FOCAL SOPRA N°1

Enceinte bibliothèque 2 voies

L’enceinte haute-fidélité Sopra est le nouvel archétype de l’enceinte acoustique haut de gamme d’aujourd’hui. Sopra inaugure clairement une nouvelle voie avec de nouveaux critères de performances : compacité, modernité, pureté du design, personnalisation. Autant de points essentiels pour une intégration harmonieuse dans nos intérieurs. Elle se rapproche des performances ultimes des enceintes "ultra high-end" de la ligne Utopia III, qui restent à ce jour les enceintes les plus extraordinaires conçues par Focal.

Compacte et musclée, Sopra N°1 est un condensé technologique. Avec le circuit magnétique "NIC", la suspension "TMD" du woofer-médium et la charge par pavillon "IHL" du tweeter, elle est un véritable "démonstrateur" de l’apport à la qualité de l’écoute des technologies lancées avec Sopra. En premier lieu, le niveau de distorsion très bas confère une pureté incroyable à l’écoute avec une définition très poussée et une spatialisation spectaculaire propre aux enceintes bibliothèque… Et au-delà de cette séduisante première impression, ce qui frappe est la texture et le moelleux de la matière sonore. Il y a "de la chair", le son est pulpeux avec un registre grave plein et articulé. La précision n’est pas factice (pas seulement limitée aux seules fréquences élevées). La cohérence globale et la richesse harmonique apportent une étonnante compréhension de la musique.

FOCAL SOPRA N°1 : Maîtrise des coffret et choix des matériaux

Les coffrets Sopra sont fabriqués en France, dans les ateliers de notre ébénisterie de Bourbon-Lancy avec les mêmes méthodes que pour Utopia. La face avant reprend le principe "Gamma Structure", de 69 mm d’épaisseur usinée dans la masse d'un assemblage de panneaux MDF. Elle apporte par sa densité l’inertie nécessaire pour offrir un référentiel mécanique inerte pour une définition optimale. L’intérieur du coffret n’offre aucune paroi parallèle dans le sens latéral. De petits résonateurs d’Helmholtz ont été ajoutés dans la partie inférieure pour pallier aux ondes stationnaires dans le sens vertical. Pour la base de l’enceinte, le verre a été retenu comme matériau afin d’offrir, au travers des pointes, un couplage au sol avec la plus haute vitesse de propagation possible, éliminant ainsi tout effet de halo dans le grave.

FOCAL SOPRA N°1 : Tuned Mass Damper

La maîtrise du medium est dictée par la suspension entre la structure solide du haut-parleur et la membrane mobile. La réponse a été trouvée avec une technique employée dans les systèmes antisismiques pour les gratte-ciel, que l’on retrouve aussi dans les véhicules de compétition. La technologie TMD (Tuned Mass Damper) optimise la suspension qui contrôle la résonnance. Cette solution réduit les distorsions et augmente la définition.

FOCAL SOPRA N°1 : Structure Gamma

Un choix optimal

La surface du coffret d’une enceinte est infiniment supérieure à celle des membranes des haut-parleurs, aussi peut elle rayonner des sons à un niveau proche de celui des membranes, sons qui sont colorés et déformés par les résonances de la structure du coffret. Cela altère la reproduction et brouille l’image sonore. Pour prévenir un tel "parasitage", il est essentiel que le coffret soit le plus inerte possible, qu’il ne soit pas émissif. Chez Focal, nous utilisons du MDF (Médium Density Fiber) pour obtenir cette inertie. Ce matériau peut sembler "low tech" comparé à d’autre matériaux employés par certains concurrents, mais le MDF a des avantages intrinsèques qui nous le font considérer comme un choix optimal pour la réalisation de coffrets.

Tout d’abord, il est dense et suffisamment rigide (quand utilisé en forte épaisseur pour les faces avant massives) pour s’opposer en réaction à l’accélération des équipages mobiles sous l’effet de la force magnétique. Lorsqu’un cône est propulsé par la bobine mobile, une force opposée agit en réaction au niveau du châssis du haut-parleur. Cette force de réaction est l’une des causes principales qui génèrent des vibrations dans la structure du coffret, aussi doit-elle être parfaitement maîtrisée. Une face avant de masse très élevée est requise, mais des rigidificateurs doivent être également judicieusement positionnés pour contrôler les résonances des autres parois du coffret. Un coffret réalisé dans un matériau très rigide peut être aussi mauvais qu’un coffret insuffisamment rigide, car il repousse les résonances dans une zone de fréquence plus élevée où l’oreille est plus sensible.

Ensuite, le MDF s’apparente à une structure sandwich, principalement en forte épaisseur, avec les faces, de part et d’autre de la plaque, qui sont plus denses que le coeur de la plaque. Cette particularité contribue à la rigidité mais aussi confère un amortissement interne naturel qui aidera à absorber les vibrations parasites éventuelles. Pour Sopra et Utopia, les faces avant utilisent des plaques de MDF de forte épaisseur contrecollées pour multiplier l’effet sandwich. Enfin le MDF, peut être aisément usiné avec des commandes numériques pour obtenir des formes courbes. Un premier avantage au plan acoustique parce que de telles formes évitent des réflexions directes en diffractant progressivement l’onde sonore tout autour du coffret, éliminant ainsi les émissions secondaires conséquences des réflexions directes sur des angles vifs. Second avantage au plan structurel, car une forme courbe offre une rigidité intrinsèque supérieure à un panneau plan.

FOCAL SOPRA N°1 : L'exigence dans le détail

La ligne Sopra est délibérément épurée, mais offre aussi à l'amateur la jubilation de nombreux détails à découvrir. Une grille au motif en treillis dynamique vient protéger et signer le tweeter Béryllium. Ce même motif est repris sur la plaque arrière courbe qui obture la pièce intermédiaire. Le dessin du bornier, les écrous à ailettes et les pointes réglables sont spécifiques. Les quelques vis volontairement apparentes ont été dessinées pour Sopra et sont fabriquées par des spécialistes de l'horlogerie. 

FOCAL SOPRA N°1 : De la performance à l'esthétique

L’agence de design Pineau & Le Porcher a dessiné Sopra en s’attachant à un principe : aucun sacrifice de la performance à l’esthétique. La ligne Sopra est destinée aux passionnés de son. Son design favorise naturellement la performance, tout en conciliant les qualités attendues d'un objet qui va s'intégrer dans des intérieurs et des décorations très soignés. Finitions laquées ou bois satinés s'associent à des matériaux nobles pour une ligne épurée. Un effort particulier a également été apporté à la face avant et notamment autour des haut-parleurs : toute aspérité inutile a été lissée pour valoriser l'acoustique et l'apparence. L'architecture de Sopra est articulée autour de la pièce intermédiaire. Réalisé en injection polyuréthane, cet élément permet d’incliner les caissons hauts et bas pour le "Focus Time", la convergence acoustique des voies.

FOCAL SOPRA N°1 : Le tweeter en BÉRYLLIUM

Matériau rare et précieux

La rigidité du Béryllium est tellement grande qu’il est le seul métal à pouvoir rayer le verre. C’est le matériau de prédilection pour une membrane de tweeter ! Son prix – il est 50 fois plus cher que l’or – en fait une matière à réserver aux meilleurs rendus acoustiques attendus. Aujourd’hui, le tweeter en Béryllium équipe les produits d’exception chez Focal.

Une réponse en fréquence étendue à 40 khz :

Après deux années de recherche et développement, Focal est à l’origine d’une première mondiale avec le formage d’un dôme inversé en Béryllium pur capable de couvrir plus de cinq octaves (1 000 Hz - 40 000 Hz). Quel intérêt avons-nous à rechercher une réponse étendue à 40 kHz alors que l’oreille humaine entend jusqu’à 20 000 Hz ? Plus la réponse en fréquence est étendue dans le haut du spectre, meilleure est la réponse impulsionnelle, donc meilleure est la perception des transitoires et autres micro-détails sonores. De plus, la linéarité de la courbe de réponse d’un haut-parleur est principalement fonction de la mise en adéquation de trois paramètres contradictoires : légèreté, rigidité et amortissement.

Des caractéristiques acoustiques incroyables : 

À ce jour, un seul matériau permet de franchir un pas décisif, le Béryllium. Pour des dômes de masse identique, le Béryllium est 7 fois plus rigide que le titane ou l’aluminium, matériaux qui offrent à masse équivalente la même rigidité. Le son se propage également 3 fois plus vite que dans le titane et 2,5 plus vite que dans l’aluminium. Au final, la linéarité de la courbe de réponse en fréquence, la transparence acoustique et la réponse impulsionnelle du tweeter à dôme inversé en Béryllium sont parfaites et garantissent une totale maîtrise du travail à effectuer.

FOCAL SOPRA N°1 : Pavillon IHL

Dans le cadre du développement du projet Sopra, l'exigence de compacité nécessitait d’utiliser le volume maximal du coffret pour le grave. Les ingénieurs Focal ont dû trouver un nouveau système pour charger le tweeter. Le tweeter Béryllium possède un dôme d’une incroyable légèreté et d’une extrême rigidité. Sa principale limitation provient de la compression de l’air dans la cavité arrière. Idéalement, pour s’affranchir de cette limitation, il faudrait disposer d’un volume quasi infini.

Système IHL : Infinite Horn Loading

L’arrière du tweeter Béryllium est chargé par une petite cavité qui communique avec l’extérieur du coffret par l’intermédiaire d’un pavillon. L’intérieur de ce dernier est rempli d’un matériau amortissant. L’onde arrière du tweeter est ainsi délicatement et progressivement absorbée. Son impédance acoustique tend vers zéro de sorte qu’aucune résistance ne vient altérer les déplacements du dôme. La définition est poussée à son maximum. Ce dispositif fait l’objet d’un brevet.

L’avantage de cette géométrie est de n’affecter que très faiblement le volume interne du coffret. Nous pouvons ainsi tirer le meilleur parti des woofers pour maximiser les performances du grave, avec un positionnement idéal du tweeter, et ce, dans une enceinte aux dimensions raisonnables.

Par ailleurs, nous nous devions d’isoler le tweeter de toute vibration parasite. Le support tweeter est réalisé dans une pièce monobloc en polyuréthane injecté optimisant la masse et l’amortissement dans un volume maîtrisé.

Comparaison de la distorsion multitone/Klippel entre notre version IAL 1 en rouge et le nouveau dispositif IHL en bleu. Une réduction de 30 % est obtenue entre 1,5 et 4 kHz.

FOCAL SOPRA N°1 : Suspension TMD (Tuned Mass Damping) : 

Une innovation pour valoriser les médiums.

Le registre médium est sans doute le plus complexe à maîtriser dans un système acoustique. D’une part, il doit assurer une jonction harmonieuse en énergie avec la voie grave. D’autre part, il doit se raccorder en cohérence avec le tweeter en termes de dispersion et d’accélération. L’homogénéité des timbres et la spatialisation en dépendent. Focal a travaillé ces vingt dernières années à maîtriser le "break up" des membranes (fréquence à laquelle le cône se déforme et engendre des distorsions) avec les membranes composites "W" de 3e génération et à abaisser drastiquement la résonance du tweeter avec l’IAL 2. Aujourd’hui, grâce à la puissance de l’analyse numérique par éléments finis, nos équipes ont développé un outil de simulation pour visualiser le comportement en dynamique de la suspension qui assure la liaison du cône avec le saladier, révélant ainsi les dysfonctionnements sur lesquels progresser.

L'amortisseur harmonique TMD :

Suite à la découverte de ces dysfonctionnements, la problématique a été d'imaginer un dispositif permettant de les maîtriser. Les solutions connues pour augmenter l’amortissement de la suspension conduisent à augmenter la masse et altèrent par conséquent la définition. La réponse a été trouvée avec une technique employée dans les systèmes antisismiques pour les gratte-ciel, que l’on retrouve aussi dans les suspensions de véhicules de compétition ! Il s’agit de la technique "Tuned Mass Damper" : une masse additionnelle vient osciller en opposition à la résonance pour la contrôler.

Appliquée au haut-parleur, la solution consiste tout simplement en deux "bourrelets" circulaires moulés dans la masse de la suspension et judicieusement dimensionnés et positionnés. Ils constituent notre amortisseur harmonique (TMD) et stabilisent le comportement de la suspension à la résonance pour éviter les déformations du cône et ne pas pénaliser la dynamique. Cette innovation fait l’objet d’un brevet.

Le principe de l’amortisseur harmonique "TMD" :

Le principe de l’amortisseur harmonique "TMD" : En rouge, un système m1/k1 avec une résonance très marquée. L’ajout d’un dispositif masse-ressort m2/k2 (partie supérieure du schéma central) aura un comportement présentant deux pics de résonance comme sur la courbe bleue. Le creux ou anti-résonance étant préalablement calé sur la résonance du dispositif principal, nous obtenons la courbe verte et enfin, en dosant judicieusement l’amortissement, nous aboutissons à la courbe violette. La résonance a pratiquement disparu !

Dans le cas des haut-parleurs de la ligne Sopra, nous avons associé cette innovation à un cône à forme exponentielle afin d’étendre sa réponse en fréquence, et donc sa réponse impulsionnelle. Autre argument pour augmenter encore la définition.

Mesures et analyses :

Amélioration de la linéarité entre 1 et 2 kHz et l’extension en fréquence apportée pour partie par le profil exponentiel de la membrane.

En bleu, notre médium de dernière génération. En rouge, un médium W de génération précédente. Les perfectionnements du circuit magnétique apportent aussi leur contribution. NB : le creux à 3 kHz vient de l’absence de cache noyau sur l’exemplaire de test.

Action de l’amortisseur harmonique sur la linéarisation de la réponse en fréquence entre 1,5 et 2 kHz (en bleu, avec TMD et en rouge, sans TMD).

Action de l’amortisseur harmonique sur la distorsion qui est réduite de moitié entre 1,5 et 2 kHz (en bleu avec TMD et rouge sans TMD).

FOCAL SOPRA N°1 : Le circuit magnétique NIC

De la stabilité du champ magnétique dépend la précision et le détail de la reproduction.

après avoir repoussé les limites avec des dispositifs à électro-aimant, nos ingénieurs ont pris conscience que le champ magnétique, quelle que soit son intensité, possède une dimension dynamique que nous ne contrôlions pas.

Le champ magnétique n’est pas stable car il est modulé par trois facteurs :

- le déplacement de la bobine (loi de Lenz),

- le courant la traversant (courant de Foucault),

- la fréquence.

Par conséquent, la bobine et l'ensemble de l’équipage mobile incluant la membrane viennent prendre appui sur un champ magnétique qui devient "élastique", ce qui se traduit par une perte de précision.

La technologie NIC - (Neutral Inductance Circuit) :

Après trois années de recherche et le développement d’un logiciel de simulation qui a permis de visualiser ces interactions complexes, les ingénieurs Focal ont créé un circuit magnétique d’une stabilité incroyable pour la ligne d'enceintes haute-fidélité Sopra.

La solution, la technologie NIC, réside dans une bague de Faraday dont les dimensions, la matière et le positionnement ont été optimisés pour rendre le champ magnétique insensible à la position de la bobine, à l’intensité et à la fréquence du courant la traversant.

Analogie visuelle des perturbations magnétiques : 

Mesures et analyses : 

Mesure effective faite sur Klippel® pour un medium de 6" : en bleu avec le nouveau circuit "NIC" et en rouge avec médiumde 6" à moteur ferrite conventionnel. À gauche : Variation de l’inductance en fonction du courant traversant la bobine variant selon le message musical. Stabilité totale du circuit "NIC". À droite : Variation de l’inductance en fonction de la position de la bobine dans l’entrefer. Le résultat est spectaculaire.

Mesure effective faite sur Klippel pour un woofer de 8" : en rouge sans bague et en bleu avec bague optimisée grâce à notre outil de simulation. À gauche : variation de l’inductance en fonction du courant traversant la bobine variant selon le message musical. Stabilité totale. À droite : variation de l’inductance en fonction de la position de la bobine dans l’entrefer. Le résultat, là aussi, spectaculaire principalement quand la bobine rentre dans l’entrefer.

Réponse en fréquence : en bleu notre médium de dernière génération comparé à un médium W de génération précédente en rouge. L’extension en fréquence résultant de l’ensemble des perfectionnements dont en particulier le profil exponentiel est important. Elle augure une meilleure réponse transitoire. NB : Le creux à 3 000 Hz vient de l’absence de cache-noyau sur notre exemplaire de test.

Analyse de la distorsion "multitone" Klippel qui donne une vision globale des distorsions (harmonique et intermodulation) est révélatrice des progrès accomplis avec un gain de l’ordre de 10 dB soit une réduction de près de 70 %.

FOCAL SOPRA N°1 : Points clefs

- Nouveau haut-parleur médium grave avec suspension "TMD" (Tuned Mass Damper)

- Nouveau tweeter Béryllium "IHL" (Infinite Horn Loading)

- Des haut-parleurs développés et fabriqués en France par Focal