DIFFUSEUR - Remplacer les puits par des bâtons, une solution efficace ?

Publié le : 02/09/2020 11:19:03
Catégories : DIFFUSEURS , FORMATION ACOUSTIQUE

En matière de diffuseur, les "experts" ont tendance à s'accorder sur la supériorité des conceptions à puits face à celles à bâtons. Cependant, mes recherches m'ont amenées à conclure que selon le type de séquence et l'effet recherché, l 

Après avoir sélectionné les diffuseurs (générés aléatoirement par le "Mersenne Twister") qui ont des propriétés supérieures aux modèles QRD, PRD, LSD et PWRD selon les prédictions de mon analyseur par "force brute", j'ai donc tenté de décrypter les similitudes de leur conception dans le but de définir les facteurs nécessaires pour la meilleur diffusion possible.

J'ai tout d'abord commencé par effectuer ce travail avec des diffuseurs à base de cellules en puits pour le comparer ensuite avec les mêmes diffuseurs en version "pseudos cellules" à bâtons. Et contre toute attente, les 10 meilleurs diffuseurs à véritable cellules à puits, disparaissaient du top 20 lorsque leur conception était à base de "pseudos cellules" à bâtons.

Ici, le présent dossier n'a pas pour but d'exposer les centaines d'analyses brut de mon étude, mais de démontrer de manière didactique les facteurs que je pense être déterminant pour la conception du meilleur diffuseur.

QRD PRD LSD 1D 2D Diffuseur best Diffusor

Le graphique ci dessus est issu du logiciel de conceptualisation et de prévision acoustique que je développe, la modélisation 3D se fait par un plugin d'implémentation dans google sketchup. Il représente ici 3 types de séquences de diffuseurs, la première ligne représente La version 1D en Puits (à gauche) et à bâtons (à droite) d'une séquence type basée sur le nombre premier 7. La deuxième ligne représente la version 2D de la séquence utilisant comme base le nombre premier issu de l'opération 7x(7-1)+1=43 soit un total de 42 cellules formées par 6 colonnes et 7 lignes. La troisième ligne représente une version simplifiée de la séquence afin d'obtenir le même nombre de colonnes et de lignes, ici 7x7 soit 49 cellules. La troisième lignes de la colonne tout à droite est vide car il n'existe pas de séquence LSD simplifiée "officielle" (Lüke Sequence Diffusor).

La première problématique la plus contraignante que je mentionnais dans le chapitre précédent, est indéniablement le fait que les conceptions à base de puits (cellules) sont complexe à réaliser, car elle nécessite la construction de parois pour pouvoir y loger un fond de puits. De plus, il est à noter que les parois doivent être les plus fines possible afin de limiter l'ampleur de la réflexion spéculaire qui se crée sur les tranches exposées. Par conséquent, bien que la conception de cellules en puits soit indéniablement la meilleure sur le plan temporel d'un point de vue théorique, les remplacer par de simples bâtons permet de grandement simplifier la réalisation de la structure et d'ainsi donner l'opportunité de multiplier de façon considérable le nombre de "pseudos" cellules.

diffuseur qrd 2D a puit diffusor well

3 diffuseurs 2D à puits et à séquence QRD simplifiée et modifiée.
A gauche, en 7 colonnes et 7 lignes https://www.thomann.de/fr/the_t.akustik_pro_series_cg_diffusor.htm 
Au milieu, en 7 colonnes et 7 lignes https://hofa-akustik.de/en/modules/diffusor
A droite, en 8 colonnes et 8 lignes http://www.rpgeurope.com/products/product/omniffusor.html

diffuseur puits vs batons cells vs sticks diffusor

2 diffuseurs de 60cm par 60cm. Le diffuseur de gauche est un QRD 2D simplifié en 7 colonnes et 7 lignes pour 49 cellules, le diffuseur de droite est issu d'une séquence prototype PSD version 1 by Andy Mac Door en 30 colonnes et 30 lignes pour 900cellules.

Concrètement, si l'on observe le marché en 2020, le meilleur diffuseur à véritables cellules est composé d'une cinquantaine de puits pour une structure de 60cm par 60cm. Alors que pour ces mêmes dimensions, le meilleur des diffuseurs à bâtons (créé par votre cher rédacteur) est composé de 900 "pseudos" cellules.

De ce fait, bien que l'efficacité de diffusion sur un plan temporel d'une "pseudo" cellule créée par des bâtons soit bien moins grande qu'une conception à véritable cellules entourées de parois pour former des puits, la conception à bâtons permet simplement de "contourner" cette infériorité en multipliant de façon considérable le nombre de bâtons et donc de "pseudos" cellules.

Ici, dans cet exemple, la conception bâton à 18 fois plus de "pseudos" cellules que le diffuseur à vrais puits. De plus la largeur et l'épaisseur de ces bâtons étant 4 fois plus petites que la largeur des cellules du diffuseur à véritable puits (de cet exemple), font que ce diffuseur à bâtons agit sur une plage de fréquences bien plus large vers les aigus et sur un plan temporel de façon bien plus homogène (décroissance énergétique linéaire).

Aussi, les conceptions à bâtons ont en général l'avantage de moins souffrir des corrélations de phase qui se produisent lorsque deux ondes (ou plus) réfléchies par des puits s'interfèrent.

Cette réduction de corrélations de phase par rapport aux diffuseurs à puits se manifeste par les "pseudos puits" qui se crées entre plusieurs bâtons. Etant, de formes et de tailles variées contrairement au diffuseur à puits ayant exactement les mêmes formes, les lobes d'énergies renvoyées sont pratiquement tous différents les uns des autres et ont ainsi moins de "chance" d'être corrélées.

Cependant, la séquence joue un rôle absolument primordiale sur ce point. Et puisqu'il est bien plus simple de prévoir les corrélations de phase avec un modèle avec des cellules de la même forme comme ceux des modèles à puits, force est de constater que malheureusement les meilleurs séquences de diffuseurs ont toutes été développées et simulées avec ce modèle théorique, sous-entendant à tord quelles sont tout aussi efficace pour des modèles à bâtons, ce que mes simulation BEM m'ont parfaitement démontré.   

Ici, dans cette simulation de type "bac à ondes" (animation ci-dessus), on peut observer le phénomène de dispersion (scattering) et de décroissance énergétique d'une onde sonore d'incidence 0° (de face) qui se heurte à différentes conceptions de diffuseurs. La première colonne intitulée RS (Réflexion Spéculaire), sert à donner un élément de comparaison avec ce qui se produit avec les diffuseurs des autres colonnes en montrant la réflexion spéculaire qui se produit par un objet plein de la même taille. Dans ces exemples, on observe que les modèles à bâtons ont un champ diffus légèrement plus lisse que les conception à puits. Ce qui évoque que "l'effet de peigne" (pics et creux, captés au point d'écoute) sera moins marqué à un point d'écoute avec des diffuseurs à bâtons que des diffuseurs à puits (faites pause pour observer cette différence, le "lissage" se traduit par une "image" légèrement plus floue).

Ci-dessus, la simulation montre une onde sonore d'une incidence de 45° par rapport au diffuseur. Le phénomène de "lissage" par les diffuseurs à bâtons est encore plus présent, ce qui est une bonne chose, cependant les conceptions bâtons ont beaucoup plus de difficultés à emmagasiner l'énergie du front de l'onde sonore qui effleure le diffuseur (faire pose à la onzième seconde).



Les animations ci-dessus et ci-dessous, sont ni plus ni moins qu'un découpage des animations précédentes pour mettre en valeurs la capacité d'emmagasinage de l'énergie de l'onde sonore qui heurte le diffuseur. Et sur ce point, il est parfaitement indiscutable que les diffuseurs à puits ont une capacité bien supérieure aux conceptions bâtons. Ici, les diffuseurs à puits ont une capacité presque 3 fois plus grande que les conceptions bâtons. Par conséquent, les diffuseurs à vrais puits produisent une décroissance énergétique bien plus efficace que les conceptions bâtons. Ainsi, il est raisonnable de penser que les diffuseurs bâtons doivent avoir des cellules (bâtons) 3 fois moins large que celles des conceptions à puits pour espérer obtenir des résultats similaires, mais une fois de plus, tout dépend de la séquence, car pour se faire, il faudrait que la différence de hauteurs qu'il y a entre les bâtons soit suffisamment grande pour créer un "pseudo puits" de profondeur convenable.




En conclusion, nous pouvons dire que les conceptions bâtons produisent des réflexions légèrement moins franches (plus douce) que celles des conceptions à puits ce qui est une bonne chose. Cependant, les conceptions à puits sont largement supérieures d'un point de vue temporel, ce qui se traduit par une décroissance énergétique plus longue. Aussi, les séquences populaires comme celles des QRD et des PRD ne sont nativement pas optimisées pour les séquences à bâtons. Et que par conséquent, il est nécessaire de développer une séquence qui optimise la décroissance énergétique sur un plan temporel des conceptions bâtons en favorisant l'alternance de petites et grandes hauteurs de cellules afin de se rapprocher du comportement de conception à puits.

Par conséquent, mieux vaut concevoir des diffuseurs bâtons avec des cellules au moins 2 fois plus petites en largeur que les plus petites cellules que l'on est capable de réaliser en conception à vrais puits.



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