Line source : les cinq critères de La WST

Line source : les cinq critères de La WST dans 1 Cours Acoustique salle-pleyel-kudo-gp--112x150 Introduction

Depuis toujours, le rôle le plus important du sonorisateur a été de s’adapter aux différentes contraintes techniques, acoustiques, du lieu à sonoriser, du type de manifestation, de la zone d’audience à couvrir. Le but est toujours identique : La couverture sonore doit être la plus uniforme possible de façon à ce que tous les auditeurs entendent à peu de chose près le même message sonore. 

Pour obtenir le niveau requis en pression acoustique, la solution la plus « logique » est de réaliser un couplage ou un assemblage de plusieurs enceintes. Mais coupler différentes enceintes n’est pas forcément une solution facile. Cette multiplication de haut- parleurs ne crée pas assurément un couplage cohérent. Des interférences vont apparaître, dépendant de la fréquence et de la place de l’auditeur. Le résultat sera alors, dans certains cas, une couverture sonore irrégulière, une courbe de réponse accidentée et une portée limitée.

Imaginons un lancer de cailloux dans une étendue d’eau. Le jet d’un seul caillou provoque une onde circulaire progressive, émise à partir du point de chute du caillou. Si l’on en jette une poignée, on peut matérialiser un réseau interférentiel. La surface de l’eau est ridée et ne permet plus de déceler la forme de l’onde progressive: on est dans un champ sonore chaotique. Si on rassemble les cailloux dans un sac que l’on jette à l’eau, on trouve à nouveau une onde circulaire progressive mais de plus grande amplitude. C’est une très belle analogie donnée par Christian Heil qui à mis au point les « Lines sources »

WST  « Wavefront Sculpture Technology »

C’est cette idée de créer une source sonore ponctuelle qui a conduit au développement des principes de la WST  « Wavefront Sculpture Technology » ou sculpture du front d’onde,  dont le but était de trouver les conditions physiques pour qu’un système comprenant plusieurs hauts- parleur soit assimilable à une source sonore unique de grande dimension capable de reproduire un front d’onde continu. Dans de telles conditions, ce système de haut- parleurs pourrait être morcelé, pour des raisons pratiques de transport, en un ensemble d’enceintes identiques, pouvant être assemblées, de manière à satisfaire les critères de la WST.

Line array ou line source ?

Le line array est un réseau linéaire, un empilage vertical en ligne d’un certain nombre d’enceintes acoustiques (mot pour mot…array ensemble tableau en informatique en ligne)

Le line source Une source linéaire acoustique (dit « line source » en anglais) est un line array, dont les caractéristiques techniques des enceintes le constituant permettent un bon couplage entre elles, permettant au réseau d’enceintes de propager une onde sonore linéaire et unique, se propageant de manière cylindrique.

Selon les travaux de Christian Heil et Marcel Urban, Pour qu’un line array soit une source linéaire, il faut que l’enceinte respecte les 5 critères de la WST (Wavefront Scuplture Technology).

1et2critresarf.jpg

1 Premier critère

La surface couverte par l’ensemble des sources prises individuellement est supérieure à 80 % de la surface totale de cet ensemble de sources.

Autrement dit : la surface des différentes sources acoustiques (haut- parleurs et guides d’ondes) doit représenter au moins 80% de la surface totale de la ligne.

On parlera du facteur ARF ou Active Radiating Factor.

2 Deuxième critère

La distance qui sépare les centres acoustiques de chacune des sources appelé STEP est inférieure à la demi longueur d’onde pour la fréquence d’utilisation la plus élevée.

etudessparationdessources.jpg Niveaux en fonction de la distance séparant les sources et la fréquence.

3 Troisième critère : lissage du front d’onde

3critrefrontonde.jpg

L’ondulation du front d’onde doit être inférieure au quart de la longueur d’onde pour la fréquence d’utilisation la plus élevée : ce qui correspond à moins de 5 mm à 16 KHz. Ce critère nous explique que seule une légère courbure du front d’onde rayonné par chaque source peut être acceptée.

Chaque enceinte ayant une courbure de champ (ou front d’onde) vertical non nulle, leur empillage en ligne droite pour recréer une onde cylindrique de longue portée n’est pas parfait.

Problèmes : Le deuxième critère pose problème pour des fréquences plus élevées : à 16 KHz, l’espacement des sources devrait être de quelques millimètres

Pour obtenir un facteur ARF est inférieur à 80 % dans le cas d’éléments rayonnants adjacents (Haut- parleurs ou pavillons), cela demande des épaisseurs de matière les plus faibles possibles entre chaque élément de la ligne.

Les pavillons conventionnels ne répondent pas au troisième critère. Leur courbure du front d’onde étant en effet supérieur au quart de la longueur d’onde pour les fréquences situées au-delà de 6 à 8 KHz selon la forme du pavillon : recouvrements provoquants des interférences destructrices.

Il a donc fallu trouver une solution…

Le DOSC, Diffuseur d’Ondes Sonores Cylindriques

Diffuseur d’ondes cylindriques et diffuseur d’ondes sphériques

La solution a été trouvée avec la création du DOSC. Celui- ci génère en effet un front d’onde plan et isophase en sortie d’une ouverture rectangulaire. Ceci permettant alors un couplage cohérent jusqu’à des fréquences supérieures à 16 KHz.

La particularité de ce guide d’onde vient du fait que chaque onde sonore emprunte exactement des trajets de longueur identique créant un front d’onde plan isophase en forme de ruban à partir d’un moteur à chambre de compression tout à fait classique, celui-ci créant à la base un front d’onde plan et isophase en forme de disque.

Le problème du deuxième critère est donc résolu. Il faudra toutefois veiller lors de l’assemblage vertical de plusieurs DOSC à ce que le premier critère soit respecté. Pour cela, et comme nous l’avons déjà vu, il faudra que l’espacement (ébenisterie, jours) entre chaque enceinte soit réduit au strict minimum.

Etant donné que le brevet du DOSC est détenu par la société L Acoustics de Christian Hei, d’autres marques comme Nexo, Adamson,… ont breveté des principes similaires.

dcroissanceduson3db.jpg Le respect des critères précédents va permettre de réaliser une source sonore linéaire sur l’ensemble du spectre audio. Le résultat sera la propagation d’une onde sonore cylindrique dont l’atténuation est de 3 dB par doublement de la distance.

4e et 5e critères…

4 Quatrième critère

inclinaison.jpg Pratiquement, il faudra encore adapter l’ouverture du système par rapport à la géométrie de l’audience à couvrir en courbant le front d’onde. Il sera également nécessaire de focaliser suffisamment d’énergie vers les auditeurs les plus éloignés (angles nuls entre les éléments) et d’ouvrir davantage le système en bas de la ligne pour mieux distribuer l’énergie sur la zone la plus proche. Une courbure variable de notre source linéaire permettra donc d’optimiser la répartition de l’énergie sonore sur toute l’audience.

 Pour garder notre atténuation de 3 dB par doublement de la distance, il a été démontré que les angles d’inclinaisons entre chaque enceinte doivent être inversément proportionnels à la distance de l’auditeur.

Ce qui veut dire que plus les auditeurs sont éloignés, plus les angles de couplage entre chaque enceinte doivent être serrés.

angleproportionneldistance.jpg

5 Cinquième critère

L’angle maximum entre chaque élément du réseau doit respecter la limite suivante :

 ARF est le ratio correspondant au premier critère, STEP est la dimension verticale de chaque élément et d min est la distance minimale de l’auditeur.

Le respect de ce critère permet ainsi d’éviter l’apparition de lobes dans le champ sonore proche.

Exemple, il n’est pas pertinent d’utiliser un angle de 10° entre des enceintes qui contiennent des haut-parleurs 15 pouces (ce qui correspond à une heuteur nominale STEP d’environ 50 cm). En effet, dans ce cas l’apparition de lobes audibles (>16 dB) apparaissent dans le champ proche à des fréquences médiums/ aiguës. Pour ce type d’enceintes, l’angle maximum pour que la source linéaire puisse être efficace à partir de 10 mètres est de 5°.

Sources : Document de Christian Heil. Alain Pouillon-Guibert Sonomag n° 298.

Christian-Heil dans 1 Cours Acoustique

  

Christian Heil fondateur de L Acoustics

Christian Heil a d’abord crée une petite entreprise d’électro-acoustique : la C.HEIL.TEA. Plus tard, il fonde  la firme L-ACOUSTICS et en 1989, il  lance son MTD115, avec un haut-parleur coaxial. Puis, en 1993, Heil et son équipe lance le système V-DOSC  qui a bénéficié de la  Wavefront Sculpture Technologie.

La société propose des systèmes line source grand format comme le  KUDO, le dV-DOSC et le K1. Des systèmes modulaires :  KARA, Kiva, KILO. Des subs : SB18 et SB28.

L Acoustics V DOSC

L Acoustics propose aussi des contrôleurs amplifiés LA4 et LA8.

Controleur Amplifié L Acoustics LA8

Le logiciel : Soundvision.  Le réseau : Network Manager.

Logiciel Soundvision L-acoustics (manuel en pdf) :  cliquez ici

lacoustics.jpg  http://www.l-acoustics.com/

L-ACOUSTICS a continué à introduire d’autres produits comme le système ARCS FOCUS.  Ci-dessous 3 photos de l’installation de ce système au au théâtre de Nogent sur Marne en Novembre 2012.

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Salle Pleyel. : systèmes KUDO sur les côtés (2×6 enceintes), un DV-Dosc en cluster central (9 enceintes)  encadrés par 2 pairs de DVB-Sub.

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Photos © Chris luck

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