DIFFUSEUR - Avec des Bâtons ou des Puits, quelle conception est la plus efficace ?

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 problématique la plus contraignante que j'ai mentionnée dans le chapitre précédent concerne incontestablement le fait que les conceptions à base de puits (cellules) sont complexes à réaliser, car elles nécessitent la construction de parois pour pouvoir loger un fond de puits.

De plus, il est à noter que les parois doivent être les plus fines possibles afin de limiter l'amplitude de la réflexion spéculaire qui se crée sur les surfaces exposées.

Par conséquent, bien que la conception de cellules en puits soit indéniablement optimale d'un point de vue théorique, les remplacer par de simples bâtons permet de grandement simplifier la réalisation de la structure et offre ainsi l'opportunité de multiplier de manière considérable le nombre de "pseudos" cellules.

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 théorique (notez bien "théorique") 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.   

Dans cette simulation de type "bac à ondes" (visible dans l'animation ci-dessus), on peut observer le phénomène de dispersion (scattering) et de décroissance énergétique d'une onde sonore d'incidence de 0° (directe) lorsqu'elle rencontre différentes conceptions de diffuseurs.

La première colonne intitulée "RS" (Réflexion Spéculaire) sert de point de référence en montrant la réflexion spéculaire qui se produit avec un objet massif de la même taille, permettant ainsi une comparaison avec les diffuseurs des autres colonnes.

À partir de ces exemples, on remarque que les modèles à base de bâtons présentent un champ diffus légèrement plus uniforme que les conceptions à base de puits. Cela suggère que l'effet de peigne (caractérisé par des crêtes et des creux perceptibles au point d'écoute) sera moins prononcé avec des diffuseurs à bâtons par rapport aux diffuseurs à puits.

Pour mieux apprécier cette différence, il est conseillé de mettre l'animation en pause et d'observer comment le "lissage" se traduit par une "image" légèrement plus floue.

Dans la simulation affichée ci-dessus, on observe une onde sonore incidente à un angle de 45° par rapport au diffuseur.

Bien que le phénomène de "lissage" soit légèrement plus prononcé avec les diffuseurs à bâtons, ce qui présente un avantage, les conceptions à base de bâtons rencontrent toutefois d'avantage de difficultés à capter l'énergie provenant du front de l'onde sonore qui frôle le diffuseur (mettez en pause à la onzième seconde).

Les animations présentées ci-dessus et ci-dessous résultent en fait d'une segmentation des animations précédentes, dans le but de mettre en évidence la capacité d'emmagasinage d'énergie de l'onde sonore lorsqu'elle atteint le diffuseur.

En ce qui concerne cet aspect, il est incontestable que les diffuseurs à puits possèdent une capacité nettement supérieure aux conceptions à base de bâtons. Dans ce contexte, les diffuseurs à puits montrent une capacité près de 3 fois supérieure à celle des conceptions à base de bâtons.

Par conséquent, les diffuseurs à véritables puits induisent une décroissance énergétique nettement plus longue que les conceptions à base de bâtons. De ce fait, il est raisonnable de supposer que pour obtenir des résultats similaires, les cellules (bâtons) des diffuseurs à base de bâtons devraient être environ 3 fois plus étroites que celles des conceptions à puits. Cependant, cette hypothèse dépend encore une fois de la séquence, car pour la réaliser, la différence de hauteur entre les bâtons doit être suffisamment importante pour générer un "pseudo puit" d'une profondeur adéquate.

Toutefois, on peut s'interroger sur la pertinence d'opter pour une décroissance plus prolongée en sacrifiant une décroissance plus douce. Surtout compte tenu du fait que le traitement acoustique des espaces dédiés implique, dans la majorité des situations, la réduction de la réverbération et de l'influence des réflexions spéculaires. De ce point de vue, il est évident que les diffuseurs à base de bâtons semblent beaucoup plus adaptés.

En conclusion, il est notable que les conceptions à base de bâtons engendrent des réflexions légèrement moins nettes (plus douces) que celles issues des conceptions à base de puits, ce qui constitue un avantage.

D'un point de vue temporel, les conceptions à base de puits surpassent de loin leurs homologues, se traduisant par une décroissance énergétique bien plus longue.

Toutefois, on peut s'interroger sur la pertinence d'opter pour une décroissance plus prolongée en sacrifiant une décroissance plus douce. Surtout compte tenu du fait que le traitement acoustique des espaces dédiés à l'écoute implique, dans la majorité des situations, la réduction de la réverbération et de l'influence des réflexions spéculaires. De ce point de vue, il est évident que les diffuseurs à base de bâtons semblent plus adaptés.

De plus, il convient de souligner que les séquences populaires telles que celles des QRD et des PRD ne sont pas intrinsèquement optimisées pour les conceptions à base de bâtons. Par conséquent, il est nécessaire de concevoir une séquence dédiée qui met en valeur le potentiel de lissage des lobes d'énergie intrinsèque aux conceptions à base de bâtons, en privilégiant l'alternance entre petites et grandes hauteurs de cellules.

La conception à bâtons présente en fin de compte tous les avantages que l'on souhaite pour le traitement des pièces dédiées à l'écoute, d'autant plus que sa réalisation permet de multiplier aisément le nombre de cellules en comparaison des conception à puits.