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Survol

Un Survol Historique

Didier de ASL-Music - (e-mail) a écrit quelques articles sur la diffusion de la puissance.
Voici un premier volet qui décrit en quelques paragraphes l'évolution de la diffusion du son des années 20 jusqu'à nos jours.


début - sonorisation - multi-amplification - couplage - d.o.s.c.

Les Débuts

La sonorisation tel que nous la connaissons aujourd'hui doit sa naissance et son essor au cinéma. Les grandes salles de cinéma des années 1920 deviennent sonorisée dans les années 1930, ce sera là le début d'une révolution qui n'est toujours pas terminée. 
Le premier système de sonorisation du cinéma date de 1927 avec le moteur Westrex 555 couplé à un pavillon, le tout placé derrière un écran de cinéma. Une méthode qui aujourd'hui est encore utilisé quelque soit le nombre de canaux. Le son monophonique sert à sonoriser la voix et les dialogues. 

Jusque dans les années 1960, les salles de cinéma sont aussi des salles de spectacles et inversement. Le besoin de salles dédiées uniquement aux spectacles a développé les salles spécialement dédiées au "music hall" les ancêtres de nos salles de spectacle modernes aujourd'hui. Première conséquence, la taille des salles de cinéma va alors se réduire. Les cinéma d'en temps utilisaient déjà un système de sonorisation de base qui équipe aujourd'hui nombre de salles, à savoir un moteur chargé par un pavillons et un HP à cône de 38 cm de diamètre. La couleur envahit l'écran, l'image s'agrandit mais le son va resté le même. A partir des années 1960, les concerts sortent des salles pour se jouer à l'extérieur. La sonorisation et la HiFi vont alors commencé une rapide évolution, laissant le cinéma sur le quai de gare. Dans les petites salles de cinéma, le film devient "intimiste".

Il faudra attendre les années 1980 pour que sonne la véritable révolution du son au cinéma. Au film d'auteur se mêlent les films spectacles (Alien, StarWars). La société Dolby modernise le son cinéma qui devient stéréo avec une voie centrale. "Tremblement de terre" annonce l'arrivée du "subwoofer", un HP spécifiquement dédié aux graves. Lentement les salles s'équipent en "Dolby". Georges Lucas, le réalisateur de StarWars invente la norme THX reposant sur un cahier des charges, extrêmement détaillé, qui allait jusqu’aux plans des enceintes et caractéristiques des composants les constituant. Quant au filtre (actif), il était fourni par Lucas films en location.

Le son au cinéma :

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La Sonorisation

Le 15 août 1965, les Beatles se produisent au Shea Stadium de New York devant 60 000 personnes. C'est d'ailleurs le premier concert dans un stade. La sonorisation de ce concert passe par des amplis de 100 W (on était à 30 peu de temps avant) rapidement couvert par les cris des fans venues plutôt "voir" ces artistes que les "entendre". La diffusion reposait sur des colonnes de 2 m répartis autour du terrain du stade et orientés vers le public, le premier "line array". Le Line array était déjà largement utilisé pour sonoriser les lieux publics et les salles de conférences. Bien que la courbe de réponse ne rivalisait pas avec ce que l'on fait aujourd'hui, il suffisait pour les applications courantes (musique d'ambiance et voix). L'association de HP en colonnes favorisent en effet la portée en favorisant la directivité verticales des fréquences moyennes et aigus. Malheureusement le concept du Line array ne retient pas l'attention des ingénieurs préférant le laisser aux applications vocales. L'enceinte est pour ces derniers une source ponctuelle, un point de source. L'idée du réseau ou array n'a pas encore germée.

Dès la fin des années 1960 se créent les premières compagnies de son (par exemple WEM, Bob Heil, etc). Les artistes ne voyagent plus avec leur sono, ils la loue. Chaque compagnie fabrique alors son propre système de diffusion sonore. C'est l'aire des châteaux. On empile les grosses enceintes, les moyennes et les petites. Les constructeurs suivent JBL, EV, Turbosound, Martin Audio etc

Le pavillons à directivité constante est crée en 1973 par Electro Voice pour le cinéma. Pour la première fois le son a le même timbre dans l'axe et en dehors. Altec et JBL suivront par la suite.

La multi-amplification

Dans une enceinte "classique" chaque HP est précédé d'un filtre dit passif composé de bobines, capacités et résistances chargés de répartir les bandes de fréquences correspondantes. Un amplificateur alimente le tout. Ces filtres induisent des différences de phases et une perte de puissance par échauffement nécessitant une grosse amplification.

La multi-amplification consiste à séparer les différentes bandes de fréquences destinées aux HP avant l'amplification. On découpe ainsi le spectre en deux, trois ou quatre bandes avec autant d'amplificateur.

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Première conséquence, on utilisera une amplification dédiée à chaque bande de fréquence, de gros amplificateur pour les graves et de petits pour les aigus. 
La fréquence de coupure entre les bandes pourra être ajusté en fonction des HP et des conditions d'écoute. 
Les pentes de coupures limités à 18 dB par octave sur un filtre passif sont maintenant à 24dB sans problème de rotation de phase.
Il en résulte un son plus ample, la possibilité d'égaliser différemment les canaux pour avoir un son plus riche en harmonique. Autre facteur important, la multi-amplification réduit l'inter modulation, c'est à dire le mélange des fréquences, les fréquences grave modulé par le médium-aigu et inversement.

Milieu des années 1980, Clair Brothers et JBL tentent le concept "compact" tout en un. Une seule enceinte pour tout le spectre, utilisable seule ou par paire voire en mur. 
L'empilage mécanique était de mise, mais le résultat était quelque fois catastrophique. Le couplage des différentes enceintes par bandes de fréquences devenait le casse tête des sonorisateurs. Hormis le grave qui s'accommodait bien de l'empilage, le résultat en médium-aigu variait d'une prestation à l'autre même si tout était en phase.
Au milieu des années 1980 sont apparus des techniciens, des chercheurs, des concepteurs dont le but étaient de relever le défi du couplage d'enceinte afin de pouvoir les louer à des prestataires qui n'avaient pas le temps de fabriquer eux même leur système de son. Des pionniers comme Eric Vincenot, Christian Heil et d'autres se sont mis au travail et c'est finalement Heil qui déposera le premier son brevet sur le DOSC, le diffuseur d'ondes sonores cylindriques, le premier Line array modulaire et de grosse puissance.

Couplage des Pavillons Acoustiques

La couverture sonore d'une salle, d'un lieu de spectacle afin d'arroser le maximum de personnes passe par l'utilisation de plusieurs haut parleurs surtout dans le registre aigu. L'association de plusieurs "trompettes" ou pavillons peut se faire selon plusieurs schémas, la mesure seule permettant de trouver la bonne disposition. Le montage de deux trompes, leur accouplement pour éviter les interférences se fera comme si dessous.

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L'angle que font les axes principaux des trompes a grande importance. L'expérience montre qu'il doit être grand. Dans le schéma préconisé, les deux plans verticaux de radiation ne se confondent pas. Il y a création d'interférences, les deux pavillons étant dirigés dans la même direction mais écartés l'un par rapport à l'autre. Une solution possible est de décaler un pavillons par rapport à l'autre pour superposer les plans de diffusion. Dans ce cas là, les interférences sont éliminées, mais la pression acoustique est élevée dans les axes communs.
La disposition de pavillons cote à cote, souvent utilisé pour réaliser des clusters, est à déconseiller car générant des interférences acoustique. L'angle des enceintes trapézoidales est en effet inférieur à l'angle de diffusion des pavillons. Pour les pavillons multicellulaire ou à dispersion constante, il est préférable de coupler les pavillons mitoyens suivant leur angle nominal. Dans ce cas là, il n'y a aucune interférences, car la dispersion de chaque pavillons est bien celle de son angle nominal. La zone intermédiaire non couverte devient négligeable dès lors que l'on se trouve à une distance d'écoute normale. L'usage de pavillons à directivité constante permet de meilleurs résultats notamment lorsque l'on désire une grande dispersion horizontale. Si l'on désire une grande pression acoustique, il faut utiliser soit des moteurs avec des pavillons à ouverture nominale très étroite que l'on couplera en nombre afin d'avoir l'angle de couverture souhaité ou coupler plusieurs moteurs sur un seul pavillon.

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Le D.O.S.C

Le Diffuseur d'Ondes Sonores Cylindriques
L'association de plusieurs systèmes de diffusion d'ondes sonores est générateur d'interférences dans leur bandes de fréquences respectives. Principales conséquences, le son n'est plus homogène en réponse, l'énergie se perd rapidement, les fréquences médiums et aigus  sont rapidement atténués et enfin l'équilibre tonal et la régularité de la réponse sont manquant. L'association de pavillons selon leur angles nominaux de dispersion a comme principal inconvénient de n'être adapté qu'au longue distance. En 1988, Christian Heil présente son DOSC, diffuseur d'ondes sonores cylindriques. La particularité de ce système est que l'expansion du front d'onde, lorsqu'il se propage, se produit dans une seule direction, horizontalement, sa hauteur restant constante. La première version du système était l'Incrémental.
L'intensité sonore est inversement proportionnel à la surface du front d'onde. Lorsqu'il s'accroît dans les deux directions (propagation sphérique), l'atténuation du niveau sonore avec la distance est de 20 log D/ Do (D, distance d'observation, Do, distance de référence), soit 6dB par doublement de la distance. Lorsque le front d'onde se propage en mode cylindrique, l'atténuation n'est que de 3 dB par doublement de la distance (10 log D/Do).

Le système à ondes cylindrique est beaucoup plus performant qu'un système "traditionnel" à puissance identique en terme de portée. De plus, plus de problème de couplage, il suffit de les empiler jointivement verticalement, ce qui accroît la hauteur du front d'onde cylindrique. Petit inconvénient, l'utilisation en clusters suspendus est délicate du fait de la hauteur constante du champs sonore. Il est plus facile de les utiliser au sol.
Si l'on empile des sources sonores en réseau selon un pas régulier, le STEP, lorsque la longueur d'onde devient plus petite que ce STEP, les ondes sonores produites par ce réseau se propagent mal avec une atténuation exponentielle. La fréquence de coupure théorique F lim au delà de laquelle le réseau devient cohérent est exprimé par 1/ 3 STEP (en mètres). En dessous, le réseau est assimilable à une source sonore unique continue ayant les dimensions de l'empilement. Ceci est valable pour les HP à radiation directe et aux compressions. 
Par exemple, un ensemble de pavillons de 30 cm de hauteur empilés ne génère un front d'onde cohérent que jusqu'à 1,1 kHz. Au delà, le spectre devient incohérent avec une réponse très accidentée, une balance tonale qui favorise les fréquences basses, une directivité mal contrôlés et la création d'un réseau d'interférences destructives.
Au delà de F lim, pour générer un spectre sonore cohérent à partir de sources multiples, il faut assembler jointivement des sources planes et isophases. Le STEP devient zéro et F lim devient infinie. Une source plane, continue et isophase est assimilable à une infinité de sources minuscules et jointives. En superposant plusieurs sources de ce type, on réalise l'équivalent d'un ruban continu. Sous certaines conditions, ce type de source génère une onde sonore cylindrique.

L'intensité acoustique décroît comme l'inverse du carré de la distance et la structure du champs se compose du champs proche dit de Fresnel qui est directement en contact avec la source et le champs lointain dit de Fraunhofer, la limite étant définit par la formule H2F/680, H étant la hauteur de l'enceinte et F la fréquence. Dans ces zones, les champs sonores sont très différents. Pour le DOSC, le champs proche est caractérisé par un front d'ondes cylindriques, une intensité acoustique variant comme l'inverse de la fréquence, une couverture spatiale définie par la hauteur et l'angle de l'empilement. En zone lointaine, les caractéristiques sont un front d'ondes sphérique, une intensité variant comme l'inverse du carré de la distance, une couverture définie par les angles de site et d'azimut. Dans le concret, avec le DOSC, pour un empilement à 1,6 m, on a une distance limite zone proche, zone lointaine de 4 m pour une fréquence de 1 kHz et 38 m à 10 kHz. Pour un empilement de 3,2 m, ces valeurs sont de respectivement 15 et 153 m! Avec le DOSC, la zone d'audience est en zone proche alors qu'avec un système traditionnel, on était déjà en champs lointain. Comparativement, la mesure des niveaux donne l'avantage au DOSC avec un doublement de niveau à 25 m, 10 dB à 100 m et 13 dB à 200 m par rapport à un système classique.

Avec le DOSC, la propagation des fréquences élevées est meilleure ainsi que le niveau général puisque la limite de zone est très élevée. Conséquence, l'équilibre tonal s'accroît avec la distance accentuant les fréquences aigus compensant l'absorption naturelle de l'air. Avec un système classique, l'égalisation est presque impossible car la courbe de réponse varie selon l'endroit d'écoute et la distance. Avec le DOSC, l'empilement des sources permet d'augmenter la hauteur de la source sonore qui se comporte comme étant unique. Plus on empile plus on recule la distance limite entre la zone proche et lointaine, préservant l'énergie acoustique. L'absence d'ouverture angulaire du DOSC permet de "tirer" sur une zone particulière comme un laser. En modulant la puissance de chaque source, on peut aussi adapter le niveau acoustique à chaque point d'écoute.
Malgré une mise en oeuvre et un réglage délicat, le DOSC permet en générant des ondes sphériques d'avoir un couplage parfait, une cohérence du front d'ondes à toutes les distances, un redressement des aigus à grande distance, une très grande portée et une délimitation précise de la couverture sonore dans l'axe vertical.

À gauche : empilement de deux sources sorores, produisant un front d'ondes cylindrique, mais les champs sonores restent séparés.
À droit : empilement de deux sources sorores, produisant un front d'ondes spérique, et les champs sonores interfèrent entre eux à partir d'une certaine distance.

Cet article est inspirés en partie des excellents articles de Alain Pouillon-Guibert (arphonia.com), publié dans Sono-Mag.

À suivre....

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© ASL Music 2003

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