Line array

Définition

Un line array est système de sonorisation constitué d'un réseau d’ enceintes acoustiques à une seule dimension ("en ligne"), permettant la sonorisation de spectacles de grande envergure, en diffusant le son à forte puissance sur une longue portée.

Ce moyen de diffuser la musique amplifiée est apparu par la nécessité d'augmenter le niveau sonore à des distances importantes, dû à l’accroissement de la jauge d’audience.

Il s'agit donc d'un empilement d'enceintes suivant une ligne. Les enceintes dites "pour line array" sont prévues pour créer un champ de pression constructif, c'est à dire que plus on assemble d'enceintes, plus la pression acoustique est importante. Pour rappel, doubler le nombre de sources permet d'augmenter la pression acoustique de 3dB. De plus, elles sont prévues pour être assemblées, et intègrent donc un système mécanique permettant leur liaison.

La différence entre un "array traditionnel" et un "line array" est que dans le premier cas l’assemblage se fait à deux dimensions (horizontalement et verticalement), alors qu'un line array ne s'assemble que selon une dimension.

Le succès de ces système vient de la simplicité relative de leur mise en œuvre comparé à des array à deux dimension traditionnels, car ils permettent d'avoir plus simplement et rapidement un résultat très homogène. En effet, ils sont plus simple à simuler et régler car le nombre de paramètres et d'interactions entre enceintes est réduit.

Ils restent néanmoins des outils professionnels de haute technicité, qui nécessitent pour leur mise en œuvre en toute sécurité un personnel hautement qualifié, formé aux principes d'assemblages du système, à la suspension de charges importante au dessus du public, à la mesure acoustique, et à l'utilisation de logiciels de simulation souvent en 3D qui nécessitent des connaissances de géomètre autant que d'acoustique.

Principes acoustiques

C'est au pluriel, car un line array "réel" met en fait en jeu différents principes.

Le principe de base est que plus une source acoustique est de taille importante, plus elle est directive. Cette taille de source s'entend par rapport à la longueur d'onde à reproduire, c'est à dire que plus la fréquence est grave, plus la source doit être grande, de plusieurs mètres, 3,4m de longueur d'onde à 100Hz, on considère comme contrôlé à partir du double à peu prêt soit 6,8m.

Pour que la source ne génère que des interférences constructives dans sa zone de lobe principal, et une majorité de destructives en dehors, l'espacement entre sources doit être inférieur à la moitié de la longueur d'onde. Cette fois la limite est dans les hautes fréquences, car il faudrait des composants très petits pour reproduire dans ces conditions l’extrême aigu, 17cm correspondant à 1kHz et à peu prêt à la limite de taille pour un haut parleur "de puissance", à 15kHz la limite est proche du millimètre.

Les phénomènes ondulatoires des interférences sont bien décrits depuis Huygens au 17ième siècle, et le modèle ondulatoire donné par Fresnel vers 1815 laisse une porte théorique ouverte aux futurs électro-acousticiens, par la création d'un front d'onde cohérent de longueur étendue à partir de sources ponctuelles, qui permettra la création d'une source acoustique directive à partir de sources omnidirectionnelles, les haut parleurs (inventés en 1877 par Siemens).

Ces principes on été bien connus et décrits d'un point de vue acoustique par Olson dès 1957, et on permis de nombreuses réalisation réussie de sonorisation de lieux très réverbérants, mais longtemps limité à une bande passante faible les réduisant aux application non musicale comme les annonces vocales.

Un système respectant ces principes pourra être considéré comme une "quasi source ligne", c'est à dire que l'on peut faire le parallèle avec un autre phénomène ondulatoire mais électromagnétique : l'antenne acoustique^[1]. Une source linéique continue de longueur infinie se propage d'une manière cylindrique, alors que celle issue d'un point source infiniment petit se propage selon une sphère. Le volume d'une sphère augmente plus vite que celui d'un cylindre, donc l'énergie se repends plus vite aussi: on perd 6dB de pression acoustique à chaque fois que l'on double la distance à la source, alors que dans le cas du cylindre c'est uniquement 3dB. Évidemment, cette ligne source théorique n'existe pas plus que le point source, l'enceinte ou l'array d'enceinte se situe quelque part entre les deux. Si un système était une ligne source, il aurait une ouverture nulle, un peu comme un rayon laser, et ce ne serait pas l'idéal pour sonoriser une surface, comme un laser n'est pas idéal pour éclairer une pièce.

On peut considérer comme plutôt très bonne quasi ligne source une autoroute à circulation dense, ou certaines rivières agitées, ou de longues vagues déferlants sur la plage, ces sons portent à des kilomètres sans faiblir du grave à l'aigu.

Un système de sonorisation qui se comporte comme une ligne source permet d'atteindre de très longues portées du fait d'une décroissance moins rapide du champ que pour une enceinte de petite taille. Cela permet d'utiliser moins de puissance à la source pour une même distance, ou porter plus loin avec la même puissance. Cependant, cette taille est relative à la distance d'observation de la source, et à partir d'un certaine distance, toute les lignes sources de taille "réelle" finissent par être considérées comme une source de "petite taille" et rayonner sphériquement. Cette distance de transition dépends de la fréquence, et de la taille de la source. Plus la source est grande, plus la distance est lointaine. Par analogie avec la théorie de Fresnel, on parle de "champ proche" et "champ lointain".

M D'appolito ^[2] contribue vers 1983 au principes permettant un couplage vertical tout en ayant un contrôle de directivité fixe dans le plan horizontal.

Il a fallu attendre le milieu des années 90 pour qu'un chercheur français, Mr Heil, fabrique un système réellement capable de produire un spectre musical dans ces conditions. En compagnie de son collègue Mr Urban, il a décrit les compromis technologiques qu'il considérait comme acceptables^[3] pour considérer un empilement d'enceintes comme une "quasi ligne source" dans les désormais fameux critères "WST" qui ont fait les beaux jours commerciaux de sa société L-Acoustics, leader mondial dans cette catégorie. Ceux ci ont été repris par beaucoup de concurrents, certains des critères de l'époque sont maintenant largement dépassés.

Pour la limite dans l'aigu, comme il est impossible de réaliser une véritable ligne source continue, chaque fabricant met au point sa technologie afin de transformer le front d'onde en un "segment de ligne courbe", par le biais de pavillons guides d'onde ou de transducteurs de type "rubans", le plus continu possible.

Avantage de ce type de systèmes

La mise en œuvre est rendue plus simple du fait de l'utilisation d'une enceinte unique, ouvrant largement, dont le couplage acoustique se fait dans un seul plan.

Les effets des interférences sont donc limités au plan de couplage, dans le plan perpendiculaire ils sont nuls (exemple avec un line array vertical, il n'y a pas d'interférences dans le plan horizontal, qui est celui où l'oreille a le plus de discrimination). Dans le plan de couplage, une bonne enceinte pour line array doit respecter certains critères pour améliorer le couplage, comme le lien entre la distance entre sources et la fréquence la plus haute reproduite, et/ou l'usage de guide d'onde pour créer un front cohérent.

Ces arrays permettent d'obtenir par addition un niveau de pression acoustique très important, et la taille de source résultante offre un contrôle de directivité important dans le plan de couplage, ce qui permet de concentrer une énergie très importante dans une faible portion d'espace et donc d'atteindre des portées importantes. En effet, le technicien opérateur va déterminer l'angulation de chaque enceinte pour adapter la directivité dans le plan de couplage à la géométrie de l'audience. Des angles serrés vont augmenter le couplage et le contrôle de directivité, donc la portée, tandis qu'au contraire des angles larges vont augmenter l'ouverture et diminuer la pression acoustique. Ceci conduit en général à avoir des angles serrés en haut de l'array, et progressivement de plus en plus ouverts vers le bas pour couvrir les auditeurs en proximité, qui conduit à la forme caractéristique en "J".

Ces systèmes sont en général utilisés suspendus, ce qui est le plus gros apport pour l'homogénéité de la couverture d'audience. Le gain d'homogénéité de pression entre les premiers auditeurs en proximité du système et ceux en limite de couverture au fond de l'audience est vrai pour toute enceinte ou système suspendu, mais les line array imposent une suspension, et ont généralisé cette pratique, au bénéfice des oreilles et de la santé publique.

Ces systèmes ont été conçus pour sonoriser des évènements de plein air avec une zone d'audience large et très profonde, la plupart du temps à plat ou légèrement pentue. Même si de nos jours ces systèmes sont utilisés avec succès également en salle, où grâce au contrôle de directivité important (si la ligne est de longueur conséquente, plusieurs mètres, donc dizaines d'enceintes) on arrive à améliorer le champ direct par rapport au champ réverbéré; ce détournement a ses limites dues à l'ouverture horizontale en générale trop large (réflexion sur les murs latéraux, et/ou croisement des faisceaux)

Ce sont des systèmes également très intéressants pour les fabricants d'enceintes, car il faut un grand nombre de petites enceintes pour sonoriser un lieu là où une seule grosse enceinte couterait beaucoup moins cher. De plus, la possibilité de sonoriser des évènements de grande envergure, comme l'aspect "technologie de pointe", augmentent l'impact marketing.

Inconvénients du système

La constitution d'un système offrant une directivité constante adaptée sur l'ensemble du spectre audio oblige à assembler un grand nombre d'enceintes. C'est donc un dispositif très couteux et lourd, qui nécessite de disposer d'une structure capable de soutenir le système.

La directivité n'est pas contrôlée horizontalement, elle offre une ouverture "moyenne" pas toujours adaptée au lieu à sonoriser.

La zone de champ proche est perturbée, on placera plutôt l'audience en champ lointain pour avoir un timbre homogène. Malheureusement, ce critère n'est pas pris en compte et dans des petites-moyennes portées, ou avec peu de longueur de ligne, le résultat peut être très inhomogène.

De plus, le nombre de configuration cohérentes, c'est à dire offrant une directivité constante sur une large plage de fréquences, et un rendu spectral et dynamique compatible avec la diffusion musicale est en réalité très limité. Par exemple, si l'on cherche à avoir beaucoup d'ouverture verticale avec un line array, pour couvrir une zone d'écoute inclinée comme un gradin par exemple, on arrive rapidement à une situation paradoxale : il faut de nombreuses enceintes pour avoir une grande ouverture dans l'aigu, mais de nombreuses enceintes impliquent une ligne source longue dans le médium, donc une directivité serrée dans ce registre, paradoxal, et le résultat sera forcément très inhomogène en timbre. Les line array sont donc adapté à des zones plates ou très légèrement inclinées de grande profondeur, qui nécessitent une ouverture acoustique faible dans le plan de couplage, et pas ou peu de contraintes par rapport aux réflexions latérales. Ils ne sont pas adaptés par exemple dans le cas de salle "couloir", plus profondes que large donc qui nécessitent une ouverture horizontale serrée, ou comportant des gradins, balcons etc qui nécessitent une ouverture verticale large.

La qualité de restitution de l'array est très largement dépendante de son réglage, qui est très précis (au degrés près). Il faut disposer d'un certain temps pour relever les caractéristiques du site, créer un modèle de simulation, assembler les différents éléments et les régler. Même si c'est beaucoup plus simple qu'avec un array à deux dimensions, c'est plus compliqué qu'avec une enceinte unique à directivité fixe, qui peut être optimisée par le fabricant.

L'inconvénient majeur est le phénomène de "mode", qui amène à utiliser ces systèmes (qu'il faut bien rentabiliser, c'est un investissement lourd pour une société de prestation en sonorisation) pour des applications où ils sont peu adapté ou dans des configuration dictée par le marché, avec un résultat mauvais, alors que lorsque c'est la bonne solution à une problématique identifiée, il s'agit d'un outil extraordinaire, qui permet un rendu sonore inouï auparavant.

Liens externes

• [1]

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