Caractéristiques du Monacor Raptor 12"

• Impédance (Z) : 4 Ohms
• Fréquence résonance (fs) : 43 Hz
• Puissance maximale : 1500 WMAX
• Puissance nominale (P) : 1000 WRMS
• Pression sonore moyenne (1 W/1 m) : 87 dB
• Compliance susp. (Cms) : 0,07 mm/N
• Masse mobile (Mms) : 180 g
• Surtension méca. (Qms) : 9,04
• Surtension élec. (Qes) : 0,58
• Fact. surtension total (Qts) : 0,55
• Volume équ. (VAS) : 22,5 l
• Résistance DC. (Re) : 3,3 Ohms
• Facteur de force (BxL) : 16,5 Tm
• Inductance bobine (Le) : 1,1 mH
• Diamètre bobine : 77 mm
• Excursion linéaire (XMAX) : ±13,5 mm
• Surface d'émission (Sd): 470 cm2
• Poids : 13 kg

Simulation WinISD

Simulation réalisée grâce au logiciel Win ISD Beta de LinearTeam.

Paramètres de la simulation

• Haut Parleur : Monacor Raptor 12"
• Type de charge : Bass Reflex
• Volume net interne de la boîte : 65 L
• Fréquence d'accord Bass Reflex : 31 Hz

Résultats de la simulation

Gain :

Phase

Délai

Calcul de l'évent

Le calcul de l'évent s'effectue en fonction de ses dimensions maximales admissibles. Ces dernières sont les suivantes :

• Largeur de l'évent : 32 cm
• Hauteur de l'évent' : 4 cm
• Surfaces de l'évent : 128 cm²
• Longueur maximale de l'évent : 50 cm
• Diamètre équivalent de l'évent : 12,77 cm²

Les paramètres pris en compte pour le calcul de l'évent sont :

• Volume de l'enceinte : 65 L
• Fréquence d'accord de l'évent : 31 Hz
• Célérité du son dans l'air : 343 m/s

Les formules utilisées sont celles disponibles dans l'ouvrage de Dickason :

D'après ce qui précède, le diamètre minimal acceptable est théoriquement de 13.64 cm, soit environ 6,8% de plus que pour l'évent ici considéré. Ce choix est délibéré car l'utilisation d'une surface d'évent plus large entraine des dimensions trop importantes en regard de la profondeur maximale souhaitée du caisson (environ 60cm hors tout).

La longeur obtenue avec la formule qui précède est de 52cm. La valeur prévue par WinISD est de 47.2 cm. Les valeurs proposées par WinISD étant réputées globalement fiables, la construction sera effectuée pour pouvoir faire varier la longeur d'évent entre 43.0cm et 50.0cm. Les mesures permettront d'affiner cette longueur.

Résonnances parasites de l'évent

Dans un évent ouvert de longeur L et de diamètre équivalent D, on observe des fréquences de résonnances à si l'on ne tient pas compte des corrections d'extrémité et à si l'on tient compte de ces dernières.

Pour l'évent considéré, L = 47 cm et le diamètre équivalent est de 12.7 cm. Il en résulte que la première résonnance se trouvera aux alentours de 300 Hz à 360 Hz. Envisageant une coupure du caisson au maximum à 80Hz, la zone de première résonnance du tube se trouve à environ 2 octaves de la fréquence de coupure.

Avec un filtre de pente -24 dB / octave, l'atténuation de cette résonnance sera de l'ordre de -48 dB, ce qui semble suffisant. Au besoin un flitre coupe bande sera inséré en amont dans la chaîne de traitement du signal.

Vitesse de l'écoulement dans l'évent

La vitesse de l'écoulement dans l'évent, simulé par WinISD est d'environ 10% de Mach. Cette valeur est la limite haute raisonnable pour ce type d'application.

Calcul des dimensions de la boîte

Volume interne de la boite

Ce volume comprend le volume net de charge du HP, le volume déplacé par le HP, le volume de l'évent, le volume des renforts et une marge de sécurité (pour Murphy).
Les volumes pris en compte sont détaillés ci-après :

• Volume de charge : 65.0 L
• Volume déplacé par le HP : 9.0 L
• Volume de l'évent : 11 L
• Volume des renforts : 8 L
• Volume de sécurité Murphy : 5 L (~ 5% de marge)

Le volume interne de la boite est donc de 98 L. Ce volume correspond au volume d'un cube de 46 cm de côté. Considérant une épaisseur de parois de 2.2 cm, cela donne un cube de 48.2 cm de côté.

Compte tenu des contraintes géométriques, considérant que le HP doit être monté au minimum à 3 cm des bordures et l'évent à 8 cm du fond, on a comme dimensions internes minimales (H x L x P) : 48.0 x 38.0 x 51.4.

Les dimensions internes maximales acceptables (encombrement) sont 55.6 x 55.6 x 53.4, ce qui correspond en côtes externes à un cube de 60 cm de côté.

Optimisation des côtes

L'optimisation des côtes s'effectue en choisissant des côtes qui maximisent l'écart entre les fréquences de résonnance propres du volume d'air interne à la boîte. Ceci s'effectue par minimisation de la métrique suivante :

Avec fmax et fmin les fréquences de résonnances maximales et minimales, di la différence de fréquence entre la fréquence de résonnance n° i+1 et n° i, et ai l'amplitude de la résonnance n° i, d0 une valeur choisie ici arbitrairement à 10 Hz.

Les résultats de la simulation donnent comme solution optimale, au sens de la métrique précedente :

• Côtes : 48.0 x 39.0 x 53.0 (cm x cm x cm)
• Volume net : 66.216 L
• Différence de fréquence minimale entre deux résonnances : 33 Hz
• Différence de fréquence moyenne entre les résonnances : 39 Hz
• Valeur de métrique m = 1.61

Détail des fréquences de résonnance jusqu'à 500 Hz :

F (Hz)	Amplitude	Entiers (H, L, P)
323	1.000000	(0, 0, 1)
357	1.000000	(1, 0, 0)
439	1.000000	(0, 1, 0)
482	0.500000	(1, 0, 1)

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Photos

Le caisson avant finition à la peinture noire Sickens :


Une vue de l'intérieur après ajout de renforts complémentaire et de laine amortissante :



Comparaison avec la petite et la grande soeur (la planche à roulette sous le caisson a servi pour faciliter le déplacement lors des essais) :

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Rodage du haut parleur

Avant toute mesure, il est nécessaire d'assouplir la suspension du haut parleur neuf. Pour ce faire, ce dernier est soumis (à un niveau relativement important) pendant au moins 40 heures à un signal MLS filtré entre 20Hz et 80Hz. Le signal de rodage peut être récupéré ici. Cette étape est absolument indispensable à la bonne stabilisation des paramètres mécaniques du haut parleur.

Accord de l'évent

Le volume interne net maximal de la caisse est de 70 L et la longueur de l'évent réglable entre 43 et 50 cm. Le réglage de l'évent s'effectue en tenant compte des règles simples suivantes :

• A longueur d'évent constante, la diminution du volume interne augmente la fréquence d'accord.
• A volume interne constant, la diminution de la longueur d'évent augmente la fréquence d'accord.

Ainsi, si la fréquence d'accord est trop basse, on peut la remonter en diminuant le volume interne ou en racourcissant l'évent. De façon réciproque, si la fréquence d'accord est trop haute, on peut la faire diminuer en augmentant le volume interne ou en augmentant la longueur de l'évent.

Une première série de mesures est réalisée avec une longueur d'évent minimale (43cm) et un volume interne variable de 70L, 65L, puis 60L. Les mesures sont effectuées respectivement en proximité de l'évent et en proximité du haut parleur. Les courbes obtenues donnent une bonne idée du comportement de ces éléments malgré les interactions mutuelles et les résonnances de pièce.
Les maxima d'émission de l'évent en fonction du volume interne sont répartis comme suit :

Volume (Hz)	Fréquence évent (Hz)
70	27,4
65	27,7
60	28,1

On constate que la diminution du volume interne tend à diminuer le niveau sonore émis par l'évent.

La fréquence d'accord observée se situe entre 27 Hz et 28 Hz, ce qui est inférieur d'environ 10% à la valeur souhaitée de 31 Hz. Compte tenu du comportement bass reflex et considérant que l'évent ne peut être raccourci (contrainte de construction interne), le seul moyen d'augmenter cette fréquence de résonnance jusqu'à 31 Hz serait de diminuer encore le volume interne net, ce qui s'accompagnerait encore d'une diminution de l'éfficacité de l'évent. Compte tenu des différences de comprtement observées à l'écoute pour une variation de volume de 70L à 60L, il ne semble pas raisonnable de continuer à diminuer cette efficacité. Le parti est donc pris de se limiter à un volume interne minimal de 60L et à un accord plus bas que prévu. Une correction par égalisation sera utilisée pour compenser cette perte de niveau jusqu'à 30Hz.

La mesure de la réponse en proximité du haut parleur est assez peu influencée par la variation du volume interne dans la plage de 60L à 70L :

La fréquence de coupure -3dB est aux alentours de 55 Hz, ce qui est en bon accord avec les données fournies par la simulation.

Si l'on revient à la simulation en intégrant les fréquences d'accord observées, on obtient les résultats suivants :

Lorsque l'on prend la moyenne des rayonnements émis par l'évent et le haut parleur, on obtient les courbes ci-après.
Volume interne de 70 L :

Volume interne de 65 L :

Volume interne de 60 L :

Même si cette moyenne ne correspond pas à la réponse en champs libre (mesure trop proche des sources emissives et mesure effectuée en milieu résonnant) elle permet de valider le comportement de l'ensemble par rapport aux données de la simulation.

Choix d'un accord

Les différentes courbes présentées ci dessus (avec les défauts inhérents au processus de mesure et aux limitations de l'appareillage) ne permettent pas de se faire une idée claire des différences ressenties à l'écoute. Le choix d'un volume interne est donc effectué sur la base de la seule écoute ... elle même dépendante de la pièce ! Après plusieurs essais, le choix se porte sur la conservation d'un volume interne à 65L avec ajout d'un filtre de type Lowshelf de +2.5 dB entre 32Hz et 65Hz :

Résonnances d'évent

Les résonnances d'évent sont mesurées en proximité :

Deux résonnances sévères apparaissent aux alentours de 238 Hz et de 295 Hz. La courbe en bleu représente la sortie de l'évent une fois les filtres activés (correction des résonnances de pièce et coupure haute à 70 Hz). Grâce au filtre passe bas de pente 48 dB/oct, les résonnances observées sont complètement atténuées.

Bruits d'écoulement

Une mesure en sortie d'évent a des puissances variées et pour une fréquence de 28.0 Hz est effectuée pour mettre en évidence l'apparition des bruits d'écoulements dans l'évent. L'amplification du caisson est réglée sur sa valeur de fonctionnement maximale (~ 100 dB @ 28 Hz). Le signal de test est une sinusoïde pure à 28Hz de gain allant de -18 db à -3db par pas de 3 db.

A titre de comparaison, la mesure à -3dB effectuée à 56 Hz (fréquence à laquelle l'évent ne rayonne quasiment plus) donne :

L'apparition des bruits d'écoulement survient relativement rapidement. C'est une limitation majeure de ce caisson de basses. Pour améliorer ce point, une surface d'évent supérieure devrait être choisie.

Courbe de réponse in situ

Les courbes suivantes ont été réalisées pour le caisson seul, à la position d'écoute et filtré en passe bas à 70Hz et -48 dB/oct. L'égalisation en basse fréquence, destinée à minimiser les résonnances liées à la géométrie de la pièce, est activée (cf. configuration VST).

Réponse en fréquence :

Waterfall :

Réponse impulsionelle :

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