vendredi 6 novembre 2020

Casson de Basses 38cm

 

 

Casson de Basses 38cm

Dans un article précédent où je décris un amplificateur 2.1, j'envisageais la réalisation d'un caisson de basses avec un haut-parleur 30cm Gamma. Ce caisson remplacera un JBL CS1204B que j'ai utilisé jusqu'à présent pour tester l'ampli 2.1. J'en espère plus de profondeur dans le grave, plus d'ampleur.

Malheureusement le haut-parleur Gamma est en mauvais état, sa bobine frotte dans l'entrefer.

Je suis donc obligé de rechercher un autre haut-parleur. Le but recherché n'est pas de faire vibrer mon fauteuil avec des infra-basses en regardant des films d'action, mais d'écouter de la musique (opéra, rock, blues, jazz) en donnant de l'ampleur. Une fréquence de coupure basse de l'ordre de 40Hz sera amplement suffisante.

Ceci n'empêchera pas, bien au contraire, de pouvoir regarder des films en bénéficiant d'une qualité sonore haut de gamme, et plus naturelle qu'avec un ampli et un caisson home-cinéma.

D'un point de vue volume je compte me limiter à 200 litres maximum.

Par exemple, avec le Beyma 15MC500 que j'ai choisi la fréquence de coupure basse est de 42Hz pour un volume de 176 litres. On peut bien entendu descendre plus bas dans le grave avec un haut-parleur différent, un BEYMA SM115N par exemple, qui descendra à 38Hz au prix d'un volume plus élevé : 230 litres, ou un RCF L15.554K qui aura besoin de 365 litres pour descendre à 26Hz. En général le Hertz dans le grave coûte cher en volume, à moins de trafiquer la réponse électroniquement, ce que je ne souhaite pas faire.

Comme je ne m'interdis pas par la suite de recourir à un deuxième caisson de basses pour un système tri-amplifié, le haut-parleur doit pouvoir restituer proprement le bas-médium.

Les caissons de basses passifs (non amplifiés) sont rares dans le commerce. Par exemple, le JBL 3635 (photo ci-dessus) propose un haut-parleur de 46cm en bass-reflex, pour un prix de 990€.

Ce que j'envisage de réaliser est un caisson équipé d'un 38cm, pour moins de 300€.

1. Choix du haut-parleur

Dans mon cas, cette enceinte sera utilisée comme caisson de basses unique dans une installation 2.1, en combinaison avec une paire de Focal Cobalt 816S, donc elle recevra uniquement de l'extrême grave, en dessous d'environ 100Hz, mais je ne m'interdis pas une évolution vers un système à deux caissons.

Si l'on envisage une réalisation stéréo avec deux caissons de basses, le choix du haut-parleur sera probablement différent, car il devra traiter des fréquences plus élevées, jusqu'au bas médium, et la fréquence de coupure pourrait facilement se situer au delà de 300Hz, en fonction du haut-parleur de basse et médium utilisés.

Il faut dans un premier temps se fixer une taille de haut parleur qui correspond à ce que l'on désire entreprendre, en fonction de certains facteurs :

  • la qualité
  • la puissance nécessaire
  • le volume de la caisse dépendra fortement du diamètre du haut-parleur
  • les contraintes de coût, de disponibilité
  • la compatibilité avec le WAF (Women Acceptance Factor)

Pour faire son choix il est préférable de consulter les forums, quitte à y déposer une demande.

1.1. Puissance et rendement

Concernant la puissance et le rendement d'un haut-parleur il faut savoir que multiplier par 2 une puissance correspond à ajouter 3dB. Avec un rendement de 3dB supérieur il faudra donc 2 fois moins de puissance pour obtenir un niveau sonore équivalent.

Avec un haut-parleur ayant un rendement de 100dB il faudra seulement 64W pour atteindre un niveau de 118dB, un peu en dessous du seuil de la douleur. Avec un haut-parleur ayant un rendement de 97dB il faudra le double.

J'ai l'année dernière réalisé un carillon de porte MP3 diffusant des sons d'animaux. Pour obtenir la restitution correcte d'un aboiement de chien, après plusieurs essais avec un haut parleur MONACOR 10cm SPH-60X ayant un rendement de 89dB, j'ai adopté un amplificateur de 50W avec une alimentation de 24V. Avec un haut-parleur ayant 10dB de plus de rendement, un amplificateur de 5W aurait été suffisant.

1.2. Le choix

J'ai orienté mes recherches sur des haut-parleurs 38cm, car mon séjour est grand : 40m².

Voici quelques choix possibles chez Thomann, La Vitrine du Haut-Parleur, Tout le Haut-Parleur ou La Maison du Haut-Parleur. Pour chaque modèle la puissance, le rendement, la fréquence de résonance et la masse mobile sont précisés. 

En 25cm (10 pouces) :

  • BEYMA 10BR60V2 (100W, 91dB, 31Hz, 49g)
  • FAITAL 10RS350 (300W, 91dB, 40Hz, 59g)
  • SCANSPEAK 28W.8878T01 (200W, 88.5, 22Hz, 83g)
En 30cm (12 pouces) :
  • Beyma SM112/N (400W, 97dB, 40Hz, 58g)
  • Beyma 12G40 (500W, 97dB, 44Hz, 62g)
  • Davis 31TCA12W (150W, 94dB, 27Hz, 41g)
  • Faital 12FH530 (500W, 98dB, 45Hz, 67g)
  • Fostex FW305 (40W, 95dB, 25Hz, 55g)
  • JBL 2206H (600W, 95dB, 52Hz, 63g)
  • RCF L12L750 (350 W, 101dB, 62Hz, 50g)
  • Supravox 285 GMF (35W, 99.9dB, 47.8Hz, 19.7g)

En 38cm (15 pouces) :

  • Audax PR380M0 (150W, 98dB, 20Hz, 102g)
  • Beyma 15CMV2 (350W, 97dB, 49Hz, 106g)
  • Beyma 15MC500 (500W, 98dB, 46Hz, 99g)
  • Beyma SM115/K (500W, 97dB, 29Hz, 121g)
  • Fostex FW405N 40cm (50W, 92.5dB, 27Hz, 101g)
  • JBL 2226H (600W, 97dB, 40Hz, 99g)
  • RCF L15/554K (600W, 99dB, 35Hz, 91g)

J'ai choisi d'essayer un BEYMA 38cm 15MC500 qui a l'avantage d'offrir une membrane relativement légère pour un haut-parleur de ce diamètre :

Attention aux haut-parleurs Audax. Souvent il existe plusieurs versions pour le même diamètre et il vaut mieux savoir à laquelle on a affaire.Si l'on achète un haut-parleur d'occasion il est préférable de le tester avant de démarrer la fabrication. Il suffit de lui appliquer un signal sinusoïdal de fréquence fixe. On peut brancher un amplificateur sur la sortie ligne d'un PC et utiliser un générateur en ligne :

https://onlinetonegenerator.com/

On peut utiliser une fréquence de 5 à 10Hz et une puissance suffisante pour faire remuer suffisamment la membrane, afin de vérifier que la bobine ne frotte pas dans l'entrefer. Cela peut arriver avec un haut-parleur ayant été maltraité.

2. Calculs

Tout d'abord il faut vérifier que les paramètres du haut-parleur choisi sont compatibles avec le type d'enceinte visé. Pour cela il faut obligatoirement disposer de ces paramètres. Ces paramètres se nomment "Paramètres de Thiele & Small". On peut facilement en trouver leur signification comme par exemple ici :

https://www.toutlehautparleur.com/parametres-thiele-and-small

Voici un résumé :

  • Fs : fréquence de résonance
  • Re : résistance de la bobine
  • Qms : facteur de qualité mécanique du haut-parleur à sa Fs
  • Qes : facteur de qualité électrique du haut-parleur à sa Fs
  • Mms : masse mobile en grammes
  • Sd : surface de la partie émissive de la membrane
  • Rg : résistance du câblage et filtre

Dans le cas où l'on ne parvient pas à trouver ces paramètres cette base de données peut être d'une aide appréciable.

La résistance Rg peut être mesurée ou calculée. Pour cela il faut connaître la section du câble utilisé et sa longueur. Il faudra y ajouter la résistance des bobines en série avec le haut-parleur, si le filtre est passif, ainsi que la résistance de sortie de l'amplificateur. Cette valeur Rg est un paramètre qui va directement conditionner le volume de l'enceinte. Entre 0.1Ω et 0.3Ω le volume peut varier de 5%.

En version multi-amplifiée, ce qui est mon cas, aucun filtre ne sera présent entre la sortie de l'amplificateur de basses et le haut-parleur, cette résistance sera souvent inférieure à 0.1Ω.

En version passive elle sera supérieure car au moins une inductance sera placée en série avec le haut-parleur. Une inductance de 2mH peut avoir une résistance de 0.5Ω.

Avant d'entrer dans les calculs il faut déjà avoir une bonne idée de la hauteur de l'enceinte et de l'épaisseur des parois. J'ai choisi pour ma part un aggloméré hydrofuge de 28mm.

Ensuite on peut recourir à un calculateur (feuille Excel) dans lequel on va entrer les paramètres :

http://francis.audio2.pagesperso-orange.fr/Calcul_Bass-Reflex.xls 

J'ai amélioré cette feuille de calcul afin d'automatiser le calcul des dimensions de l'enceinte et des panneaux à découper (voir onglet "Évents circulaires").

Travaillant sous Linux, j'ai utilisé LibreOffice. Il est facile de l'exporter sous Excel.

La feuille modifiée est ici :

https://bitbucket.org/henri_bachetti/bass-reflex-cabinet.git

Il faut récupérer le fichier Calcul_Bass-Reflex-BEYMA-15MC500.ods (clic droit + "Enregistrer le lien sous ..." 

Le haut-parleur choisi (un BEYMA 38cm 15MC500 dans mon cas) a les paramètres suivants :
  • Fs : 46Hz
  • Vas : 131.5
  • Re : 5.7Ω
  • Qms : 8
  • Qes : 0.49
  • Mms : 99g
  • Sd : 880cm²
  • Rg : 0.1Ω

Sa courbe de réponse ne présente pas d'accident important jusqu'à 1000Hz. Il pourra donc aussi être utilisé en tant que haut-parleur grave-médium dans une enceinte classique 3 voies.

Le calculateur donne ce résultat :

Volume interne : 176 litres
Évents : 2 tubes de Ø100mm x 23cm
Fréquence de coupure basse : 42Hz

Si la longueur de l'évent est importante on peut faire deux choix : évent droit ou coudé.

Évent droit : il faudra choisir une profondeur d'enceinte suffisante. L'arrière de l'évent doit être suffisamment éloigné de la face arrière, d'au moins deux fois le diamètre des évents.

Afin de réduire la profondeur de l'enceinte, on peut couder l'évent.

Il est important de faire ces calculs avant d'acheter un haut-parleur, afin de faire un choix compatible avec ses besoins, surtout en ce qui concerne le volume et la fréquence de coupure basse.

3. Les plans

L'étape suivante est la réalisation d'un plan de l'enceinte. J'ai opté pour le logiciel LibreOffice Draw :

Comme on le voit la profondeur des panneaux haut et bas est de 1.5cm supérieure à celle des côtés, afin de pouvoir éventuellement fixer une grille de protection, un cadre sur lequel sera tendu un tissu jersey par exemple.

Cette caisse est relativement simple à fabriquer, à partir du moment où l'on dispose des panneaux déjà découpés.

Il faut prévoir des vis de 5mm de longueur suffisante. Les vis d'assemblage des faces avant, arrière, dessus et dessous doivent avoir une longueur suffisante :

  • 40mm pour des panneaux de 22mm
  • 50mm pour des panneaux de 28mm
Il faut compter une vis tous les 200mm.

Avant d'assembler les panneaux, il faut bien entendu percer des trous de 5mm avant de mettre en place les vis. Un petit lamage (fraisage conique) est préférable afin de pouvoir noyer les têtes de vis sans forcer au vissage :

Perçage + lamage

Les panneaux doivent être encollés avant assemblage.

Commencer par assembler la face avant et arrière avec un côté, ensuite l'autre côté, et terminer par les panneaux du dessus et dessous.

Certains haut-parleurs se fixent de préférence par l'intérieur de l'enceinte. Il faudra donc éviter de coller la face arrière, si l'on veut pouvoir la démonter pour changer le haut-parleur. Dans ce cas on peut doubler le nombre de vis afin d'éviter les vibrations.

Le panneau que je compte utiliser fait 28mm d'épaisseur, et a des dimensions de 2.50m x 1.25m, c'est à dire une surface de 3.12m². Il a un poids de 56Kg et va être difficile à transporter. Le revendeur peut procéder à la découpe moyennant un petit supplément.

On ajoutera un tasseau de rigidification de section carrée de 40mm entre face avant et arrière, sous le haut-parleur

Comme cette enceinte est un caisson de basses, l'intérieur du caisson ne sera pas revêtu de matériau amortissant, car les fréquences en jeu sont assez basses pour que l'on puisse s'en passer. La rigidité et le poids par contre sont primordiaux et toutes les précautions doivent être prises : parois épaisses, colle, vis, tasseaux.

Si deux de ces caisson sont utilisée dans une application classique stéréo à 2 ou 3 voies, un matériau amortissant devra recouvrir les parois internes, par exemple de la laine de feutre, ou de la thibaude.

4. Photo

Voici une photo de l'enceinte montée, sans finitions :

 

Les évents sont réalisés dans un tube PVC de Ø100mm.

A l'arrière de l'enceinte un bornier vissé sur un morceau de parquet stratifié permet d'accueillir le câble de liaison à l'amplificateur :


Il s'agit du même modèle que ceux utilisés pour l'amplificateur : www.audiophonics.fr

Un câble de 2.5mm² est utilisé pour le raccordement au haut-parleur, avec des cosses :

  • cosses à sertir 6.35mm côté haut-parleur
  • cosses à œillet Ø4mm côté bornier

5. Conclusion

Le montage de cette enceinte m'a coûté une demi-journée de travail.

Le prix de revient est relativement peu élevé :

  • haut-parleur : 153€, port compris
  • panneau de particules : 62.50€
  • bornier + cosses + câble : 5€
  • tube PVC Ø100mm : 3€

Le total est de 223.50€, auquel il faudra ajouter une finition. Un pot de laque à 20€ devrait suffire.

Il reste à procéder aux ultimes réglages :

  • ajustement de la longueur des évents
  • réglage du volume du canal basses de l'amplificateur
J'ai d'abord diminué légèrement le volume du canal basses à l'oreille, car ce haut-parleur a un rendement supérieur au précédent (98dB au lieu de 90dB).

Pour une première écoute, comme pour l'amplificateur 2.1, j'ai choisi un Opéra de Mozart, Don Giovanni. L'impression est plutôt positive, le grave est ferme, précis, beaucoup plus profond qu'avec le caisson JBL CS1204B.

Une écoute à volume élevé confirme qu'un caisson de basses est un bon moyen de soulager une paire d'enceintes équipées de haut-parleurs de petit diamètre, 17cm dans le cas de mes Focal Cobalt 816S.

Je vais avant tout roder les haut-parleurs pendant une centaine d'heures avant de procéder aux réglages et à des écoutes plus sérieuses.

En écoute domestique ce Beyma 15MC500, avec ses 500W et 98dB de rendement peut paraître surdimensionné, mais il remplit parfaitement son rôle, même à faible volume. C'est vrai qu'avec mon amplificateur de basses de 100W je le chatouille à peine.


Cordialement

Henri