1 / Que signifie DOSC ?

Ceci est à opposer au fonctionnement du haut parleur traditionnel, qui, soit en radiation directe, soit chargé d'un pavillon, produit des ondes spheriques, dont le front d'onde a la forme d'une portion de sphere.

Propagation par onde spherique :
Propagation par onde cylindrique :

2 / Le DOSC : Principe General

L'optimisation des couplages acoustiques entre sources sonores multiples a pour objectif la constitution d'empilements cohérents.
C'est aujourd'hui le facteur de réussite déterminant d'un systeme de sonorisation de forte puissance.
Pour le concepteur comme pour l'exploitant, le systeme idéal serait celui dont les empilements se comporteraient exactement comme une source sonore unique de grandes dimensions.

Cet objectif est pour la premiere fois atteint par le systeme DOSC, sur l'integralité du spectre audio utile.

Il s'agit d'une innovation mondiale.

En effet, depuis quelque temps dejà, les systemes de sonorisation exploitent les couplages en colonne (pour les "chateaux") ou lateraux (pour les enceintes trapezoïdales), de manière à accroitre l'efficacité de la section grave médium et à obtenir dans cette région un meilleur contrôle de la directivité.
Aucun système à ce jour n'a pu offrir de tels couplages aux frequences élevées par multiplication des enceintes.
De la sorte, la balance tonale des empilements comme des clusters bascule systematiquement en dfaveur des basses frequences à mesure que le nombre d'enceintes augmente.

• 1ere consequence : La portée des empilements ou clusters actuels est typiquement limitée à celle d'une seule enceinte, soit environ 40 metres dans le meilleur des cas.
• 2eme consequence :Pour réaliser correctement des opérations évenementielles de grande envergure, on doit recourir à des systemes spécialisés inadaptés à l'utilisation courante, ou adopter la technique complexe et onéreuse des sources retardées.

Par son procédé de couplage, le DOSC permet d'envisager des portées d'autant plus élevées que le nombre d'enceintes augmente tout en conservant la directiité, l'équilibre tonal et les caracteristiques intrinsèques de chaque systeme pris individuellement.

Un empilement DOSC est assimilable en théorie à un ruban sonore continu et isophase de la hauteur de l'ensemble susceptible d'émettre un front d'onde cylindrique. Cette propriété remarquable a des conséquences fondamentales sur la nature du champ sonore et le mode de propagation des fronts d'ondes. Nous allons en présenter les grandes lignes dans le paragraphe suivant.

Une description exhaustive des phénomènes physiques a fait l'objet d'un article de Christian Heil et Marcel Urban qui sera prochainement publié (dans JAES)*.

* Sound field radiated by multiple sources arrays.

3 / Les Couplages DOSC : Un Concept Nouveau

3 a / Limites aux capacités de couplage entre sources sonores multiples.

Soit une collection de sources sonores dont l'empilement forme un réseau régulier de pas dit "STEP".

La théorie indique tres clairement que lorsque la longueur d'onde devient plus petite que "STEP", les ondes sonores produites par le réseau se propagent mal avec une atténuation exponentielle.Il existe donc une fréquence de coupure théorique au delà de laquelle le réseau constitué par cet empilement devient incohérent.

Flim (Khz) = 1 / (3 STEP en metres)

En dessous de la fréquence limite, le réseau est assimilable à une source sonore unique continue ayant les dimensions de l'empilement.

La condition imposée par cette relation est parfaitement stricte et c'est bien la raison pour laquelle les capacites de couplage des systemes actuels sont fortement limitées. Ceci s'applique indifférement aux haut-parleurs en radiation directe ou aux bouches de pavillons.

A titre d'exemple, un ensemble de pavillons de 30cm de hauteur empilés ne génèrent un front d'onde cohérent que jusqu'à :
F = 1 / (3 x 0.3) = 1.1 kHz !!

Au delà de 1.1 kHz, les phénomènes suivants apparaissent :

En bref, l' âge de pierre de la sonorisation !!
On se reportera à l'article écrit pour le JAES par Mark R Grander et John M Eargle (JBL)* qui illustre parfaitement ces phénomènes.
* Measurement and Estimation of large loundspeakers Array performance JAES, vol 38, Number 4, Avril 90.

3b / La demande de brevet DOSC

Le couplage optimisé des fréquences élevées est indispensable si l'on cherche à obtenir d'un ensemble de systemes, les performances amplifiées d'un système unique :

Cependant, les lois de la physique sont formelles :

Pour atteindre les 16 kHz, il faut théoriquement que STEP soit inférieur à 2 cm.

Le DOSC relève le défi en plaçant une interface qui transforme le réseau de sources discrètes en un plan de diffusion continu et isophase. En bref l'ensemble se comporte comme une seule source sonore. Le procédé consiste à charger chaque moteur à compression par un guide d'onde sonore apte à transformer l'orifice de sortie circulaire du moteur en un plan d'onde émissif isophase de la forme d'un élément de ruban. La juxtaposition par empilements de plusieurs plans d'onde forme un ruban émissif, continu isophase.
Dans ces conditions, la fréquence haute limite ne dépend plus que des éventuels défauts de planéïté du ruban émissif, en pratique situés bien au dessus de 20 kHz.

3 c / Principe d'empilement du DOSC

Le DOSC utilise un procédé d'empilement vertical qui préserve dans tous les cas des caracteristiques de diectivité horizontale de chaque enceinte.
Simultanément, il autorise des puissances tres élevées dans la zone de couverture du système sans défaut de cohérence de l'ensemble. Chaque enceinte comprend un ensemble de haut parleurs spécialisés pour la restitution des fréquences graves, médium et aigües. Leurs positions et fréquences de raccordement sont déterminées de manière à satisfaire des conditions de couplage optimales sur le spectre.

L' ensemble est donc parfaitement cohérent et peut émettre une onde sonore dépourvue d' interférences dans tout le spectre. Par rapport aux premiers DOSC, la cohérence totale dans le plan horizontal aux fréquences de coupure a pu être obtenue grâce à la disposition symétrique des composants.

Bien qu'il s' agisse de vulgarisation, ceux d'entre vous qui sont allergiques à la physique pourront directement se reporter au paragraphe 5 pour prendre connaissance des particularités et avantages du DOSC.

4 / Quelques éléments sur la Physique du DOSC

4a / Champ proche / Champ lointain

Toute source sonore de dimensions réelles non nulles, génère un champ proche et un champ lointain. Ce dernier est bien connu des acousticiens ( qui l'utilisent d'ailleurs pour leurs logiciels de simulation de salle). L 'intensité acoustique décroit comme l'inverse du carré de la distance ( I = 1/d²) et la structure du champ est bien décrite par la méthode de Fraunhofer.
La région qu'il couvre s étend généralement de la zone d' audience à l'infini : on l'appellera ézone de Fraunhofer".

Le champ proche est celui qui se trouve en contact direct avec la source. Il a une extension spatio-fréquentielle que l' on caractérisera par une distance Dlim, au delà de laquelle il est relayé oar le champ lointain Pour son analyse on fait appel à une méthode de calcul plus rigoureuse décrite par Fresnel. Pour cette raison, on appellera la region qu'il couvre, "zone de Fresnel".
La distance frontiere s'exprime de la maniere suivante :

H est la hauteur de la source, l'empilement DOSC par exemple en mètres.
F est la fréquence exprimée en kHz.

4 b / Analyse des zones de Fresnel et de Fraunhofer.

On s' attache à différencier les zones de Fresnel et Fraunhofer parce que les champs sonores y sont résolument différents. D' autre part, la zone de Fresnel habituellement tres proches des sources peut dans le cas bien specifique du Dosc, profiter d'une extension spatiale couvrant largement la zone d'audience. Dans ces conditions, les notions que tout sonorisateur a l'habitude de manipuler telles que directivité, pression sonore, sont dénuées de fondement et doivent entierement etre révisés.

Si l'on se limite à l'exemple du DOSC, la zone de Fresnel est caracterisée par :

Quand on entre en zone de Fraunhofer, le champ se modifie et présente les caractéristiques suivantes :

4 c / Quelques applications numériques.

L'epression de la frontière entre les zones de Fresnel et de Fraunhofer est universelle ; elle convient aussi bien au haut parleur traditionnel qu'au DOSC. Cependant, comme nous allons le constater ci apres, celle ci devient significative dans le cas du DOSC, la zone de Fresnel étant commenous le disions précédemment, habituellement extrèmement réduite, voire inexistante.

Prenons l'exemple d'une source sonore de taille usuelle, 40cm ; supposons qu' elle soit plane et isophase. Dans ces conditions; la frontiere entre les zones de Fresnel et Fraunhofer est :

La zone d'audience est en pratique toujours en zone de Fraunhofer : on est dans les conditions habituelles.

Portons la hauteur de la source à 1m60 ; ce qui correspond a un petit empilement DOSC. Sa frontière est maintenant :

Formons enfin un empilement de 3.2 m pour une utilisation de forte puissance. Désormais :

Pour la première fois en sonorisation de puissance, la zone d'audience se trouve entierement plongée dans la zone de Fresnel dans la partie du spectre qui jusque là posait problème.

Nous présentons dans le paragraphe suivant quelques conséquences immédiates du fonctionnement d'un système de sonorisation en zone de Fresnel.

5 / Supériorité du DOSC

5 a / Portée

A titre de comparaison, nous presentons ci dessous un tableau comparatif des niveau sonore à distance entre un système classique et un DOSC, chacun produisant un niveau SPL arbitrairement fixé de 120 db à 10 mètres (on ne tiendra pas compte de l'obsorbtion de l'air). On supposera que l'empilement DOSC est suffisamment important pour que tout la zone d' audience soit en zone de Fresnel (cf paragraphe précédent).

Les chiffres parlent d'eux mêmes ! Il conviendra , pour toute application qui nécessite un simulation par ordinateur de remplacer l'expression habituelle de l'intensité sonore I x (1/D²) , soit :

SPLx = SPLr - 20 log Dx/Dr

par l'expression suivante qui tient compte de I x 1/DF

SPLx = SPLr - 10 log Dx/Dr

5 b / compensation de l'absorbtion

d'apres le lois physiques qui régissent la distance limite (Dlim), l'extension du champ de Fresnel est d'autant plus grande que la fréquence est élevée, ainsi que nous l'avons vu précédemment.

Dans le tableau ci-dessus, nous voyons que grâce à la contribution des champs de Fresnel (dans le plan vertical) et de Fraunhofer (dans le plan horizontal), la propagation de type cylindrique obtenue (colonne DOSC) permet, à distance, d'obtenir un niveau sonore supérieur à celui que procure une propagation de type sphérique.

Or, ce qui se passe en pratique est que l' onde se propage d'abord cylindriquement, puis suivant le mode sphérique dans lequel l' atténuation avec la distance est plus grande.

Il en résulte un balancement de l' équilibre tonal qui s'accroit avec la distance, privilégiant les fréquences aigües.

Or on sait que l'bsorbtion de l'air agit exactement en sens inverse, réduisant de manière significative le niveau des fréquences aigües par rapport aux graves à mesure que la distance augmente.

Les phénomènes sont donc inverses et se compensent.

L'epérience que nous avons de l'utilisation du système DOSC confirme d'ailleurs ceci :
C'est bien le seul système à notre connaissance capable de conserver un spectre sonore entier et homogène à grande distance, sans nécéssiter une égalisation priovilégiant outrancieusement les fréquences aigües à moyenne et courte distance.

5 c / cohérence d'un ensemble de source

Lorsqu'un ensemble de sources sonores générant des ondes sphériques (systemes conventionnels) sont juxtaposées, trois modes de propagation peuvent etre constatés :

En pratique, le mode chaotique est dominant. Il s'apparente à un champ réverbéré, par ses multiples interférences et par sa prédominance des fréquences graves.

Un problème fondamental lié au mode chaotique est l'impossibilité de réaliser une égalisation correcte du système, puisque la réponse varie en fonction de la position du point d'observation (découte).

Dans le cas du DOSC, le front d'onde est isophase et cylindrique. Si l'on cherche à multiplier les sources, entre autres pour augmenter la puissance, on empile plusieurs systemes en alignement vertical.

DANS CE CAS, ON AUGMENTE SIMPLEMENT LA HAUTEUR DU FRONT DE LA PORTION DE CYLINDRE CONSTITUE PAR LE FRONT D'ONDE !

Ainsi l'empilement sur une grande hauteur de systèmes DOSC ne nuit en rien à la cohérence du front d'onde ni à la qualité de la restitution soonore, mais augmente simplement la distance sur laquelle l' onde est cylindrique (accroissement de Dlim).

En réalité, les eules limites à l'empilement de systemes sont la stabilité mécanique de l' empilement : il ne faudrait pas qu'il tombe !

5 d / Controle de la couverture sonore

L'a bsence d'ouverture angulaire verticale permet d'utiliser le DOSC pour "arroser" une zone tres nettement délimitée d'un audience, à la manière d' un faisceau laser en optique.

On peut ainsi, éventuellement avec des reglages différents de niveaux et d' égalisation, résoudre les problèmes de certaines salles, zone par zone.

L' angle d'ouverture horizontale suit, par contre, les regles classiques de la propagation suivant le mode de Fraunhofer.

Une géométrie permettant de contrôler efficacement la couverture horizontale, liée à une détermination géographique tres précise du champ sonore vertical (l'attenuation est toujours supérieure à 13 dB des que l'on sort du champ à la hauteur de la source), permet uen mise en oeuvre extrèmement précise et une adéquation parfaite du système aux exigences de la couverture sonore.

En résumé, les avantages du DOSC par rapport aux systèmes classiques sont fondamentaux, et dépourvus de contreparties ou d'inconvénients impliquant des compromis.

6 / Le Futur Produit

Le futur produit est de par son cahier des charges extremement ambitieux : à la mesure du progrès fondamental que constitue le concept DOSC, il doit imposer de manière irréfutable sa supériorité sur les systemes traditionnels. Il doit tout d'abord permettre d'obtenir des niveaux de pression acoustique et une qualité sonore jusque là inégalées dans les espaces de plein air et les plus grandes salles de concerts.

Il doit également pouvoir offrir une qualité de reproduction sonore à la hauteur des autres systemes -bien moins puissants- de la gamme Heil, dans des applications de sonorisation de salles moyennes.

Enfin, le produit doit etre simple à mettre en oeuvre, facile à manipuler et à stocker.

L'esthetique et la discrétion d'un empilement de systemes constitue pour finir, le dernier critere qui sera pris en compte pour faire de ce produit un succes commercial international à la mesure du succes technique que constitue déjà l'invention du DOSC!

Pour parvenir completement à ses fins, il nous manque une expérience : la vôtre, celle que vous avez acquise sur le terrain en tant qu'utilisateur.
Rassurez vous, nous ne ferons aucune impasse ! Nous allons bientôt vous contacter pour provoquer des réunions, nous pourrions dire des cercles de produit.