturel étonnant - une dimension qui s'est perdue ensuite, pour pas mal de raisons - en dépit d'une réponse en fréquence un peu étroite selon nos critères actuels. L'enceinte hi-fi moderne naît, quant à elle, dans les années 50, et connaît un bel essor dans les sixties, quand ses dimensions réduites permettent son intégration dans les salons. Rappelons d'ailleurs qu'à cette époque, une paire de Wharfedale, de KEF ou de Cabasse « de bibliothèque » de bonne qualité coûtait au moins 1 000 francs - soit 2 100 euros actuels. Le prix des enceintes acoustiques a donc considérablement baissé...

UN SON MALMENÉ

Dans les studios d'enregistrement des années 60 et 70, les écoutes sont énormes, souvent inclinées et suspendues au plafond par des chaînes, fabriquées sur mesure avec des transducteurs parfois proches de la sonorisation, tout comme les amplis qui les alimentent via des égaliseurs graphiques « pour corriger la pièce » (une naïveté qui amuse aujourd'hui nombre d'acousticiens). D'une personnalité sonore déjà colorée à la base, ces enceintes non encastrées diffusent leur énergie comme bon leur semble, dans des cabines aux formes parfois peu judicieuses et mal étudiées acoustiquement - hauts racks ou consoles disposées de façon asymétrique, surfaces vitrées abondantes, parfois se faisant face... Les aigus se réfléchissent n'importe comment, les graves tournent, reviennent de l'arrière ou du plafond mais ce n'est pas grave tant que le niveau sonore permet de se dispenser de gel pour les cheveux ! Il est même étonnant qu'on ait tant de mixages réussis remontant à cette période, eu égard aux conditions physiques dans lesquelles les sons étaient écoutés ! Cela dit, l'époque est alors aux ingénieurs « maison » qui ne travaillent jamais ailleurs et qui, au fil des années, ont éduqué leur oreille en fonction de leur cabine. Inconsciemment, ils arrivent à en compenser les défauts de façon à faire sonner le mix - ce que confirment ensuite les ingénieurs de mastering. L'extrême grave est, somme toute, assez peu sollicité dans les styles musicaux (même le disco !) préhouse et hip-hop : le vinyle ne permet pas tout ! Autre particularité de ces années mythiques : en fin de mixage, on passe abruptement des grosses écoutes, poussées à fond, aux Auratone, cubes de 20 cm de côté équipés d'un haut-parleur unique d'une dizaine de centimètres, qualifiées « d'écoute radio ». Très « médium », elles servent à émuler une diffusion du 45 tours qu'on est en train de mixer sur les stations périphériques (les hit-parades de RTL et Europe 1 sont en grandes ondes - seul le service public français bénéficie alors, partiellement, de la FM, mono de surcroît). Mine de rien, on y décèle bien des défauts de mise en place ou de balance... À notre connaissance, elles ne sont plus fabriquées aujourd'hui.

LES MONITEURS « DE PROXIMITÉ »

Le concept même de « moniteur de proximité », intermédiaire entre les grosses écoutes et les Auratone, n'est de mise dans les studios d'enregistrement que depuis le début des années 80. Le matériel d'écoute grand public ayant évolué (walkman, chaîne hi-fi, radiocassette stéréo...), les studios d'enregistrement s'équipent, véritable phénomène de mode, d'enceintes Yamaha issues du monde de la hifi : les NS-10, reconnaissables entre mille à leur boomer blanc et leur tweeter grillagé. Elles sont de dimensions réduites, ce qui fait qu'on les pose sur le bandeau de la console (une grossière erreur physique, tous les acousticiens vous le diront !). On parle alors d'écoute de proximité puisque les oreilles sont à environ un mètre de l'enceinte. La pièce « joue » alors moins sur le son perçu, bien que l'environnement immédiat autour de l'enceinte modifie évidemment l'énergie émise. Peu à peu, la NS-10 devient un standard absolu dans les cabines du monde entier, malgré (ou à cause ?) de ses défauts : peu de graves, des aigus stridents (certains mettent un mouchoir en papier devant le tweeter pour les amortir un peu), un médium un peu proéminent. L'idée est que si le mixage « sonne » sur les NS-10, il sonnera bien sur n'importe quoi. Pour l'anecdote, certains ingés son se servent même des boomers de NS-10 comme micros sur une grosse caisse !

En parallèle, l'Américain John Meyer crée, dans les années 80, un moniteur de proximité assez révolutionnaire : le HD-1. Deux voies, amplifié, sa courbe de réponse tient dans +/- 1 dB de 40 Hz à 20 kHz et sa précision enthousiasme les ingénieurs du son qui le découvrent. C'est la première fois qu'une enceinte fait l'objet d'une telle étude, au niveau des phases notamment. Son prix de quelques dizaines de milliers de francs la paire (même s'il est entièrement justifié par la qualité de fabrication et les études nécessaires à sa mise au point) le met, hélas, hors de portée de la plupart des amateurs. Genelec naît en 1978, en Finlande. La marque, future championne de l'enceinte active de proximité, fait la synthèse entre les NS-10 et les HD-1, et sa gamme 1030/31/32A devient un standard mondial absolu dans les années 90. Cet essor s'appuie sur un changement total du monde des studios depuis les années 70 : on compte de plus en plus d'ingénieurs free lance (évolution « administrative » du statut des ingénieurs du son, qui, de salariés de studios de maisons de disques, deviennent indépendants). Ceux-ci préfèrent alors transporter d'un studio à l'autre leur paire de moniteurs de proximité pour avoir une référence solide, oubliant au passage que l'interaction avec la régie modifie souvent considérablement le résultat perçu. Et les « grosses » enceintes servent de moins en moins en studio. De fait, les home-studios et project-studios travaillent désormais sur les mêmes écoutes que les gros studios. Le monde du home-studio suit et un nombre impresimpressionnant de marques se mettent aux moniteurs de proximité amplifiés...



LES VOIES DES TRANSDUCTEURS

Pas d'enceintes sans haut-parleurs ! Très peu de marques réalisent elles-mêmes leurs transducteurs et il n'existe qu'une poignée de gros constructeurs de haut-parleurs dans le monde, dont les noms sont peu connus du grand public : Foster, Focal, Seas, Vifa, etc. Dans les applications à haut volume de ventes (HP pour voitures, installations de public address, etc.), ces fabricants proposent un catalogue ; pour les applications plus spécifiques, ils fabriquent « à façon », sur cahier de charges, pour les grandes marques audio. Cela évite à X de se retrouver avec exactement le même transducteur que Y, même si, à première vue, les haut-parleurs se ressemblent beaucoup. Historiquement, les premiers modèles de hautparleurs sont en papier puis en carton rigidifié par des cannelures. On passe ensuite à d'autres matières et d'autres structures : du polypropylène au Kevlar, structure en nid d'abeille (Cabasse), sandwich aluminium autorisant des membranes planes voire carrées (à la mode un temps dans la hi-fi des années 80). Certains fabricants utilisent même de la fibre de verre tressée et le fabricant B&W (qui équipe, par exemple, les studios d'Abbey Road) utilise désormais un tweeter en... diamant ! Le but est d'avoir un transducteur extrêmement rigide, travaillant en piston, sans fractionnement ni déformation. Il faut savoir qu'un haut-parleur, quel qu'il soit, génère toujours un petit pourcentage de distorsion : heureusement, la plupart des harmoniques ainsi générées restent le plus souvent « musicales ». Les suspensions périphériques ont également leur importance dans le son émis et dans le vieillissement d'un transducteur. Un chiffre à ne pas oublier : pour 34 Hz, son déjà bien grave (c'est, en gros, un do0, le plus bas du piano), la longueur d'onde du son est de 10 m. Pour 17 kHz, son extrêmement aigu mais parfaitement reproduit par les tweeters des enceintes actuelles, cette longueur d'onde n'est plus que de 2 cm. Pour ces raisons physiques, il est impossible de restituer tout le spectre audible avec un seul haut-parleur. Il faut donc diviser le spectre des fréquences en plusieurs parties: trois, quatre... En home-studio, ce sont les modèles deux voies qui sont les plus utilisés. Le boomer restitue les graves et le bas médium, le tweeter le haut médium et les aigus. Il faut donc un filtre électronique pour aiguiller l'énergie électrique vers l'un ou l'autre. Petit problème, la fréquence de raccord se situe vers 2 kHz: en plein dans la zone de sensibilité maximale de l'oreille, là où elle est la plus sensible aux variations d'amplitude et de phase, et où se trouvent, dans le mixage, l'intelligibilité des voix, les guitares, les saxos, les cordes, bref, la substance même de nombreux sons. Voilà pourquoi, en milieu pro et pour gagner en précision, on préfère les modèles trois voies, réservant un transducteur spécifique au registre médium, si critique, et reportant les filtrages dans des régions moins audibles. Hélas, le prix monte alors très vite, hors de portée du home-studiste, qui en reste donc le plus souvent à des modèles deux voies.

CORRECTION DE RADIATION

Pour ne rien arranger, lors de la transition vers 2 kHz, le boomer se trouve aux limites supérieures de son fonctionnement et le tweeter dans ses limites inférieures. Autrement dit, ils ne se comportent pas comme on le désirerait : le boomer voit sa membrane fractionner l'émission d'énergie sonore, par exemple, et devenir très directif, alors qu'à une fréquence voisine, le tweeter va « arroser » dans toutes les directions. Le filtre ajoute son grain de sel en matière de déphasage et de niveau. Dans la zone de transition entre les deux haut-parleurs, il n'est pas rare que l'énergie générée par l'un vienne « contrarier » celle émise par l'autre, avec des phénomènes bizarres au niveau des composants du filtre... Or, pour travailler dans les meilleures conditions, une enceinte doit proposer une courbe de réponse la plus plate possible mais aussi faire en sorte que toutes les composantes sonores arrivent en même temps aux oreilles de l'ingénieur du son - notions de phase et de temps de propagation de groupe -, ce qui est nettement moins facile à obtenir et nettement moins vendeur sur les courbes... Vous l'avez compris, concevoir une « simple » enceinte deux voies n'a rien de trivial. Les moyens modernes de mesure (surtout au niveau temporel, avec les célèbres visualisations en « waterfalls », inconnues dans les années 50 et 60), d'observation (interférométrie laser) et de simulation/modélisation de filtres permettent de mieux comprendre ce qui se passe ; les matériaux modernes utilisés pour la fabrication des haut-parleurs permettent de mieux maîtriser l'émission, même dans des conditions critiques. Certains constructeurs ajoutent des pièces de diffraction ou des ogives savamment calculées devant le tweeter (Blue Sky System One) ; d'autres utilisent des transducteurs inhabituels (le tweeter en béryllium des JM Lab, le ruban des Samson ou des ADAM). Mieux concevoir les haut-parleurs et les filtres grâce aux moyens modernes : voilà un premier facteur de progrès par rapport aux « bonnes vieilles enceintes ». Les Earthworks Sigma 6.2 et 6.3 sont un modèle dans le genre - et reprennent un principe d'alignement des centres d'émission des haut-parleurs déjà de mise sur les grosses enceintes KEF 105 dans les années 70...





CANALISER L'ÉNERGIE

Assez méconnu sur les enceintes modernes, le guide d'ondes a une grande importance. Nous reviendrons sur les similitudes entre enceinte acoustique et microphone : la première est qu'une enceinte possède une directivité spécifique aux différentes fréquences, exactement comme un micro ! Tout comme un instrument de musique ne rayonne pas l'énergie de façon identique selon les notes jouées, une enceinte acoustique émet l'énergie de façon différente à 500 Hz, 1 kHz et 5 kHz, par exemple. Se contenter de monter les haut-parleurs à fleur de baffle et les laisser faire a toutes les chances de déboucher sur la situation de la figure 1. Le problème est que toute cette énergie hors axe va se réfléchir sur des surfaces habituellement non traitées en home-studio puis revenir aux oreilles de l'auditeur, décalée dans le temps, avec des amplitudes très variables. On imagine le résultat... Le rôle du guide d'ondes est de canaliser cette énergie dès l'émission : il s'agit d'une cavité aux formes arrondies, savamment étudiées, dans laquelle vient se nicher le tweeter. On obtient alors la situation de la figure 2, beaucoup plus saine. Un bon guide d'ondes peut faire la différence entre une très bonne enceinte et une enceinte simplement « bonne », et améliorer la transition entre boomer et tweeter à un moment où, nous l'avons déjà mentionné, le boomer devient très directif alors que le tweeter a plutôt tendance à arroser large. Certains guides d'ondes offrent même une directivité différente dans le plan horizontal et dans le plan vertical toujours afin d'éviter cette fameuse réflexion sur la console ou sur le plafond. Dans le même esprit, citons un autre problème assez méconnu, celui de la diffraction. Dans ce cas, les bords trop aigus d'une enceinte acoustique se comportent comme des sources d'émission secondaires dans les aigus, d'où phénomènes d'interférences, de modification de directivité... Dans ce cas, on peut « arrondir les angles » ou adopter une disposition asymétrique des transducteurs dans la face avant de l'enceinte.




LA PROBLÉMATIQUE DU COFFRET

Dans les années 60, les célèbres « sphères » Ellipson ont fait fureur, tant par leur matériau (du plâtre) que par leur forme (une sphère posée sur un cylindre). À l'époque, hors du coffret en bois de forme parallélépipédique, point de salut ! Du noir mat aux bois exotiques, l'imagination est, en revanche, de rigueur. Depuis, la créativité est au pouvoir... On utilise souvent des matériaux plus inertes, comme la médite, avec des épaisseurs conséquentes. Les coins sont parfois arrondis et certains constructeurs, pour éviter les résonances internes, adoptent même des formes ellipsoïdales (Tannoy). Genelec a utilisé l'aluminium moulé pour la 1029A - modèle précurseur de la série 8000, sortie voici un an, réalisée dans ce matériau. Le coût d'étude et de réalisation d'un moule étant de plusieurs centaines de milliers d'euros, il fallait oser... La forme de l'enceinte assure à la fois de faibles résonances internes (grâce à la rigidité du matériau et à l'absence de parois parallèles) et une diffraction externe réduite au minimum. Certaines enceintes de faibles dimensions et poids proposent des filetages ou des points de fixation normalisés pour adaptation optimale à des dispositifs « industriels ». Il vaut toujours mieux utiliser un tel dispositif que poser l'enceinte sur une surface qui va se mettre à vibrer et brouiller l'image stéréo et le spectre dans les médiums. L'idéal est un pied spécifique, bien stable, réglable en hauteur et en inclinaison - Blue Sky en propose un modèle universel au rapport qualité/prix imbattable. Remarquons également l'Iso-Pod souple livré avec les Genelec 8000, assurant à la fois le découplage et l'orientation de l'enceinte. Des fournisseurs de matériaux acoustiques comme Auralex proposent des plaques de mousse denses, à intercaler entre l'enceinte et son support : l'efficacité obtenue est intéressante. L'expérience mérite d'être tentée : faites venir deux amis chez vous, lancez une écoute dans votre home-studio puis demandez-leur de soulever chacun une enceinte de 1 ou 2 cm, de façon à la désolidariser de la surface non traitée sur laquelle elle repose certainement. La différence est aussi spectaculaire que celle obtenue en posant une couverture ou de gros coussins sur la surface de la console de mixage... Nous sommes, en revanche, plus circonspects quant à l'utilité réelle des pointes de découpladécouplage, si appréciées des audiophiles... Onéreuses, agressives avec leur environnement (traces !), pas toujours faciles à utiliser : il y a mieux en moins cher!

AIGUILLAGE DE COURANT

À la distinction passif/actif sont venues se greffer, ces dernières années, d'autres variantes « intermédiaires »: il n'est donc pas inutile de revenir précisément sur les différences entre ces principes de fonctionnement. Pendant longtemps, une enceinte acoustique était forcément passive. Elle possède deux bornes accueillant le câble provenant de l'amplificateur externe. Ces deux bornes sont reliées à un filtre répartiteur, dont les composants sont calculés pour encaisser sans problème les dizaines ou centaines de watts de puissance électrique « brute ». Signalons, au passage, que le rendement énergétique (à ne pas confondre avec l'efficacité) d'une enceinte est assez faible : un petit pourcentage seulement. Autrement dit, pour 100 W en entrée, seuls 2 ou 3 W seront effectivement transformés en énergie acoustique, les autres étant perdus en chaleur dans le filtre, les fils des bobines, etc. Cela dit, 2 à 3 W « acoustiques » suffisent déjà à générer un niveau sonore impressionnant. Revenons à notre filtre : le courant traverse tous ses composants et se trouve aiguillé vers le boomer ou le tweeter (dans le cas d'une enceinte à deux voies), au prix parfois de parcours inutiles : les aigus traversent la section de graves avant d'aller vers le tweeter. Les électroniciens optimisent parfois le filtre de façon à réduire ce phénomène de parcours inutile. L'enceinte possède alors quatre bornes. Il faut donc deux câbles biconducteurs provenant de l'amplificateur pour l'alimenter. Le filtre est conçu pour que l'énergie électrique aille de la façon la plus directe possible au haut-parleur concerné. On parle alors de bicâblage. La différence est subtile, mais réelle. Puisque nous parlons de câble HP, utiliser un modèle de section 2,5mm2 assure un passage optimal du courant par rapport à un cordon secteur standard, le célèbre Scindex, qu'il vaut mieux éviter pour brancher des enceintes acoustiques.

RÉDUCTION DE CÂBLAGE

Puisque le câblage est facteur de pertes, pourquoi ne pas le réduire au minimum en plaçant l'amplificateur directement au dos de l'enceinte, voire dedans ? On arrive alors à une enceinte amplifiée - mais le filtre interne reste passif. Une fois accepté la fusion de l'enceinte et son amplificateur, pourquoi ne pas aller plus loin en affectant un amplificateur distinct à chaque haut-parleur ? Le filtrage est alors actif : il s'effectue sur le signal au niveau ligne, avec des composants moins onéreux et des circuits qui peuvent être plus imaginatifs que les gros filtres passifs ou, mieux, « coller » aux éventuelles irrégularités des haut-parleurs afin de les compenser dans la mesure du possible. Les électroniciens peuvent affiner les courbes de raccordement, la réponse en phase (un aspect très important), adapter la courbe de réponse de l'enceinte au local grâce à des micro-interrupteurs enlevant ou ajoutant 1 ou 2 dB dans le grave ou dans l'aigu et optimiser chaque amplificateur en fonction de la voie qu'il alimente. Soit dit en passant, la charge qu'il « voit » est beaucoup plus facile à gérer qu'un ensemble de deux haut-parleurs + un filtre, dont les paramètres électriques interagissent à chaque instant. Un facteur de qualité supplémentaire! Et après tout, rien n'oblige à tout intégrer dans le coffret de l'enceinte : les gros systèmes Genelec, par exemple, rassemblent l'électronique de filtrage trois voies dans un rack, avec les amplificateurs correspondants (quelques milliers de watts en tout) : les faisceaux de câbles haut-parleur se dirigent directement vers chaque haut-parleur de la grosse enceinte encastrée.




LES ENCEINTES NUMÉRIQUES



Même si elles ne représentent, pour l'instant, qu'une très faible proportion des enceintes effectivement en exploitation, les enceintes numériques constituent un domaine intéressant à voir évoluer. Entrées numériques, bien entendu (jusqu'à 24 bits/192 kHz !), mais aussi filtrage interne numérique, contrôle/rappel à distance des paramètres, mise en réseau, passage facile d'une configuration 2.1 à 5.1, fonctions DSP pour « émuler » les particularités de tel ou tel modèle connu... Les marques Dynaudio (la gamme AIR), Tannoy, FAR ou bien Roland viennent immédiatement à l'esprit, mais il en existe d'autres. Les structures professionnelles telles que la BBC ou Radio France sont très intéressées, mais en project-studio, ces avantages sont beaucoup moins marquants. De toute façon, analogique ou numérique, un moniteur exige une qualité de composants (du bois du coffret à l'électronique), de conception et un tel savoir-faire, tant à la conception qu'à la fabrication, qu'il est impossible de descendre à des prix très bas sans concessions sur l'essentiel. Difficile, pour un système d'écoute de taille « moyenne », de descendre en dessous de 700 euros l'enceinte... Mais l'investissement est durable, beaucoup plus qu'un ordinateur ou un multieffet. Il n'est donc pas aberrant de consacrer pas mal d'argent à une « simple » paire d'enceintes ! Bien des sujets n'ont pas été abordés dans ces pages: bass-reflex ou système clos ? Caisson de graves ou non? Tweeter à ruban, à dôme inversé ? Quelles matières pour les haut-parleurs ? Comment placer les enceintes et optimiser l'acoustique de votre local ? Nous reviendrons sur le sujet dans d'autres articles. Surveillez les prochains numéros!



Franck Ernould .

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