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On entend souvent parler de la portée d’une enceinte, notamment dans le grave, avec le terme « subwoofer longue portée » par exemple.
Le terme portée, ou projection, se réfère à la distance à laquelle le son peut aller, tout en restant « suffisamment » fort, jusqu’où l’enceinte s’entendra. Parler d’enceinte longue portée laisse donc supposer que certaines enceintes ont la capacité de projeter le son plus loin que d’autres. Qu’en est il réellement ?
Pour comprendre, il faut faire un détour par quelques principes d’acoustique, notamment les différentes sources et les notions de champs proche et lointain.
Source simple
Un point source, qui est le modèle de source acoustique le plus simple, génère une onde omnidirectionnelle (c’est à dire que l’onde se propage de la même façon dans toutes les directions, et donc que le niveau sonore est le même partout autour de la source), dont l’intensité à une distance r vaut I = P/ (4pir²), où P est la puissance acoustique émise par la source. On remarque le terme 1/4pir² ; qui signifie qu’à chaque fois que la distance est doublée, la surface de la sphère qui représente le front d’onde est multipliée par quatre. En terme de niveau sonore, cela veut dire qu’on observe une décroissance de 6 dB à chaque doublement de la distance ; c’est ce qu’on appelle la décroissance géométrique - par opposition aux mécanismes d’absorption qui interviennent lors de la propagation : processus adiabatiques imparfaits, friction…, dans lesquels l’énergie acoustique est transformée en chaleur.
Champs proche/lointain
Cette loi de décroissance s’applique à toutes les sources pourvu qu’on se place dans le champ lointain de l’enceinte, là où pression et vitesse de l’onde sont en phase. Dans le champ proche, les choses sont un peu plus compliquées. La distance limite entre champ proche et champ lointain dépend de la fréquence et de la taille de la source : plus la source est grande (pour une fréquence donnée), plus la limite champ proche/champ lointain est éloignée de la source.
Directivité d’une source
Une enceinte de grave (subwoofer) peut être assimilée à un point source, du fait du rapport entre sa taille et la longueur d’onde des ondes générées. Elle est donc omnidirectionnelle.
Au contraire, un haut-parleur d’aigu (tweeter) a tendance à rayonner du son uniquement dans un cône, avec peu d’énergie hors de ce cône. La raison en est également le rapport entre les longueurs faibles des fréquences aiguës par rapport à la taille du haut-parleur. Schéma ?
Il est également possible, par exemple à l’aide de pavillons, de modifier la directivité d’un haut-parleur afin d’envoyer l’énergie uniquement dans la zone qui nous intéresse ; ce qui a pour effet de modifier le niveau sonore entre l’axe de l’enceinte et les côtés ou l’arrière.
Cependant, cela ne change rien à la règle de la décroissance géométrique, une fois dans le champ lointain, le niveau sonore continuera de décroître de 6 dB par doublement de distance ; quelle que soit la directivité de l’enceinte, omni comme un sub ou très directive, et quelle que soit sa charge, directe ou pavillonnaire.
Pour s’en convaincre, il suffit de mesurer des enceintes de différents types et de tracer la courbe de décroissance.
Contre exemple : le line-array
Les enceintes dites line-array ont pour particularité d’être des sources qui génèrent des ondes qui décroissent de 3 dB par doublement de distance, dans leur champ proche. Via le respect de quelques règles de conception et de mise en œuvre – dites loi de la WST, pour Wavefront Sculpture Technology -, l’utilisation de nombreuses enceintes arrangées en ligne et dans une certaine limite, le line array permet d’avoir une décroissance plus faible qu’une source ponctuelle. On parle d’onde cylindrique (c’est le cas du bruit émis par une route très fréquentée par exemple).
Cependant, passé une certaine distance, on retombe sur la règle générale des 6 dB, avec une onde sphérique. Cette distance dépend de la longueur de la ligne et de la fréquence de l’onde, et se calcule selon la formule D≈ 1.57 *L2/λ
NB : une enceinte de line-array seule se comporte comme un point source, c’est en couplant de nombreuses sources qu’on obtient le principe décrit ci-dessus.
Conclusion
Un système son classique, assimilable en partie au modèle du point source, génère une onde qui décroît en -6 dB par doublement de distance en champ lointain, quelle que soit sa directivité ou sa charge.
Le seul moyen d’obtenir un niveau sonore important à une longue distance d’une source, omnidirectionnelle ou pas, est d’avoir un niveau important à proximité, quelle que soit la charge acoustique utilisée – avec l’exception notoire des systèmes à ligne-source.
En revanche, une enceinte directive permet d’envoyer l’énergie par dessus le public et d’aller toucher des points lointains sans avoir un niveau sonore trop important à proximité de l’enceinte hors de son axe, c’est peut être pour ça que l’on parle de longue portée ; mais cela ne change rien à la loi des 6 dB par doublement de distance.
Pour conclure : le terme enceinte longue portée est un abus de langage qui ne correspond pas à une réalité acoustique, il vaut mieux parler d’enceinte directive ou d’enceinte capable de générer un niveau de pression important, selon le cas qui s’applique.
Pour sonoriser des grands espaces en ayant un niveau homogène, c’est à dire une différence de niveau modérée entre les premiers et les derniers rangs du public en utilisant des enceintes points-sources, plusieurs solutions existent : système accrochés en l’air, utilisation de rappels… ou encore, comme on l’a vu, d’enceintes directives.
Pour en savoir plus sur la directivité et la portée :
Acous'tips cardioïde>>
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ENGLISH VERSION
Long-Range Speakers: Myth or Reality?
We often hear about a speaker’s range, especially in the low frequencies, with terms like “long-throw subwoofer,” for example.
The terms “throw” or “projection” refers to the distance sound can travel while remaining “sufficiently” loud—essentially, how far a speaker can be heard. Talking about a long-throw speaker suggests that some speakers have the ability to project sound further than others. But is that really the case?
To understand this correctly, it is necessary to take a detour through some acoustic principles, particularly different types of sources and the concepts of near-field and far-field.
Simple Sound Source
A monopole point source is the simplest model of an acoustic source, generating an omnidirectional wave (meaning the wave propagates equally in all directions, so the sound level is the same everywhere around the source for a given distance). The intensity at a distance r is given by: I = P / (4πr²) where P is the acoustic power emitted by the source. We can notice the 1 / (4πr²) term, which means that every time the distance is doubled, the surface area of the sphere representing the wavefront is multiplied by four. In terms of sound level, this translates to a 6 dB drop for each doubling of distance—this is known as geometric attenuation, as opposed to absorption mechanisms that come into play during propagation (such as imperfect adiabatic processes, friction, etc.), where acoustic energy is transformed into heat.
Near-Field vs. Far-Field
This attenuation law applies to all sources, provided we are in the far-field of the speaker—where pressure and velocity of the wave are in phase. In the near-field, things are a bit more complex. The boundary between near-field and far-field depends on the frequency and the size of the source: the larger the source (for a given frequency), the further this boundary extends from the source.
Speaker Directivity
A low-frequency speaker (subwoofer) can be considered a monopole point source due to the relationship between its size and the wavelength of the generated sound waves, making it omnidirectional.
Conversely, a tweeter (high-frequency speaker) tends to emit sound only within a cone, with little energy outside this cone. This is also due to the ratio between the short wavelengths of high frequencies and the size of the speaker.
It is also possible, for example, through the use of horns, to modify a speaker’s directivity so that it radiates energy only in a specific area. This alters the sound level between the speaker’s axis and its sides or rear.
However, this does not change the geometric attenuation rule—once in the far-field, the sound level will still decrease by 6 dB per doubling of distance, regardless of whether the speaker is omnidirectional (like a subwoofer) or highly directive, and regardless of its enclosure type (direct, horn-loaded, or else).
To verify this, one only needs to measure different speaker types and plot their attenuation curves.
Counterexample: The Line Array
Line array speakers have the particularity of generating sound waves that decay by only 3 dB per doubling of distance in their near-field. By following certain design and implementation principles—known as the WST (Wavefront Sculpture Technology) law—the use of multiple speakers arranged in a line (within specific limits) allows the line array to have a weaker decay than a point source. This effect is known as a cylindrical wavefront (similar to the noise generated by a busy road).
However, beyond a certain distance, the system returns to the general 6 dB rule, producing a spherical wave. This distance depends on the length of the line and the frequency of the wave and is calculated using the formula: D ≈ 1.57 × L² / λ
Note: A single line-array speaker behaves like a point source—it is only by combining multiple sources that the above principle applies.
Conclusion
A standard sound system, which can largely be modeled as a point source, generates a wave that decays at -6 dB per doubling of distance in the far-field, regardless of its directivity or enclosure type.
The only way to maintain a high sound level at long distances—whether the source is omnidirectional or not—is to have a high sound level near the speaker, regardless of the acoustic load used (with the notable exception of line-source systems).
However, a directive speaker can send energy over the heads of the audience and reach distant points without producing excessive sound levels nearby and outside its axis. This might explain why some people talk about “long-throw” speakers. But this does not make any difference to the 6 dB per doubling of distance rule.
Final Thoughts
The term “long-throw speaker” is a misleading expression that does not align with acoustic principles. It is more accurate to speak of directive speakers or speakers capable of generating high sound pressure levels, depending on the context.
To maintain a homogeneous sound level (i.e., a moderate difference in level between the first and last rows of the audience) in large spaces using point-source speakers, several solutions exist:
• Flying speaker systems
• Using delay speakers
• Employing directive speakers, as discussed
For More Information on Directivity and Range:
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