DIY - Comment construire un Bass Trap Helmholtz - Partie 1

PARTIE 1

1) Identifier la fréquence fondamentale du résonateur
2) Comment calculer les dimensions du résonateur
3) Comment utiliser le simulateur "Muti-layers Absorber Calculator"
4) Description de l'influence des paramètres
5) Comment simuler un bass trap qui n'est pas un parallélépipède rectangle ?
6) De quelle taille doit être le Bass Trap ?

1) Identifier la fréquence fondamentale du résonateur

La première chose à faire pour commencer la conception du bass trap est de définir la fréquence fondamentale de celui-ci. Pour cela, il vous faut identifier les fréquences qui vous posent le plus de problèmes dans votre local en prenant une série de mesures acoustiques.

Si vous ne savez pas comment faire, je vous invite à suivre ces tutoriaux qui traitent en détail ces questions :

COMMENT IDENTIFIER LES PROBLÈMES DE BASSES DANS SON STUDIO ?

COMMENT MESURER L'ACOUSTIQUE DE SON HOME STUDIO ?

COMMENT FAIRE DES MESURES ACOUSTIQUES AVEC ROOM EQ WIZARD ?

Une fois que vous aurez étudiez ces tutoriels, vous comprendrez que le meilleur moyen d'identifier les fréquences les plus problématiques est de réaliser une cartographie de la pression acoustique de son local.

COMMENT CRÉER UNE CARTOGRAPHIE DE LA PRESSION ACOUSTIQUE D'UN LOCAL AVEC ROOMMAP ?

Toutefois, si vous êtes vraiment impatient et que la réalisation d'une cartographie de tout votre local vous donne de l'urticaire, vous pouvez envisager de n'effectuer que la cartographie de votre zone d'écoute. Cela dit, vous devez savoir que seule une cartographie de tout votre local vous permettra de localiser les meilleurs emplacements pour vos bass trap.

MEFIEZ VOUS DES PETITES ENCEINTES MONITORING !

Si les enceintes monitoring que vous avez utilisé pour vos mesures acoustiques sont petites, n'oubliez pas que celles-ci ne peuvent pas émettre convenablement des basses fréquences, ce qui aurait pour effet de vous induire en erreur, car tout dépends de leur bande passante.

Si votre enceinte à une bande passante commençant à 100hz, notez bien que leur rendement commencera à être vers 150hz, ce qui veut dire qu'il vous sera impossible d'identifier les fréquences qui posent problème dans votre local en dessous de 100hz et sera difficilement identifiable en dessous de 150hz.

En gros, si vous ne comptez jamais changer de taille de monitoring, cela n'est pas un problème puisque votre traitement acoustique sera en fonction de votre local et de vos enceintes. Par contre si vous comptez y ajouter plus tard un caisson de basses ou de changer vos monitorings par des plus gros ayant une bande passante plus basse, vous découvrirez de nouveaux problèmes jusqu'ici invisibles à cause de vos petites enceintes actuelles.

Dans ce cas il serait peut-être plus judicieux, soit d'attendre d'avoir vos plus grosses enceintes ou caisson de basse avant de traiter la pièce. Soit louer une enceinte large bande pour pouvoir faire vos mesures acoustiques et concevoir un traitement acoustique qui fonctionnera également avec vos futures enceintes.

C'est à vous de voir.

OK, j'ai pris note...

Ici, dans notre exemple, la fréquence de 55hz est indéniablement la plus problématique. Et en second lieu, la 110hz.
C'est pourquoi, l'idéal et de fabriquer 2 types de bass trap, un grand qui traitera le 55hz et un plus petit qui traitera le 110hz.

Le 55hz étant une fréquence très basses, le bass trap devra être très imposant, c'est pourquoi l'utilisation d'un mur entier pour celui-ci est une nécessité. Une fois qu'il sera réalisé et positionné dans le local, la construction de bass traps plus petits et de type angulaire présentés brièvement dans la solution 2 au début de l'article, sera un choix judicieux pour régler le problème de la fréquence 110hz.

Aussi dans ce tutoriel, nous allons construire un mur de bass trap à résonateur HelmHoltz à laminaire ayant pour fréquence fondamentale le 55hz. Toutefois, sachez que le principe pour construire un bas trap HelmHoltz à panneau perforé est exactement le même.

2) Comment calculer les dimensions du résonateur ?

Autant vous le dire tout de suite, les calculs permettant de définir les dimensions d'un résonateur contenant un absorbant poreux sont extrêmement complexes, car une multitude de paramètres sont à prendre en compte. Ces calculs sont du niveau d'un "Master" de niveau II, soit un Bac +4. Et malheureusement, aucune formule ne prend en compte tous les paramètres nécessaires pour établir une estimation exacte.

Si la sciences des maths ne vous fait pas peur et que vous souhaitez comprendre en profondeur tout ce qui concerne les mathématiques des panneaux fléchissants (bass trap helmholtz etc...), vous pouvez consulter gratuitement le siteweb www.conseils-acoustique.com de cet excellent acousticien de Franche Comté qu'est Frédéric Poirrier.

Notamment, en consultant cette étude contenue dans un fichier .pdf en cliquant ici. Si le lien ne fonctionne plus, vous pouvez la télécharger directement en cliquant ici.

METHODE 1, utiliser les méthodes de calculs de Frédéric Poirrier

Chanceux que nous sommes, un certain Rémi postant régulièrement sur le forum http://forum-hifi.fr sous le pseudo "alec_Eiffel" s'est donné la peine de coder les mathématiques présents dans l'étude de Frédéric Poirrier sous la forme d'un fichier excel. Nous permettant ainsi de facilement simuler l'absorption d'un bass trap Helmholtz ou autre en modifiant quelques paramètres et donc définir les dimensions du bass trap.
Vous pouvez retrouver le fil de cette contribution sur le forum-hifi.fr en cliquant ici.
Et/ou directement télécharger la dernière version du fichier en cliquant ici, ou ici.

METHODE 2, utiliser les méthodes de calculs de acousticmodelling.com

Après avoir testé pratiquement tous les simulateurs en ligne disponibles sur la toile et une multitude de logiciels dédiés donnant des résultats plus ou moins farfelus, je suis heureux de pouvoir vous recommander un site web exceptionnel, contenant les 3 meilleurs simulateurs gratuits d'absorbeurs acoustique.

Ce logiciel en ligne à beaucoup d'avantages. Le premier est qu'il est gratuit, le deuxième est qu'il permet de comparer jusqu'à 4 plans de constructions. Et le troisième avantage est qu'il donne la possibilité de tester plusieurs mode de calculs d'acousticiens réputés.

Et je peux vous certifier que les résultats de ce site sont au moins aussi précis que les travaux décrits plus haut si l'on prend soin pour notre projet de résonateur Helmholtz avec absorbant poreux, d'utiliser le calculateur "Multi-layer Absorber Calculator" et de régler le paramètre "Porous absorbant" sur "Komatsu".

C'est pourquoi dans un soucis d'accessibilité, de facilité et de précision, nous allons donc utiliser ce simulateur.

3) Comment utiliser le simulateur "Multi-layer Absorber Calculator" ?

Tout d'abord, voyons ensemble comment fonctionne le simulateur.

Dans l'onglet "calculator", l'écran se divise en 2 colonnes.
Dans la colonne de gauche, nous avons la possibilité de modifier la méthode de calcul et régler l'affichage du simulateur.
Dans la colonnes de droite, nous avons les paramètres à rentrer pour effectuer une simulation.

Pour chaque construction, nous avons la possibilité d'ajouter un maximum de 4 couches technologiques appelées "Layer".

Ici, nous allons nous concentrer sur les options de layers

"Slotted Panel" qui correspond à un panneau laminaire,
"Porous absorbant" qui correspond au matériau absorbant et
"Air" qui correspond à la zone de vide.

Plus tard dans le tutoriel, j'expliquerai comment adapter le simulateur aux constructions angulaires de type 2.

Dans ce simulateur, il est sous entendu que l'appareil que l'on construit est un parallélépipède rectangle hermétique. Ce qui veut dire qu'il ne peut pas simuler les conceptions de forme différente.
Toutefois, plus loin dans le tutoriel, je vous fournirai mon astuce pour contourner ce problème et ainsi simuler n'importe quelle forme de résonateur.

De plus, je vous rappelle qu'à ce jour, il n'existe aucun mode de calculs qui ne comporte pas d'erreur.

C'est pourquoi, en ce qui concerne la conception d'un bass trap HelmHoltz avec un matériau absorbant, et après avoir comparé divers mode de calculs avec les résultats réels, je peux affirmer que le model de KOMATSU est le plus proche de la réalité.

MAIS UNIQUEMENT POUR CE TYPE DE SIMULATION !

Pour les autres, je recommande le model d'Allard et Champoux.

Ici, dans ce tutoriel nous allons concevoir un basstrap à résonateur Helmholtz à laminaire de type 1, nous allons donc commencer par sélectionner "Komatsu 2008" dans "Porous Model" situé dans la colonne de gauche.

Par défaut, le simulateur propose de créer 2 bass traps pour pouvoir les comparer.
Ici, nous allons concevoir un résonateur contenant les couches suivantes :

1. une première couche (Layer 1) de laminaire ("slotted panel")

2. une deuxième couche (Layer 2) d'un matériau poreux ("Porous absorbent")

3. une troisième couche (Layer 3) d'une zone vide ("Air)

L'idée est de jouer avec tous les paramètres de ces couches ("Layers") pour que la simulation donne pour résultat une courbe ayant pour pic de crête la fréquence fondamentale que l'on a choisi d'absorber avec un bon facteur d'absorption et une bonne largeur autour d'elle.

4) Description de l'influence des paramètres

Layer 1 - "Slotted Panel"

• "Thickness"

  correspond à l'épaisseur en mm des lames de bois qui seront utilisées pour faire office de col de résonateur.
  

  Plus la profondeur des lames est grande

  • Plus la fréquence fondamentale est BASSE
  • Plus le coefficient d'absorption de la fréquence fondamentale est ELEVEE

• "Slot with"

  correspond à la taille des trous, soit l'espace en mm qu'il y aura entre les lames de bois qui font office de col de résonateur.
  

  Plus l'espace entre les lames est grand

  • Plus la fréquence fondamentale est HAUTE
  • Plus le coefficient d'absorption de la fréquence fondamentale est ELEVEE

• "Slot spacing"

  Contrairement, à ce que beaucoup pense, "Slot spacing" ne correspond pas à la largeur d'une lame de bois, mais à l'espace qu'il y a entre les milieux des trous. Soit la largeur d'une lame de bois + la largeur d'un trou.
  

  Plus la largeur des lames est grande

  • Plus la fréquence fondamentale est BASSE
  • Plus le coefficient d'absorption de la fréquence fondamentale est FAIBLE

Layer 2 - "Porous Absorbent"

• "Thickness"

  correspond à l'épaisseur en mm du matériau absorbant (laine de verre...)
  

  Plus l'épaisseur du matériau absorbant est grande

  • Plus le coefficient d'absorption de la fréquence fondamentale est FAIBLE
  • Plus l'absorption des fréquences autour de la fréquence fondamentale est ELEVEE

• "Flow Resistivity (Pa.s/m2)"

  correspond à la résistivité à l'écoulement de l'air du matériau absorbant en Pa.s/m2 (ex: un AFR4 correspond à 4000 Pa.s/m2) (voir le chapitre "Quel matériau absorbant choisir ?")
  

  Plus la résistivité à l'écoulement de l'air est faible

  • Plus la fréquence fondamentale est BASSE
  • Plus le coefficient d'absorption de la fréquence fondamentale est ELEVEE
  • Plus l'absorption des fréquences autour de la fréquence fondamentale est FAIBLE

Layer 3 - "Air"

• "Thickness"

  correspond à l'épaisseur en mm de la zone de vide d'air qu'il y a entre l'absorbant et le fond du résonateur.
  

  Plus l'épaisseur de la zone d'air est grande

  • Plus le coefficient d'absorption de la fréquence fondamentale est ELEVEE
  • Plus l'absorption des fréquences autour de la fréquence fondamentale est FAIBLE

Vous l'aurez compris, tous les paramètres ont une influence relative les uns avec les autres. Par conséquent, il peut y avoir une multitude de conception possible pour un résultat similaire. C'est pourquoi, pour que la définition des dimensions soit plus simple, vous devez commencer par saisir les dimensions que vous ne pouvez que peu ou pas modifier.

Je vous conseille donc pour commencer que vous vous fixiez sur la profondeur maximale dont vous disposez pour positionner le bass trap dans le local. Ainsi, il vous sera beaucoup plus simple de définir les autres dimensions.

Pour les autres paramètres concernant les lames de bois et le matériau absorbant, vous devez commencer par faire plusieurs simulations pour avoir une idée des dimensions requises, ensuite vous devez vérifier dans les magasins de bricolage que vous pouvez vous procurer les dimensions des matériaux que vous souhaitez. Comme c'est rarement possible dans ce sens, vous devrez alors corriger vos simulations en fonction des dimensions des matériaux que vous pouvez acheter.

Par exemple, si vous ne pouvez pas vous procurer des tasseaux de 43mm de large, il est inutile de s'obstiner à utiliser cette dimension dans le simulateur, mais d'utiliser celle qui correspond à ce que vous pouvez acheter.

5) Comment simuler un bass trap qui n'est pas un parallélépipède rectangle ?

Par défaut, tous les simulateurs de basstrap que l'on peut trouver gratuitement sont uniquement conçu pour simuler des basstrap en forme de parallélépipède rectangle. Bien que se soit assez contraignant, cela n'est pas une fin en soit si l'on est capable de calculer le volume de chaque couche (layer) qui compose le basstrap.

Ainsi, il "suffit" de faire quelques opérations mathématiques supplémentaire pour un bass trap de forme différente pour obtenir les valeurs équivalentes à un bass trap en parallélépipède rectangle afin de faire une simulation.

Je m'explique.

Imaginons que nous voulons réaliser un bass trap en forme de tétraèdre comme sur cette image :

Supposons, que les trois segments qui forment le tétraèdre sans sont panneau de face font tous 1m50 de long et se rejoignent tous en angle droit. Et supposons que notre bass trap est composé d'une épaisseur de laine de verre de 45cm.

Ainsi, après bon nombre de calculs que je ne vais pas détailler, nous pouvons conclure que :

• le volume du matériau absorbant est de 0,4552m3
• le volume du vide d'air derrière l'absorbant est de 0,1073m3
• la surface du panneau est de 1,9486m2

L'astuce consiste donc à prendre les volumes du tétraèdre que l'on souhaite construire et de les utiliser pour définir les profondeurs d'un parallélépipède rectangulaire fictif.

Pour cela on divise un volume par la surface du panneau. Ce qui nous donne :

• 0,4552 / 1,9486 = 0,233m d'épaisseur de matériau absorbant soit 233mm
• 0,1073 / 1,9486 = 0,055m d'épaisseur de vide d'air soit 55mm

Ce qui veut dire que notre tétraèdre ayant un matériau absorbant d'une épaisseur de 45cm, soit 450mm, équivaut à une épaisseur de 233mm pour un parallélépipède rectangle et donc pour un simulateur quelconque.
L'épaisseur de vide d'air à rentrer dans le simulateur sera quant à elle de 55mm.

Maintenant vous avez compris le principe, il faut bien reconnaitre que cela peut devenir vite compliqué pour des structures complexes. D'autant plus que l'on doit refaire tous les calculs dès que l'on modifie une dimension.

Le plus simple est donc de faire ces calculs de façon automatisée dans un tableur comme excel.
Et vous avez de la chance, car je suis déjà passé par là et j'ai pris le temps de réaliser 3 feuilles excel automatisées qui vous permettrons de calculer les équivalences pour un basstrap en forme de Prisme droit ou en tétraèdre. Et en bonus, j'ai également intégré la feuille de calcul pour le basstrap que j'ai réalisé en forme de mur angulaire avec encastrement pour les monitoring.

Bref, pour retrouver la page de téléchargement de ces feuilles de calculs, cliquez sur l'image ci-dessous.

6) De quelle taille doit être le bass trap ?

Une fois de plus, tout est une question de volume !

Sachez que tous les paramètres des simulateurs ont pour principale fonction de définir le rapport volumétrique d'un élément par rapport à un autre. Si l'on prend un bass trap d'1m de hauteur avec des lames de bois de 100mm de large avec 50mm d'épaisseur et d'un espacement entre les lames de 5mm,

le volume des lames de bois est de 1 000 x 100 x 50 = 5 000 000mm3 soit 0,05m3
le volume de l'espace entre les lames de bois est de 1 000 x 50 x 5 = 250 000mm3 soit 0,0025m3

Si l'on ajoute à cela un matériau absorbant de 300mm d'épaisseur et une zone d'air de 200mm d'épaisseur,

le volume de l'absorbant est de 1 000 x (100+5) x 300 = 31 500 000mm3 soit 0,315m
le volume de la zone d'air est de 1 000 x (100+5) x 200 = 21 000 000mm3 soit 0,21m3
le volume total du bass trap est donc de 0,05 + 0,0025 + 0,315 + 0,21 = 0,5775 m3

soit un pourcentage volumétrique de
8,66% de lame de bois,
0,43% d'espace entre les lames,
54,55% de matériau absorbant et
36,36% de zone d'air.

Ce qui veut dire que si l'on utilise une hauteur et une large de bass trap différentes, le pourcentage volumétrique sera exactement le même.
C'est pour cela, que vous ne pouvez pas rentrer des valeurs de hauteur et de largeur de votre bass trap dans les simulations, puisqu'en principe, elles sont inutiles pour définir le comportement fréquentiel d'absorption.

Ce qui veut dire qu'un bass trap de 1m de hauteur aura exactement le même comportement fréquentiel d'absorption qu'un bass trap de 2m de haut, si les pourcentages volumétriques sont exactement les mêmes.

Cela dit, l'absorption d'un bass trap de 2 mètres de haut sera 2 fois plus importante que si ce même bass trap n'en faisait qu'un seul.

EN RESUME,
LA CAPACITE D'ABSORPTION DU BASSTRAP EST PROPORTIONNELLE A SON VOLUME.
ET SON COMPORTEMENT FREQUENTIEL DEPEND DES RAPPORTS VOLUMETRIQUES DE SES COMPOSANTS.

Par conséquent, il n'y a que vous qui puissiez juger de la place dont vous disposez pour votre bass trap, ainsi que de votre besoin d'absorption. Toutefois, pour vous aiguiller un peu, une profondeur de bass trap de 50cm est tout à fait correct pour absorber des fréquences aux alentours de 50hz si l'espace entre les lames est aux alentours de 4 à 5mm.

Pour voir la deuxième partie cliquez ici.