Pourquoi un caisson de grave ?

A partir de la culture « Haute Fidélité », on pourrait se dire que le caisson de grave est un élément acoustique inutile car les enceintes acoustiques modernes savent parfaitement reproduire correctement les fréquences graves et ce avec une homogénéité vis à vis du médium et de l’aigu. Eh bien même en Haute Fidélité c’est une idée fausse, le caisson apporte une ampleur de l’image sonore stéréo, mais attention par n’importe quel caisson bien entendu ! ! !

En fait c’est avec l’arrivée des systèmes sonores numériques Home Cinéma ( Dolby Digital, DTS) où il existe un canal de grave spécifique, indépendant des autres canaux, capables sur certains films d’un énergie particulièrement redoutable. Dans c es conditions, il faut se rendre à la raison : le caisson de grave est désormais indispensable dans toute installation Home Cinéma digne de ce nom. Lui seul permet de reproduire correctement le niveau d’énergie dans le grave présentés par les films modernes. La présence d’un caisson de grave présente un autre avantage que peu de personnes soupçonnent- encore : puisque le grave est reproduit par un caisson indépendant, on peut soulager les autres enceintes de la reproduction de ces fréquences. Ainsi elles fonctionnent beaucoup mieux … du bas médium jusqu’à l’aigu ! Il y a moins de distorsion, notamment d’intermodulation. Mieux encore, les amplificateurs qui alimentent les enceintes sont eux aussi soulagés d’autant. Ne l’oubliez jamais : plus on descend dans le grave, plus on a besoin de développer de l’énergie, donc de la puissance, donc des watts mais aussi et surtout une alimentation (transformateur et condensateurs) conséquente …

Les techniques en présence

Le haut-parleur du caisson de grave

Généralement, un seul haut-parleur suffit dans un caisson de grave. Le plus important, c’est son diamètre : les lois de l’acoustique sont immuables, et les fréquences devant être reproduites sont basses (moins de 150 Hz), de longueurs d’ondes importants (plusieurs mètres) et nécessitent donc de brasser beaucoup d’air. Bien qu’il y ait des exceptions dues à la qualité du haut-parleur lui-même, la règle théorique est simple. Dans un caisson de grave, plus le haut-parleur est gros, plus on a de chance de le voir reproduire du « vrai » grave et du « vari » extrême grave, sans limitation et sans distorsion.  Dans le cas qui nous préoccupe, il ne paraît pas raisonnable de descendre au dessous de 25 cm de diamètre, sauf conception spéciale (passe bande à un ou plusieurs haut-parleurs : voir plus loin). L’idéal est un boomer (c’est ainsi que l’on appelle un haut-parleur de grave. Le terme woofer est aussi employé. Quant au terme « subwoofer » ou « sub », ils désignent plutôt le caisson de grave dans son entier). De 30 cm, voire 38 cm cm de diamètre. Mais évidemment le volume de charge et donc la taille du caisson, croissent en conséquence …

Dans la pratique, l’emploi d’une membrane en papier n’a rien de répréhensible. Plus important d’ailleurs est  nécessité pour le haut-parleur d’avoir une suspension périphérique permettant de grands débattements avant/arrière. Dans le grave et l’extrême grave, la membrane travaille bien plus en piston qu’en vibration intrinsèque de son matériau.

L’utilisation du haut-parleur

On distingue en acoustique plusieurs manières de charger un haut-parleur, et ce sont une fois de plus les fréquences les plus graves qui en sont la cause. Lorsque la membrane bouge d’avant en arrière, elle déplace l’air devant … et derrière elle. Si on laissait le haut parleur à l’air libre, ces deux émissions s’annuleraient en grande partie et on perdrait pratiquement tout le rendement du haut-parleur. D’où la nécessité de rendre indépendante les émissions avants et arrières. Au début, les haut-parleurs étaient montés sur de grandes planches qui servaient à isoler les deux émissions. On se doute que cela n’était pas très pratique. Alors on eut l’idée d’enfermer l’onde arrière de boomers. Et, cette méthode a encore cours aujourd’hui.

Inconvénients du bass reflex : le principe même de l’évent induit un phénomène de traînage et des bruits d’écoulement d’air qui ne sont pas négligeables. Le principe du bass reflex peut entraîner des talonnements subits (pouvant aller jusqu’à la destruction du haut-parleur) si on utilise le haut-parleur au-delà des ses capacités en puissance ou si on envoie des fréquences trop graves (inférieures à la fréquence de résonance de l’évent). Enfin d’un point de vue commercial, on peut voir des caissons bass reflex utilisant des haut-parleurs de qualité médiocre … Ils remuent beaucoup d’air, mais ne reproduisent en fait pas d’infragrave. la caisse est peu rigide, d’où phénomène permanent de « boum boum » fort désagréable (surtout en Haute Fidélité).

Avantage du passe-bande : on peut se contenter d’un haut-parleur de diamètre relativement réduit (20 cm), avec pourtant une très bonne réponse jusque dans les fréquences très basses. Les deux caissons avant et arrière sont d’un volume réduit, et peuvent être plus longs que hauts. Le rendement est assez élevé, semblable à celui d’un caisson bass reflex. Le filtrage est presque uniquement acoustique, ce qui simplifie le montage et ne peut qu’améliorer encore le rendement. Enfin, on peut aussi utiliser deux ou plusieurs haut-parleurs de faible diamètre (13 cm) en obtenant des résultats identiques à ceux d’un gris haut-parleur, mais avec une réponse sur les attaques théoriquement meilleure.

Inconvénients du passe-bande : on trouve dans ce domaine à peu près tout et n’importe quoi, à commencer  par des caissons en matière plastique qui vibrent plus que le haut-parleur interne… Mais ne généralisons pas : il existe aussi ds caissons de ce type remarquablement bien conçu. Le grave «entendu » est émis uniquement par le ou les évents. Les bruits d’écoulement d’air sont donc très sensibles. Si l’ensemble charge avant charge arrière est mal calculée, le caisson n’émet linéairement que sur une bande de fréquences très étroite, et avec un certain traînage. On le voit, cette technique est très intéressante d’un point de vue encombrement et esthétique, mais ce n’est sûrement pas la plus facile à réaliser, et donc la plus économique. Méfiez-vous donc des caissons passe-bande très peu coûteux…

Les autres techniques

Il existe d’autres techniques plus sophistiquées qui ont u, ont ou auront à nouveau leut heure de gloire. Citons-en quelques-unes pour information.

- Le radiateur passif. Il consiste à épauler le haut-parleur actif par une membrane passive qui ne «remue » que par l’intermédiaire des mouvements du haut-parleur actif. Le caisson de charge est donc obligatoirement commun et clos. Parfois le haut-parleur actif est caché à l’intérieur d’une double cloison, sinon il débouche sur l’extérieur comme le haut-parleur passif. Cette technique permet de descendre très bas dans le grave, mais son gros défaut consiste à bien maîtriser les fréquences de résonance respective des deux membranes, mais aussi et surtout dans le traînage inévitable apporté par la membrane passive.

- L’asservissement. Le principe est cette fois électronique. Un capteur placé sur la membrane, ou un mini microphone, analyse les mouvements de la membrane du boomer ou les fréquences qu’elle reproduit, et les compare en temps réel au signal effectivement envoyé en entrée. Un circuit électronique soustrait alors tout ce qui n’est pas conforme au signal originel. Cette technique idéale sur le papier se heurte à bien des obstacles en pratique : coût de la réalisation, temps de réponse de la correction, impossibilité de corriger vraiment les déplacements de la membrane d’un gros haut-parleur, en temps réel. On la trouve pourtant sur des caissons de grave haut de gamme, avec un certain succès.

- Double bass reflex, ligne acoustique, pavillon. Ce sont d’autres principes de charge qui sont aujourd’hui peu employés sur les caissons de grave du commerce, pour des raisons de complexité, d’encombrement et/ou de prix de revient. Seuls les amateurs capables de fabriquer eux mêmes leur caisson de grave s’y intéresseront.

Les éléments constitutifs d’un caisson de grave

Caisson actif ou passif ?

Il y a deux types principaux de caissons : les modèles passifs, qui ne sont finalement que des enceintes acoustiques traditionnelles spécialisées dans la reproduction du grave, et les modèles actifs, qui intègrent leur électronique, c’est à dire le filtre des fréquences et l’amplificateur de puissance. Ces derniers modèles sont les plus répandus, pour des raisons pratiques : la majorité des ampli tuners ou amplificateurs audio/vidéo n’embarque que cinq canaux d’amplification. Celui du grave doit être ajouté et le mieux est encore de l’intégrer dans le caisson à proprement dit. Cela permet aussi de prévoir un réglage de volume indépendant, un filtre de sélection de la fréquence de coupure, un réglage de phase et éventuellement un renvoi vers les enceintes gauche et droite avant, filtrées au-dessus de la fréquence reproduite par le caisson. Bien évidemment, cette possibilité a perdu son intérêt avec la récente apparition des systèmes de paramétrage des enceintes directement intégrés dans l’amplificateur.

Les réglages d’un caisson actif

Puisqu’un caisson de grave ne reproduit que les fréquences graves , autant doter en entrée d’un circuit électronique qui lui évitera de reproduire le médium et l’aigu ! Mieux encore, autant pouvoir donner le choix à l’utilisateur de régler la fréquence haute à partir de laquelle il interviendra. En pratique, un tel réglage peu aller de 50 Hz à 200 Hz. Quant à la fréquence basse de coupure, on n’y a pas accès, le caisson s’en occupe tout seul. Ce système de réglage de fréquence de coupure fait désormais double emploi avec le « Bass Managment » offert par les amplificateurs audio/vidéo les plus évolués. En effet, c’est à partir de ceux-ci que l’on détermine quelle va être la fréquence la plus haute qui sera envoyé au caisson de grave, et par voie de conséquence, quelle va être la fréquence la plus basse qui sera envoyée aux autres enceintes déclarées en « Small » (fonctionnement en bande passante limitée). Evidemment, c’est la même fréquence dans les deux cas. En réglant la coupure du caisson sur 60, on s'assure que le passage du caisson vers les enceintes ne présente pas de trou. Ensuite, superposer  les principales et le caisson créé une petite plage de recouvrement qui assure une meilleure transition entre les deux. 

On peut aussi sur tous les caissons de grave actifs régler le niveau par rapport aux enceintes. Ici aussi, ce réglage fait double emploi avec le paramétrage des électroniques Home Cinéma, d’autant que le niveau de grave peut (et doit) être différent suivant le type de décodage utilisé : Dolby Pro Logic, Dolby Digital, DTS Cinéma ou DTS music. Mais il est tout de même très agréable de pouvoir peaufiner, à l’oreille, le niveau sonore moyen délivré par son caisson de grave, d’autant que ce niveau peu subjectivement varier dans d’assez grandes proportions suivant l’emplacement du caisson dans la salle d’écoute, et suivant la nature de l’ameublement. Vous devez le régler en fonction de votre pièce, du rendement des enceintes, et de votre confort d'écoute. L'objectif étant d'entende le caisson uniquement lorsqu'il il y a des explosions et pas tout au long du film. Le plus simple c'est de positionner le bouton du niveau de coupure à mi course et de jouer sur le niveau de sortie de l'amplificateur. Cela permet sans toucher au niveau de coupure du caisson de faire un réglage Home Cinéma différent du réglage Hifi (en Hifi aussi le caisson est important, il donne plus de profondeur à l'image sonore, mais son niveau de coupure doit être plus faible qu'en home Cinéma)

Sur les modèles de caissons les plus évolués, on découvre un interrupteur repéré « Phase », avec deux positions 0 et 180°. Il faut savoir que dans une installation correctement réglée, avec tous les haut-parleurs en phase, sur un son donné, leurs membranes doivent toutes se déplacer dans le même sens : par exemple vers l’avant. A priori, il doit en être de même pour le caisson de grave. Cependant, les fréquences graves ont ceci de particulier qu’elles peuvent parfaitement se retrouver « hors phase » pour des raisons purement acoustiques, autrement dit en fonction de la position du caisson par rapport aux autres enceintes (principalement les deux enceintes latérales avant), mais également des résonance de la pièce d’écoute. Ce réglage de phase permet purement et simplement d’inverser le sens de déplacement du boomer, sur un son donné. Le réglage se fait uniquement à l’oreille, et toutes les notices diront que vous devez choisir la position à ou 180° donnant le plus de grave. Il vaut mieux conseiller de choisir la position où le grave vous paraît le plus naturel, car dans ce domaine plsu que dans tout autre, quantité n’est pas forcément synonyme de qualité…

Déclenchement automatique

Certains caissons de grave détectent automatiquement la présence d’un signal à l’entrée. Cela signifie que si, pendant un certains laps de temps, ils ne sont pas alimentés par un signal audio, ils se mettent en veille pour éviter de consommer trop de courant et de chauffer inutilement. Cette possibilité est parois agaçante : le caisson ne se déclenche pas avec un niveau trop faible, ce qui occasionne un fonctionnement heurté. L’idéal serait de pouvoir choisir le seuil de déclenchement.

Un ou deux caissons ?

On ne se pose plus vraiment la question aujourd’hui, mais pourtant elle est plus que jamais d’actualité. Un seul caisson semble plus logique puisque les fréquences graves ne sont pas théoriquement directionnelle donc pas d’effet de spacialisation, ne serait ce qu’en stéréophonique. Il n’y a qu’une seule sortie LFE, et puis un seul caisson c’est tellement plus pratique…

Pourtant, dans bien des cas, l’utilisation de deux caissons, positionnés chacun près d’une enceinte latérale avant, voire dessous, résout beaucoup de problèmes. On évite ainsi la localisation du grave (qui, quoiqu’on en dise existe bel et bien en pratique). De plus, la présence de deux sources d’émission du grave indépendante réduit le risque de résonances ponctuelles dans la pièce, les deux caissons sont moins sollicités qu’un seul pour un niveau de grave équivalent.

Alors, dans certains cas on peut se poser la question et choisir deux caissons de très bonnes qualité, mais moins encombrants et moins coûteux qu’un seul. C’est une solution qui devrait être adoptée pour ceux qui ont la chance d’avoir une salle Home Cinéma dédiée.

Quelques conseils