Tout sur la technologie QSC Directivity Matched Transition


Dans l'histoire de l'audio professionnel, l'introduction par QSC de la technologie Directivity Matched Transition® (DMT™) compte parmi les innovations charnières qui ont changé à jamais la façon dont le public fait l’expérience du son. Pour bien comprendre ses avantages, et pourquoi le DMT est un élément fondamental de la conception des enceintes QSC, commençons par rappeler quelques principes fondamentaux de la physique du son.

Espace de rayonnement

Le son se propage dans l'air de différentes manières selon les fréquences, et comme indiqué ci-dessous : du rayonnement omnidirectionnel à basse fréquence à une propagation hautement directionnelle à haute fréquence. Entre ces deux extrêmes, le comportement suit un modèle qui évolue lentement en fonction de la fréquence. Comme nous allons discuter de la conception des enceintes, nous devons garder cela à l'esprit.

Illustration 1. – Le rayonnement sonore se comporte différemment en fonction des fréquences.

Couverture du transducteur grave d’une enceinte

Dans une enceinte typique à deux voies, le transducteur grave et le transducteur aigu se partagent la tâche de reproduire l'ensemble du spectre audio. Tout transducteur grave présente un comportement de rayonnement totalement omnidirectionnel de la plus basse fréquence qu'il peut reproduire jusqu’à environ 400 Hz. À partir de ce point, le rayonnement sonore devient progressivement directionnel (en forme de cône). Maintenant, à la fréquence de coupure où le transducteur aigu (et son pavillon associé) prend le relais (généralement entre 1 et 2,5 kHz), la couverture conique du transducteur grave est plus étroite. Ici, la taille de la membrane conique du transducteur grave détermine le comportement réel du rayonnement. Pour une fréquence de coupure donnée (disons 1 kHz avec une longueur d'onde de 34 cm / 13,4 pouces), dès que la longueur d'onde rayonnée est inférieure à la taille de la membrane conique du transducteur grave, le son devient fortement directionnel. Par conséquent, à 1 kHz, la membrane conique d'un transducteur grave de petit diamètre (inférieur à 34 cm / 13,4 pouces) sera moins directionnelle qu'une plus grande membrane (diamètre égal ou supérieur à 34 cm / 13,4 pouces).

Cependant, de nombreuses conceptions d’enceintes ignorent ce phénomène acoustique et ne mentionnent que la couverture du pavillon haute fréquence dans leurs caractéristiques techniques. C’est trompeur, car la couverture annoncée n'est pas atteinte sur la bande passante essentielle des médiums, sensible à l'oreille, qui s'étend en dessous de la fréquence de coupure. En réalité, une transition fluide et directionnelle du transducteur grave au pavillon fait toute la différence. Une couverture bien conçue permettra une égalisation correcte des enceintes et une reproduction équilibrée une fois celles-ci placées dans des pièces réelles.

Quand on conçoit une enceinte à deux voies, la première étape consiste à comprendre comment se comporte la couverture du transducteur grave sélectionné, en répertoriant la directivité naturelle de chaque taille et modèle de transducteur grave (exemples dans les illustrations 3, 5 et 6 ci-dessous).

Conception traditionnelle de pavillon et couverture

Les concepteurs d’enceintes utilisent depuis longtemps des pavillons de forme rectangulaire pour diriger efficacement les hautes fréquences et de couvrir la zone du public. S'il est vrai que ces pavillons peuvent assurer un certain contrôle de la couverture à de hautes fréquences (généralement au-dessus de 4 à 8 kHz) où la largeur et la hauteur du pavillon sont plus grandes que les longueurs d'onde rayonnées par le transducteur aigu, des problèmes apparaissent aux fréquences médium où les dimensions du pavillon, en particulier la hauteur, sont maintenant plus petites que les longueurs d'onde qu'ils tentent de guider (autour de 1 à 3 kHz).

Lorsque la hauteur du pavillon est très faible, le contrôle de la directivité verticale des fréquences aigues les plus basses se dégrade plus tôt que le contrôle de la directivité horizontale, ce qui crée une reproduction sonore hors axe incohérente en fonction de la fréquence, communément appelée coloration sonore hors axe.

Illustration 2. La directivité d'une enceinte comprenant un transducteur grave de 12 pouces combiné à un pavillon aigu de 90° x 50° présentant un comportement de directivité incohérent au-dessus de 1 kHz (fréquence de coupure).

Par conséquent, si l'on essaie d’associer un pavillon traditionnel (90° x 50°) avec un transducteur grave de 8 ou 12 pouces en utilisant la même fréquence de coupure, on obtient des résultats très différents. Avec une directivité moins étroite à la fréquence de coupure, les petits transducteurs grave ont une couverture large (90°- 105°), tandis que les transducteurs grave plus grands ont une directivité plus étroite (60°- 75°). Ces caractéristiques de couverture de transducteur grave/pavillon ne sont pas équivalentes dans les plans vertical et horizontal.

De plus, si seule la largeur du pavillon et sa directivité horizontale associée correspondent à la couverture intrinsèque du transducteur grave, mais pas sa hauteur, la réponse verticale hors axe qui en résultera sera désagréable et la réponse en puissance de l’enceinte (1) dégradée. L’illustration 3 ci-dessous montre une enceinte conventionnelle dotée d'un transducteur grave de 12 pouces avec un pavillon aigu de 90° x 50°, où la couverture du transducteur grave est proche du rayonnement pistonique jusqu'à 1 kHz. Si la directivité horizontale est assez bien contrôlée (avec des problèmes résiduels entre 1 et 3 kHz), le contrôle de la directivité verticale est perdu au-dessus de 4 kHz.

Illustration 3. Largeur de la couverture du faisceau d'une enceinte conventionnelle en fonction de la réponse en fréquence (transducteur grave de 12 pouces avec pavillon aigu de 90° x 50°). La ligne verte montre la directivité naturelle du transducteur grave de 12 pouces.

Grâce à une meilleure compréhension de la physique des transducteurs mentionnée ci-dessus, QSC a développé des conceptions exclusives, qui déterminent la fréquence de coupure optimale en fonction du transducteur aigu, en le montant dans un pavillon dont la géométrie et la directivité correspondent parfaitement à la couverture du transducteur grave à la fréquence de coupure sélectionnée.

Comment fonctionne le DMT ?

Le DMT permet à la forme du pavillon d'adapter l'angle d’ouverture du transducteur aigu à l'angle d’ouverture du transducteur grave à la fréquence de coupure, ce qui apporte des avantages sonores considérables.

En fait, les pavillons DMT font correspondre la largeur et la hauteur du guide d'onde à la couverture du transducteur grave à la fréquence de coupure, afin d’obtenir une réponse hors axe très régulière, et une réponse en puissance optimisée, ce qui dispense, dans la plupart des cas, d’appliquer une égalisation aux enceintes une fois placées dans une salle.

Illustration 4. La directivité d'une enceinte QSC comprenant un transducteur grave de 12 pouces combiné à un pavillon aigu DMT (75° x 75°) montrant un comportement de directivité cohérent de la fréquence de coupure de 1 kHz jusqu'aux hautes fréquences.

Un autre aspect intéressant est que les transducteurs grave plus petits ont généralement une sensibilité plus faible (2), mais en même temps, leurs pavillons DMT adéquatement adaptés rayonnent l'énergie sonore sur une zone plus large, et donc la sensibilité dans l'axe de leurs pavillons est proportionnellement inférieure. Les grands transducteurs grave possèdent, eux, une sensibilité plus élevée, mais leurs guides d'ondes DMT plus étroits ont également une sensibilité dans l'axe proportionnellement plus élevée. Ainsi, la technologie DMT améliore considérablement la qualité de la reproduction sonore, dans et hors axe, sans compromettre la sensibilité et l'efficacité globales de l’enceinte.

L’illustration 5 ci-dessous présente une enceinte QSC dotée d'un transducteur grave de 10 pouces associée à un pavillon aigu DMT de 90° x 90°. Le critère de conception de largeur de faisceau est indiqué en orange, où le modèle de couverture naturelle du transducteur de 10 pouces est utilisé jusqu'à 1,5 kHz. À cette fréquence, il est nécessaire de passer au transducteur H aigu F, car le transducteur grave ne peut plus reproduire les longueurs d'onde nécessaires. Comme le montre le graphique, la largeur de faisceau correspondante à 1,5 kHz est de 90 degrés, ce qui définit le critère de couverture pour la conception du pavillon.

Les directivités horizontales et verticales mesurées sont également présentées pour illustrer à quel point elles correspondent aux critères de conception ciblés.

Illustration 5. Largeur de la couverture du faisceau de l’enceinte QSC en fonction de la réponse en fréquence (transducteur grave de 10 pouces avec pavillon aigu DMT de 90° x 90°). La ligne orange montre la directivité naturelle du transducteur grave de 10 pouces jusqu'à la fréquence de coupure de 1,5 kHz où la directivité ciblée, constante à 90 degrés, est indiquée.

Dans l’illustration 6, la ligne noire montre la directivité d'une enceinte conventionnelle de 15 pouces à deux voies avec un pavillon rectangulaire de 100° x 60°. En dessous de la fréquence de coupure de 2,2 kHz, la couverture se réduit à 50 degrés (soit 25 degrés de part et d'autre de la réponse dans l'axe), tandis que la couverture au-dessus de 2 kHz s'élargit à 100 degrés.

Illustration 6. Largeur de la couverture du faisceau des enceintes en fonction de la réponse en fréquence (la K8.2 de QSC possède un transducteur grave de 8 pouces, la K10.2, un 10 pouces et la K12.2, un 12 pouces). La ligne noire montre la couverture d'une enceinte conventionnelle de 15 pouces à deux voies avec un pavillon rectangulaire de 100°x 60°.

Considérons la conception d'une enceinte conventionnelle et voyons quelles sont les implications pour le public, en particulier pour les auditeurs hors axe par rapport à l’enceinte. Les auditeurs placés à 30 degrés hors axe entendront beaucoup moins de médiums que ceux dans l'axe. Une conséquence évidente et courante de cette perte de médiums est le manque d'intelligibilité. Vous avez déjà entendu une annonce ou un discours à fort volume, mais vous aviez quand même du mal à comprendre ce qui était dit. La cause était probablement une chute du niveau des médiums hors axe. Bien sûr, l'ingénieur du son pourrait égaliser le système de sorte que l’enceinte reproduise davantage de médiums pour compenser cette perte hors axe. Mais, en procédant ainsi, à ce moment, les auditeurs situés dans l'axe entendront un excès significatif de médiums ; une sensation très désagréable. Le déséquilibre de la reproduction sonore dans et hors axe ne peut être compensé sans créer davantage de compromis. La solution doit provenir de la conception de l’enceinte elle-même.

Les enceintes Série K.2 de QSC (comme de nombreux autres modèles QSC) sont dotées de transducteurs grave et de pavillons haute fréquences parfaitement assortis. Le transducteur grave de 8 pouces de la K8.2 couvre 105 degrés à la fréquence de coupure et la conception du pavillon est donc basée sur ces critères. Les K10.2 et K12.2 respectivement font également correspondre la couverture naturelle de leurs transducteurs grave à la directivité du pavillon. Par conséquent, ces enceintes ne présentent aucune discontinuité dans la couverture des médiums et les auditeurs situés dans l'axe et hors axe entendent la même chose, un son équilibré.

Conclusions

Tous les transducteurs grave d’enceinte ont une large couverture aux basses fréquences qui se rétrécit à mesure que la fréquence augmente. De nombreuses conceptions d’enceintes ignorent ce principe acoustique et seule la couverture du pavillon haute fréquence est mise en avant. En réalité, une transition graduelle de la directivité entre le transducteur grave et le pavillon est importante pour obtenir une couverture cohérente du public à toutes les fréquences. Le principe directeur de QSC concernant la couverture des enceintes est appelé Directivity Matched Transition® (DMT™), qui fait correspondre l'angle d’ouverture du pavillon haute fréquence (ou directivité) avec l'angle d’ouverture du transducteur grave à la fréquence où l’enceinte passe du transducteur grave au transducteur aigu. Les avantages sonores sont évidents, tant pour les auditeurs dans l'axe que pour les auditeurs hors axe. Bonne écoute avec les enceintes QSC.

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Notes:

(1) Réponse en puissance d'une enceinte : c'est la somme de l’énergie acoustique totale rayonnée par une enceinte, mesurée dans une sphère autour de l’enceinte à plusieurs intervalles successifs dans et hors axe dans le champ lointain (réverbérant).

(2) Sensibilité d'un transducteur : mesure de la relation entre la puissance électrique qui lui est fournie et la pression acoustique générée en sortie (niveau SPL). Exemple 87 dB (1 watt/1 mètre).

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