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Dans les ateliers Jean Marie Reynaud: visite – épisode 3: les haut-parleurs et filtres

Dans les ateliers Jean Marie Reynaud: visite - épisode 3: les composants internes (haut-parleurs, filtres et accessoires),

Après la fabrication des ébénisteries des enceintes (visite épisode 2), il est temps de s'intéresser à leur équipement "actif", celui qui "fait" naître la musique à partir des signaux électriques envoyés par l'ampli: les haut-parleurs (HP), et les filtres.

Petit rappel (ou information) préliminaire sur les HP:

Les HP fonctionnent selon le principe édicté par Monsieur de Laplace (XVIII° siècle) dont on a fait une loi: (c'est assez simple, mais on peut sauter le paragraphe si ça devient trop abscons)
Un courant (signal électrique) qui traverse un conducteur (un fil électrique) fait naître une force électro-magnétique perpendiculaire, proportionnelle au courant.
A partir du signal analogique provenant de l'ampli, qui est un signal électrique ondulatoire, proportionnel à la musique ou aux sons, le haut-parleur utilise ce principe (la loi de Laplace) pour générer un mouvement physique de déplacement en piston (mouvements en va-et-vient) .
Auparavant, le micro, système inverse du HP, a permis de  pré-moduler les sons naturel, pour les enregistrer, selon le même principe, utilisé dans l'autre sens.
Ces mouvements de va-et-vient, appliqués à une surface donnée (le cône du haut parleur), vont générer des ondes de pressions d'air, recréant les caractéristiques (et devenant) des ondes sonores, identiques - si possible, c'est là toute la difficulté - à celles de la vie courante (dont celles des voix, des sons et des écoutes de musique acoustique, en direct de l'instrument), telles qu'elles ont été enregistrées.
C'est la fidélité à produire ce qui est sur l'enregistrement, au travers de toutes les machines et composants, qui est le principe de la Haute-Fidélité (et qui est si compliqué à atteindre avec un grand réalisme).

Etudes, mesures, écoutes

Comme indiqué précédemment, les haut-parleurs sont étudiés, projetés, conçus et développés par Jean Claude Reynaud, en collaboration avec une entreprise spécialisée qui construit et modifie les prototypes, selon les prescriptions demandées. Cette entreprise assemble les éléments constitutifs principaux définis, vérifie le respect des caractéristiques de mesures stipulées, et après plusieurs aller-retours, ces HP une fois évalués chez JMR dans leur version finale (mesures et écoutes) sont ensuite fabriqués en série; certains éléments des HP ne sont mis en place qu'au sein de l'atelier JMR, avant de subir d'ultimes optimisations spécifiques aux modèles d'enceintes à équiper.

Chez JMR, tout comme pour une enceinte complète, chaque élément constitutif d'un haut-parleur est étudié séparément, les voies d'optimisation individuelles des sous éléments et de leurs associations sont explorées le plus largement et le plus profondément possible. Les haut-parleurs en cours d'étude bénéficient des études et expériences antérieures (ce qui évite de tout refaire à chaque fois), il devient possible de se concentrer sur des améliorations ou des réglages spécifiques.
Sans développer en détail, j'évoque juste les problématiques liées aux HP: saladier, cône (dimension, forme, finition de la surface, matériau -la matière du cône donne toujours un rendu spécifique à la restitution, le choix de la matière du cône est loin d'être anodin-), suspension (type, matière, forme, caractéristiques techniques), spider (la membrane derrière le cône qui permet au cône et à la bobine de rester précisément centrés, sans basculer par effet de leur propre poids ou des translations induites par le courant), cache noyau ou ogive, aimants, et type d'aimantation, bobine, bobinage, types de métaux, de matériaux, de mise en oeuvre (recours au forgeage à froid pour certaines pièces) ... Il n'y a pas grand chose qui échappe aux investigations, aux recherches, aux tests. Tenue à la température -ça chauffe énormément dans certaines parties d'un HP - (matériaux, et méthodes de ventilation), comportement et "signature" acoustique, phénomènes électriques, électro-magnétiques, structure microscopique et comportement des matériaux, ..., les champs d'études sont très vastes, et les interactions en limite de domaines (électrique, magnétique, mécanique, acoustique) sont nombreuses. Le calcul et les mesures sont indispensables, et il faut encore aller bien au delà dans les réflexions, les tests, mesures et essais, par des écoutes longues et approfondies.
Bien des dispositifs impeccables aux mesures poussées sont éliminés ou retravaillés suite aux phases d'écoute si celles-ci s'avèrent incomplètement satisfaisantes. L'expérience des écoutes des nombreux aspects acoustiques et sonores est indispensable aux évaluations, choix et mises en oeuvre les plus aboutis possible. Et le niveau d'exigence (et d'intransigeance) sur certains aspects permettent d'atteindre un certain degré d'équilibre, de justesse, et de performance des productions qui sont issues de ces travaux acharnés et parfois fastidieux. La patience et l'entêtement à poursuivre sont aussi nécessaires à ces évolutions qui n'arrivent que rarement d'elles mêmes, ou par "simples" calculs et mesures.

Pour la phase de conception et de mise au point d'un appareil ou d'une enceinte, c'est sur les compétences, l'expérience, les savoir-faire, et les hauts niveaux d'exigences que se jouent la réussite et les performances (compris les performances sonores et musicales. Ensuite, il faut les mêmes contextes (compétences, expérience, savoir-faire et niveaux d'exigences) pour la partie fabrication des modèles qui équiperont les utilisateurs.

Les haut-parleurs

Les HP série fabriqués selon les cahiers des charges et développements maison sont réceptionnés, contrôlés, préparés, adaptés et modifiés, et sont ensuite mis en place dans les différents modèles d'enceintes.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-5Tweeters des enceintes Bliss, Bliss Silver, EMP Nano et Folia. Certains modèles reçoivent une enduction spécifique sur la parabole de dispersion, et/ou aussi un guide d'onde pour affiner la directivité (les sons aigus filent droit devant, avec tendance à perdre en niveau si on s'écarte de l'axe des enceintes. L'ogive (les tweeters placés dans une tête au dessus de l'enceinte), la parabole, le guide d'onde sont des éléments permettant d'ajuster cette directivité selon les besoins (mis en évidence par les mesures).

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-66HP médium-grave juste réceptionnés. Il y a encore du boulot avant de les installer dans les enceintes.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-1 Au banc de pré-rodage: des HP en cours d'étude, puis les excellents HP de Cantabile et Abscisse (et leur fabuleux médium), et plus loin et au dessous les HP des enceintes EMP2 Offrande et suivantes. Ici bruts de sortie de carton (visible à la couleur des cônes).

Après les mesures de vérification de sortie de carton, certains HP passent au banc de pré-rodage (pour certaines enceintes haut de gamme, et systématiquement pour les protos ou les préséries de modèles en cours de développement).
Je ne vous dirai pas ici comment les techniciens de l'atelier appellent ce banc de rodage (caftage de Michel, le chef d'atelier), ma mère me priverait de dessert; mais c'est imagé et efficace !

Ce banc de pré-rodage ne suffit pas à "ouvrir" totalement le rendu des enceintes finies dès la fin de l'assemblage ou dès la sortie de carton, loin s'en faut. Il permet néanmoins un premier dégrossissage; à l'utilisateur (ou au revendeur) de poursuivre ce travail de "mûrissement" des enceintes, selon les préconisation (CD de rodage JMR et musique, faites-vous préciser par votre revendeur les méthodes les plus efficaces pour faire donner le meilleur de vos enceintes le plus rapidement possible).
Chez Enceintes et Musiques, le prérodage long des enceintes est proposé (sauf pour les modèles Folia, mais on vous indique comment le faire), et les indications pour la finalisation vous sont transmises. Ca vaut vraiment le coup, les apports ne sont pas négligeables, et sont recommandés par le fabricant qui applique ces mêmes mesures pour lui même (notamment pour les études et développements de HP et de nouveaux modèles d'enceintes).

Les cônes des HP (la partie active qui meut l'air, produisant ces ondes acoustiques de pressions différenciées qui "disent" les sons et la musique), bénéficient d'enductions de "mixtures" particulières, selon les enceintes auxquelles elles sont destinées. (Nota: les micro-craquelures -léger faïençage- parfois visibles sur les cônes viennent d'un retrait de cette fine couche de traitement, et n'impactent pas le rendu sonore du HP; rien à voir avec un quelconque signe de fragmentation des cônes de HP. Pas d'inquiétude donc si ça apparait, ces éventuelles traces de craquelure de la couche d'enduction de certains HP n'ont aucune influence sur le rendu sonore. C'est juste une réaction liée aux conditions hygrométriques ou de températures lors de l'application ou de la phase de séchage).

Ces enductions ont des fonctions techniques bien particulières, c'est pas du tout "pour faire joli", mais bien pour des raisons acoustiques que ces produits sont appliqués. Cette enduction a notamment pour but de limiter la perméabilité sonore du cône de HP, pour éviter de laisser passer (et d'entendre) les sons annexes qui se forment inévitablement à l'intérieur de l'enceinte. Cette passe de produit doit être faite à un certain dosage (je parle de la quantité de produit projeté), compromis entre l'effet acoustique recherché, et la modification de poids du cône que cela induit; là encore il faut bien savoir ce qu'on fait, et rester précis dans le geste artisanal.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-17Enduction des cônes de HP, pour optimiser leur comportement acoustique.

Les noyaux au centre des cônes de HP sont équipés selon les enceintes de caches en tissus léger, ou d'ogives, ou d'ogives à épaulement.

MR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-3 Les cache-noyau de HP en tissus léger, placés en fond de cône, pour protéger la bobine

MR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-64ou au choix les ogives de dispersion, ici celles à épaulement, toujours à placer au centre du HP (jamais aucune ogive fixée sur la membrane du HP !).

Etudes approfondies là aussi pour ces choix et ces formes. Le choix du cône ou du cache noyau n'est bien entendu pas laissé libre, il dépend des HP, et des enceintes auxquelles ils sont destinés, et des équilibres propres à chaque modèle.

MR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-62 HP de 13 cm. Les HP ont été contrôlés, appairés, ils sont étiquetés et repérés, et ont maintenant une identification propre qui sera attribuée à une paire d'enceinte précise, que l'on retrouvera sur les coffrets enceintes et sur le bon de garantie (et même sur l'emballage). C'est un système qui assure aussi une traçabilité, qui facilite notamment le SAV en cas d'accident.

MR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-60Quelles belles paires ...  constituées en attente de fin de préparation (à vue d'oeil, pour des Cantabile)

MR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-4HP médium/grave de 180 mm (Offrande, Orféo - celui-ci n'est pas pour une EMP2, bien que le HP soit le même), avant certains traitements

Je passe sur certains dispositifs techniques qui participent à leur mesure à des gains qualitatifs, éliminations de certains parasites acoustiques, gains d'efficacité des mises en oeuvre: histoire de garder ses petits tours de main et techniques spécifiques qui participent à l'efficacité de l'ensemble acoustique. En gros, tenter de préserver l'essentiel du message électrique à transmettre au cône, et limiter les pollutions annexes qui résultent des pertes diverses. Certaines optimisations récentes touchent directement ces aspects, avec des effets sensibles sur le rendu musical.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-11Ensuite, on stocke en attendant les commandes ou le reste des parties de l'enceinte fabriquer. HP de grave  et médium-grave des Orféo et Concorde.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-12Orféo en devenir (HP médium-grave en haut et grave en bas)

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-59Les HP sont réservés à proximité de la zone de montage, tout comme les filtres.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-73Les HP sont fixés sur un matériau amortissant de découplage. Opération sensible, il ne faut pas leur faire perdre d'énergie (en cas de serrage trop léger), ni transmettre des vibrations au coffret (en cas de serrage trop puissant). Du doigté il faut, pour naviguer sans risque entre ces rives qu'il ne faut pas approcher ...

Images expliquant d'elles mêmes la fabrication, le découpage des feutrines de façade entourant les haut-parleurs. Simple, mais il faut du matériel industriel, et des emporte-pièces de prix, fabriqués sur commande.
Les feutrines ont un rôle acoustique (maîtriser les petites perturbations de phase lors de l'écoulement des ondes de pressions acoustiques aux abords des HP) et esthétiques (masquer les fixations de HP).

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-71Emporte-pièce pour feutrine de tweeter

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-70pour Orféo ou Concorde ?

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-63La petite poinçonneuse de bureau (la presse pour effectuer les découpes de feutrines).

Bon, HP prêts à la mise en place, mais y manque un truc:

Les filtres

Les filtres sont modélisés à la conception de l'enceinte.
J'oubliais: pour ceux qui se demanderaient quel est le rôle des filtres, petite explication: Une enceinte comprend généralement plusieurs haut-parleurs: les haut-parleurs étant incapables de produire la totalité de la bande de fréquence audible de manière régulière et linéaire (permettant de produire des sons fidèles et justes), on utilise une combinaison de plusieurs haut-parleurs, chacun étant chargé de produire les sons de certaines bandes de fréquences sonores.
On évite de mettre trop de HP différents, car la liaison entre les  bandes de fréquences que doivent produire chaque HP est très délicate à régler. C'est le travail des filtres: assigner à chaque HP la bande de fréquences, la partie du signal électrique (le signal analogique provenant de l'ampli) à convertir en signal acoustique (en sons et musiques), et faire en sorte que la partie "relai" entre un HP et son voisin se fasse dans les meilleurs conditions possible. C'est plutôt délicat: en changeant de fréquence, un HP se tait doucement, quand un autre, de fonctionnement différent, se superpose et prend peu à peu sa place pour dire les fréquences sur lesquelles il est le plus qualifié. Ces fréquences de coupure, avec les pentes associées, sont des endroits durant lesquels 2 HP différents parlent en même temps, et sont sensés exprimer la même chose, le résultat devant garder linéarité et équilibre (notamment sur le réglage de phase, le calage temporel des sons, si important). Pas simple, et source de bien des soucis quand on veut faire les choses au mieux.

Il y a des filtres d'enceintes (un grand nombre sur les enceintes du marché) dont la fonction est en plus de corriger la non linéarité des HP (leurs irrégularités de réponses), ou des HP associés à une charge (le volume de "travail" nécessaire au HP dans l'enceinte). C'est repérable notamment à la quantité de composants du filtre, et à la présence de nombreuses et parfois grosses résistances. Plus il y en a, plus les corrections sont importantes. C'est une manière de faire qui tente après coup de rattraper des HP ou/et des charges "perfectibles", qui a en plus l'inconvénient de nécessiter plus de courant pour alimenter les enceintes (cet égalisation par filtre fait que l'enceinte a besoin de plus de jus pour fonctionner normalement).
Pas de ça chez JMR: les HP sont définis à la conception avec une grande linéarité intrinsèque, et une sensibilité identique pour les HP équipant une même enceinte, les filtres ne sont alors plus là que pour leur fonction primaire: diriger les signaux musicaux vers les différents HP. Les filtres JMR sont très étudiés, et comportent peu de composants, parce qu'ils ne sont pas chargés de compenser des problèmes amont qui ont été évités par la définition rigoureuse des HP et par l'optimisation de la charge et de ses réglages.

Le proto  de filtre est calculé, ses composants sont évalués et mesurés, et le montage est intégré dans des prototypes d'enceintes à leur tour mesurés et évalués, puis soumis à des protocoles d'écoutes, avant que les circuits définitifs ne soient validés, avant d'être produits en petites séries, en fonction des besoins. Peu de composants, mais longuement choisis, filtres le plus optimisés possible en fonction des impératifs techniques, des limites permises selon les gammes d'enceintes, avec une mise en oeuvre "en l'air", sans circuits imprimés, et une implantation la moins impactante possible dans l'enceinte (certaines ont des cavités séparées pour le filtrage).

Certains composants de filtre (notamment les condensateurs) sont réalisés sur commande spéciale, et leurs caractéristiques mesurées et audibles sont plutôt importantes dans le résultat final, comme j'ai pu l'expérimenter à plusieurs occasions (écoute des mêmes enceintes avec composants différents, puis des filtres de réglages différents).
Le filtre est en interaction directe avec le fonctionnement des HP, dans leur charge acoustique. Le filtrage passif (= juste avant les HP) est nécessairement une somme de choix sur certains aspects, les réglages de filtre sont aussi essentiels que la qualité de leurs composants.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-16.jpgLes filtres sont montés à la main, en circuit "en l'air" (avec fils, préférés aux circuits imprimés pour cet usage), sur support neutre, avec fixation "absorbante" des composants. Soudure sous hotte aspirante, à cause des émanations des produits de soudure. Là encore, l'évolution de la règlementation a fait diminuer drastiquement la nocivité de certains composants, et imposé certaines mesures sanitaires au bénéfice des opérateurs.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-10.jpgLes filtres sont produits en petites séries au fur et à mesure des besoins,

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-14.jpg puis précablés et stockés en attente de montage.

Les borniers

Les borniers (sur lesquels l'utilisateur raccorde à l'enceinte les cables en provenance de l'amplificateur) sont reliés en interne au filtre et aux HP à l'intérieur de l'enceinte. Les différents types de borniers sont adaptés aux différents types d'enceintes de la marque.

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-9.jpg Plaque double bornier, avec "strap" de monocablage maison (en cable JMR). Pour Orféo/ Concorde à gauche, et Offrande Suprême V2 à droite

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-65.jpgBornier des enceintes Bliss, Bliss Silver et Euterpe (monocablage)

JMR-Jean-Marie-Reynaud-atelier-8.jpgAnciens connecteurs de borniers d'Orféo et Concorde en haut, avec les straps d'origine à remplacer, et nouveaux connecteurs en bas. Les straps JMR (fils rouge et blanc) sont à conserver en cas de monocablage (utilisation la plus courante)

Les borniers sont simples ou doubles, selon les enceintes.
En présence d'un double bornier, vous avez le choix, chez JMR, entre mono cablage, et bicablage (voire bi amplification). Si vous avez un double bornier, c'est que l'enceinte est cablée en interne pour bénéficier des apports de cette solution (ce qui n'est pas toujours le cas en général: bien des doubles borniers des enceintes sont raccordés en monocablage en interne, ou bien sont raccordés à un filtre qui ne permet pas de distinguer les voies); chez JMR, vous êtes assuré que les doubles borniers correspondent bien à un type de montage de filtre adapté.

Alors simple, ou bicablage, que choisir ?
Ca dépend. Cette réponse de Normand n'est pas une esquive, mais dit bien que les 2 solutions sont possibles. Petit plus de rendu avec un bicablage de qualité (cables identiques sur les 2 voies pour ne pas induire de différences d'alimentation, de même qu'en cas de biamplification, il faut 2 amplification strictement identiques, pour ne pas générer de rotations de phase ou de différences d'alimentation, qui détruiraient la mise en phase optimisée des voies de l'enceinte), mais en premier lieu, à budget égal, préférez 1 seule paire de cables de qualité en monocablage, plutôt que 2 paires de qualité moindre. Le bénéfice à attendre est d'abord dans l'adéquation du cable au système, avant de penser à bicabler.

Ebénisterie, HP, filtre, connecteurs, chaque élément constitutif a été préparé, tout doit à présent être réuni et mis en place.

La suite: visite des ateliers JMR - épisode 4: assemblage des enceintes, finitions, emballage ...