Enquête sur les conceptions de pied de page audio

Enquête sur les conceptions de pied de page audio

Les vibrations parasites des haut-parleurs peuvent se transmettre directement aux surfaces de la pièce par contact avec le sol. Les surfaces de la pièce rayonnent alors par sympathie ces vibrations sous forme de bruit audible, ce qui peut affecter l’écoute de la musique. Le problème est encore aggravé par la grande surface de la pièce qui rayonne le son avec une grande efficacité. Les vibrations à basse fréquence sont les pires contrevenants en raison de leur capacité à se déplacer dans la structure de la pièce avec peu d’impédance.

 

Même avec une isolation de base des vibrations, il est possible d’atténuer ces effets dégradants des vibrations transmises par la structure. Le fait de placer des pieds audio isolants des vibrations sous les haut-parleurs réduit le temps de réverbération, les artefacts de décroissance des vibrations et la distorsion à certaines fréquences[1]. Des effets positifs similaires sont constatés en isolant l’électronique audio des vibrations. Le degré de ces avantages peut varier considérablement entre les conceptions de pied de page audio.

Mesurer l’isolation vibratoire

Nous avons cherché à mesurer les performances d’isolation vibratoire de plusieurs conceptions populaires de bas de page audio. Nous avons ensuite mesuré nos Carbide Base bas de page selon les mêmes critères, à des fins de comparaison. L’isolation vibratoire a été mesurée pour chaque semelle audio dans les directions horizontale et verticale. Trois sources de vibrations différentes ont été utilisées pour générer des vibrations : une table vibrante électromagnétique, un caisson de basses et un haut-parleur à deux voies. Dans chaque expérience, quatre pieds audio ont été placés sur la source de vibrations, puis une plaque d’aluminium a été placée sur les pieds audio. Des poids ont été boulonnés à la plaque d’aluminium pour simuler la masse d’un haut-parleur ou d’un équipement audio ayant une masse totale d’environ 32 kg (70 lbs). Des capteurs accéléromètres piézoélectriques Measurement Specialties ACH-01 ont ensuite été fixés à la plaque avec du ruban adhésif double face pour mesurer l’accélération dans les directions horizontale et verticale. Les capteurs accéléromètres alimentent à leur tour des amplificateurs calibrés pour leurs capteurs respectifs.

Table de vibration électromagnétique

Une table vibrante électromagnétique a été utilisée pour obtenir la première série de mesures. La table était contrôlée numériquement pour moduler précisément l’amplitude et la fréquence de vibration de la surface de la table. Pour déterminer l’amplitude des vibrations de la table, un capteur accélérométrique a été fixé à la table, puis un multimètre a été utilisé pour mesurer la sortie de l’amplificateur du capteur. La même chose a été faite avec un deuxième capteur accélérométrique fixé à la plaque d’aluminium. Les mesures ont été prises à partir du capteur de la plaque par intervalles de 5 Hz, de 10 Hz à 200 Hz. La table de vibration a été ajustée à chaque intervalle pour que la table vibre avec une accélération de 2,5 m/s2. Les mesures ont d’abord été effectuées avec les capteurs fixés aux bords de la surface de la table et de la plaque orientés vers l’avant afin de mesurer les vibrations horizontales. Les mesures ont ensuite été répétées avec les capteurs fixés aux sommets de la table et de la plaque pour mesurer les vibrations verticales. Ces mesures se sont concentrées sur la région des basses fréquences afin de déterminer les performances d’isolation vibratoire autour de la fréquence de résonance de chaque pied audio.

 

L’avantage de cette expérience était que la table offrait des vibrations constantes tout au long des mesures. Cela a permis d’identifier clairement les résonances dans les pieds de page audio. L’inconvénient de cette expérience était sa résolution limitée en raison de l’espacement des mesures. Cette expérience n’a pas non plus permis de comprendre le comportement de la décroissance des vibrations.

 

Subwoofer

Un subwoofer a été utilisé comme source de vibrations pour obtenir des mesures de balayage dans la région des basses fréquences. Un PC a été utilisé pour générer un signal sinusoïdal à balayage logarithmique de 15 Hz à 200 Hz qui a ensuite été diffusé par le subwoofer. Les capteurs accéléromètres ont été fixés au bord avant et au sommet de la plaque pour mesurer simultanément les vibrations horizontales et verticales. Le PC a été utilisé pour enregistrer la sortie des capteurs montés sur plaque. Les mesures ont ensuite été traduites en graphiques en cascade montrant la décroissance des vibrations. L’axe Y des graphiques de cascade a été réglé pour ignorer les artefacts du plancher de bruit, où 0 dBFS correspondait à la limite avant écrêtage. Le NPA maximum pendant le balayage était de 93 dBA, mesuré sur le sol de notre usine réverbérante à une distance de 1 m . L’accélération horizontale maximale du cabinet subie pendant le balayage était de 2,4 m/s2.

 

Haut-parleur à 2 voies

Un haut-parleur à deux voies a été utilisé comme source de vibrations pour obtenir des mesures de balayage dans les régions de fréquences moyennes et aiguës. L’expérience a été menée en utilisant le même processus que l’expérience sur les subwoofers, sauf que les balayages ont été effectués de 200 Hz à 1 kHz pour les médiums et de 1 kHz à 10 kHz pour les aigus. Une autre différence était que les amplificateurs des capteurs accélérométriques étaient réglés pour fournir un gain de +20 dB par rapport aux mesures du subwoofer. Le gain supplémentaire a été appliqué en raison de l’amplitude de vibration intrinsèquement plus faible des fréquences plus élevées. Le gain plus élevé a également augmenté le plancher de bruit, ce qui a nécessité de limiter la partie visible des graphiques de cascade des moyennes et hautes fréquences pour éviter les artefacts du plancher de bruit. Le SPL maximum du haut-parleur était également de 93 dBA pendant les balayages, la tension d’alimentation étant maintenue constante pendant toutes les mesures. Cette accélération horizontale maximale de l’armoire subie pendant les balayages était de 1,9 m/s2.

 

Les expériences sur les caissons de basse et les haut-parleurs avaient l’avantage d’offrir une vue haute résolution du comportement de décroissance des vibrations de chaque pied audio. Les inconvénients étaient que les vibrations des armoires n’étaient pas aussi cohérentes avec la fréquence que dans l’expérience de la table vibrante. Le comportement vibratoire des cabinets était cependant cohérent entre les mesures, ce qui permet des comparaisons relatives utiles entre les pieds audio. Chaque mesure a été prise deux fois de suite, puis la moyenne a été calculée afin de lisser les irrégularités du comportement vibratoire des armoires.

Pieds de page audio à l’essai

Designs de pied de page audio

Sept conceptions différentes de pied de page audio ont été testées. Les pointes ont également été testées pour une comparaison relative. Quatre de chaque pied audio ont été placés sous la plaque d’aluminium. Les dispositifs qui avaient la disposition appropriée ont été boulonnés à la plaque.

 

Les pieds audio testés se répartissent grosso modo en deux catégories en ce qui concerne l’isolation des vibrations : les roulements à billes et les viscoélastiques.

 

Roulement à billes

Les pieds audio 1, 3 et 6 sont basés sur un concept couramment utilisé[2] qui utilise des roulements à billes roulant dans des chemins de roulement courbes. Ces conceptions de paliers détournent la transmission des vibrations, réduisant ainsi les vibrations qui traversent le dispositif. Le pied de lit audio 5 détourne la transmission des vibrations en utilisant des roulements dans une configuration empilée brevetée. Les semelles de Carbide Base utilisent des roulements entre des bagues de roulement plates avec des tampons viscoélastiques utilisés pour centrer le dispositif pendant les vibrations.

 

Viscoélastique

Le bas de page audio 2 utilise des fibres de verre moulées ayant des propriétés viscoélastiques. Le pied audio 4 utilise des éléments viscoélastiques supérieurs et inférieurs reliés par un cylindre ovale dans une configuration brevetée. Les semelles de Carbide Base utilisent un élément viscoélastique tubulaire appelé ViscoRing™ dans une configuration en attente de brevet.

Cliquez sur le texte Mesures au-dessus de chaque groupe de mesures pour basculer leur visibilité.

Les mesures horizontales et verticales sont indiquées sur des onglets séparés.

Pointes

Dimensions :

Ø 14 mm (0.55″)

Hauteur de 35 mm (1,4″)

Construction :

Pointes en acier

Mesures des pointes (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de page audio 1

Dimensions :

Ø 45 mm (1,78″) (section supérieure), Ø 70 mm (2,76″) (section inférieure)

51 mm (2.0″) – 61 mm (2.4″) de hauteur

Poids maximum pour 4 :

N/A

Réglable en hauteur :

Oui

Disposition des boulons :

Oui

Construction :

Corps en acier inoxydable avec 3 roulements à billes en céramique montés dans des bagues de roulement sphériques.

Mesures du pied de page audio 1 (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de page audio 2

Dimensions :

50 mm (2″) de largeur x 50 mm (2″) de profondeur

Hauteur de 25 mm (1″)

Poids maximum pour 4 :

34,4 kg (76 lbs.)

D’autres versions sont disponibles pour des poids différents.

Réglable en hauteur :

Non

Disposition des boulons :

Non

Construction :

Couches de fibres de verre moulées haute densité thermocomprimées prises en sandwich entre des plaques d’acier. Dessus et dessous en caoutchouc texturé.

Mesures du pied de page audio 2 (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de page audio 3

Dimensions :

Ø 45 mm (1.75″)

Hauteur de 24 mm (0,94″)

Poids maximum pour 4 :

N/A

Réglable en hauteur :

Non

(Mise à niveau optionnelle)

Disposition des boulons :

Non

Construction :

Corps en aluminium anodisé avec 6 roulements à billes se déplaçant dans des bagues de roulement sphériques entre 3 couches séparées.

Mesures du pied de page audio 3 (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de page audio 4

Dimensions :

Ø 51 mm (2″)

43 mm (1,7″) de hauteur

Poids maximum pour 4 :

55 kg (121 lbs.)

Autres versions disponibles pour différents poids

Réglable en hauteur :

Uniquement en cas de boulonnage

Disposition des boulons :

Oui

Construction :

Isolateurs viscoélastiques supérieur et inférieur dans un boîtier relié à un cylindre ovale dans une configuration brevetée. Design directionnel. Toutes les mesures sont prises avec le logo tourné vers l’avant, comme le recommande le fabricant.

Mesures du pied de page audio 4 (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de page audio 5

Dimensions :

Ø 76 mm (3″)

57 mm (2.25″) de hauteur

Poids maximum pour 4 :

N/A

Réglable en hauteur :

Uniquement en cas de boulonnage

Disposition des boulons :

Oui

Construction :

Corps en acier inoxydable abritant 5 empilements séparés de roulements en céramique dans une configuration brevetée non diamétralement opposée.

Mesures du pied de page audio 5 (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de page audio 6

Dimensions :

Ø 45 mm (1.75″)

72 mm (2.8″) – 89 mm (3.5″) de hauteur

Poids maximum pour 4 :

N/A

Réglable en hauteur :

Oui

Disposition des boulons :

Oui (boulonnage requis)

Construction :

Corps en aluminium avec 3 roulements à billes en céramique montés dans des bagues de roulement sphériques.

Mesures du pied de page audio 6 (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Pied de Carbide Base

Dimensions :

Ø 125 mm (4.9″)

56 mm (2.2″) – 74 mm (2.9″) de hauteur

Poids maximum pour 4 :

32 kg (70 lbs.)

ViscoRing™ remplaçable pour des poids plus élevés

Réglable en hauteur :

Oui

Disposition des boulons :

Oui

Construction :

Partie supérieure en aluminium abritant le membre viscoélastique ViscoRing™. La partie inférieure en acier inoxydable abrite des roulements en céramique et des tampons viscoélastiques dans une configuration en attente de brevet. Mesures prises avec des ViscoRings™ légers installés.

Mesures du pied de la Carbide Base (cliquez pour basculer)

Table vibrante horizontale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer horizontal
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur horizontal
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur horizontal
1 kHz – 10 kHz Aigus
Table vibrante verticale
10 Hz – 200 Hz Basses
Subwoofer vertical
15 Hz – 200 Hz Basses
Haut-parleur vertical
200 Hz – 1 kHz Médi médi médi médi médi médi médi
Haut-parleur vertical
1 kHz – 10 kHz Aigus

Avis de non-responsabilité

Ces expériences ont simulé les amplitudes de vibration ressenties directement au niveau du caisson d’un haut-parleur ou d’un subwoofer jouant à un volume modéré à élevé. Certains pieds audio peuvent mesurer différemment lorsqu’ils isolent des vibrations de plus faible amplitude. De plus, la masse supportée influence la performance de certains pieds audio, donc changer la masse peut modifier les mesures. Enfin, ces mesures ont toutes été effectuées avec un stimulus vibratoire sinusoïdal à l’état approximativement stable, ce qui est différent de l’état dynamique de la musique.

Conclusion

Les performances d’isolation vibratoire des semelles audio testées varient considérablement. Dans la plupart des cas, les vibrations parasites indésirables ont augmenté à travers les pieds dans les basses et les fréquences moyennes inférieures. Dans d’autres cas, l’amortissement était insuffisant et les résonances se poursuivaient longtemps après le stimulus initial, comme l’indiquent les longs temps de décroissance dans certains graphiques de cascade.

 

Les pieds de la Carbide Base étaient uniques en leur genre en raison de leur capacité supérieure à isoler et à amortir les graves et les bas médiums, maximisant ainsi la clarté de ces fréquences.

Références

[1] Katz, B. (2020). Sur le rayonnement acoustique du coffret d’un haut-parleur. AES : Journal of the Audio Engineering Society, Convention Paper 10405

 

[2] Kemeny, Zoltan A. « Filtre de signal mécanique ». US 6520283 B2, Office des brevets et des marques des États-Unis, 18 février 2003. Brevets Google, https://patents.google.com/patent/US6520283B2