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Le site de Dominique, un amateur passionné

 

1-1-3-1 : Pourquoi des données sur les haut-parleurs

Mise à jour : 20 février 2023, Antimode 11.

 

Le calcul du volume d'utilisation, de la courbe de réponse, de la puissance admissible en fonction de la charge utilisée et du déplacement de la membrane demande un certain nombre de données électromécaniques sur les haut-parleurs.
Ces données n'ont rien à voir avec celles que retiennent les néophytes.
La puissance admissible, le poids du haut-parleur ou le diamètre du saladier ne servent à rien pour ces calculs.
Si je cite ce cas, c'est parce que j'ai eu de nombreux courriels qui me donnaient ces paramètres...

Le choix de l'enceinte à utiliser dépend pour une grande partie d'un paramètre, le Qts, qu'il faut connaître dans les conditions d'utilisation pour déterminer l'enceinte à utiliser.
Ce n'est pas vous qui dites : je veux faire un Bass reflex (par exemple) et je vais monter ce haut-parleur que j'ai sous la main.
C'est le Qts du haut-parleur, calculé dans les conditions d'utilisation, qui vous dira : oui effectivement le Bass reflex (par exemple) est le meilleur choix pour ce haut-parleur.

 

Paramètres de THIELE et SMALL d'un ou plusieurs HP, 1/3 :

Notez que le séparateur décimal est le point, et non pas la virgule, dans toute la base de données.
Si vous devez rentrer 0.65 Ohms dans la case résistance du filtre passif, vous entrez : zéro, point, six, cinq.

Nom de la Marque
La Référence du haut-parleur contient les caractères : 
Diamètre des HP a afficher : 
Type des HP a afficher : 
Type calculé des HP a afficher : 
Impédance des HP a afficher : 
Trié par
 
Température en °C (de 0 à 50°C) : 
Altitude en m (de -300 à +4000 m) : 
% Humidité relative en % (de 0 à 100%) : 
 
Facteur d'amortissement de l'ampli (Infini si >= 400) : 
Résistance du filtre passif : 
 
Nombre, montage et branchement : 

 

 

Les données d'un haut-parleur :

Les données électromécaniques du haut-parleur sont aussi appelées données T&S pour THIELE et SMALL, du nom de ceux qui les ont le plus vulgarisées.
Historiquement, Mr McLACHAN, OLSON, BENAREK, NOVAK ont défriché le terrain avant Mr THIELE et SMALL.
C'est dans les années 70, grâce à la diffusion de plusieurs articles dans le journal de l'AES (JAES), que le modèle de données et les équations de calculs se sont vulgarisés. J.E. BENSON a participé activement a ces articles.

Si vous avez ces données ci-dessous, je ne pourrai pas vous aider, sauf pour l'inductance et le Xmax qui me sont utiles, mais non suffisants :

image385.jpg

 

Par contre, si vous avez les données ci-dessous, j'ai tout ce qu'il me faut et même plus :

image386.jpg

 

Les paramètres minimaux sont :

Fs, Vas et Qts.

 

Idéalement, les paramètres sont :

Fs, Re, Vas, Qms, Qes, Sd, Le, Xmax, Paes, et bien sûr la marque, la référence et le type.
Les autres paramètres seront calculés à partir de ceux-ci.
Explication des paramètres Fs, Vas, Qms, Qes, Qts, BL et Mms, Xmax et Paes.

 

Il y a une base de données haut-parleurs qui permet d'avoir le cas d'emploi pour chaque haut-parleur : plus d'erreur possible à ce niveau.

  • Vous connaissez le haut-parleur, utilisez le formulaire ci-dessous.
  • Vous voulez faire une recherche multicritères, utilisez la Base de Données complète.
  • Vous voulez faire un calcul de courbe de réponse, utilisez la Base de Données.
  • Vous avez les paramètres T&S de votre haut-parleur qui n'est pas en Base de données : entrez-le vous-même, en base de données temporaire, avec le 2e formulaire ci-dessous.

 

Vous pouvez entrer vous même un haut-parleur dans la base de données temporaire.
Je suis le seul à pouvoir copier les données, après vérification, dans la base de données opérationnelle.
Le formulaire ci-dessous fonctionne, et est identique a celui accessible par les menus de la base de données.
Les explications détaillées sont dans le lien ci dessus.

 

Formulaire : Entrer un HP dans la base de données temporaire.

Liste des références existantes dans la base de données Opérationnelle

Liste des références existantes dans la base de données Temporaire

Meci de vérifier soigneusement si la référence du HP n'existe pas déjà dans la base de données opérationneles.
La référence est en majuscule (sauf la version v1, v2, v2009, vp pour version personnelle, ect...).
Il peut y avoir un espace quelque part dans la référence.
La méthode la plus sure est de faire une recherche sur quelques caractères en utilisant "La Référence du haut-parleur contient les caractères :"

Nom de la Marque : 
Référence : 
Type du HP : 
Fs ( en Hz ) : 
Vas ( Unité à choisir ci-dessous ) : 
Unité pour Vas : 
Re ( en Ohms ) : 
Qms
Qes
Sd ( Unité à choisir ci-dessous ) : 
Unité pour Sd
Inductance Le ( en mH ) : 
Xmax ( Unité à choisir ci-dessous ) +/- : 
Unité pour Xmax
Puissance AES ( en W ) : 
Code avis HP : 
Email VALIDE
Commentaires, Remarques : 

 

 

Les champs Référence, Fs, Vas, Re, Qms, Qes, Sd, Xmax et Email ne doivent pas être vide.
Si la Marque n'est pas dans la liste, merci d'indiquer la marque a créer dans le champs Commentaires, remarques, avec si possible l'adresse email du site de la marque.
Choisissez un Type du HP dans la liste. A_pas_de_type n'est pas accepté.
Indiquez si nécessaire en Commentaires, remarques, un nouveau type à créer, ou le doute sur votre choix.
Si l'un de ces champs est vide ou non conforme, le haut-parleur ne sera pas entré en base de données temporaire.

Avec les données, il est possible de répondre à la question : comment utiliser au mieux le haut-parleur.
Sans les données, aucune réponse n'est possible, je ne fais pas de miracle et je refuse de répondre dans ce cas.
Plusieurs internautes m'ont signalé que SUPRAVOX mesure facilement les haut-parleurs, c'est toujours bon à savoir.

 

Les données constructeurs :

La plupart des constructeurs donnent les données électromécaniques de leurs haut-parleurs, nous avons donc toutes les raisons de penser qu'elles sont justes.
Deux points contrarient cette approche :

  • Les tolérances de fabrication des haut-parleurs.
  • Les évolutions des paramètres au fil des années.

 

Les tolérances de fabrication des haut-parleurs :

Exemple : le DIATONE P610PB dans la base de données, j'ai coupé l'affichage de la sensibilité.

image796.jpg

 

Si on regarde les variations sur Fs, 79 Hz au minimum, 93.1 Hz au maxi, la moyenne est à 86 Hz et les variations sont de plus ou moins 9%.
Sur les anciennes documentations, AUDAX indiquait la tolérance sur Fs, par exemple 50 ±5 Hz.

Tout calcul de haut-parleur devrait intégrer une vérification à +10% et -10% sur Fs.
Si la solution choisie reste correcte dans cette fourchette, vous n'aurez pas de soucis.
Si Fs, Vas et Qts pris séparément varient, Fs/Qts et VasxQts2 restent constant. Les formules exactes sont :

  • Fs / Qes = BL/ ( 2 * pi * Re * Mms ).
  • Vas * Qes2 = Re2 * Mms * Sd2 * Ro * C2 / BL4.

C'est Fs / Qts et Vas x Qts2 qui restent constants, qui est actuellement utilisée dans la base de données, par exemple avec le DIATONE P610DB.
Les affichages à -10% Fs et à +10% Fs n'existent plus aujourd'hui.

image797.jpg

image798.jpg

 

Si un paramètre vous manque, demandez-le, il sera rajouté, car s'il vous est utile il sera aussi utile à d'autres.

 

Les évolutions des paramètres au fil des années :

Exemple  : le SUPRAVOX 215RTF64 dans la base de données.

image799.jpg

 

Dans tous les cas cela reste une utilisation sur baffle plan, mais le Qts baisse au fil des ans.
Dans ce cas, la seule solution est de mesurer les paramètres électrodynamiques de votre haut-parleur pour avoir des données justes.
Utiliser un haut-parleur ancien en prenant les données d'aujourd'hui n'est pas une bonne idée.

 

 

Une précision importante

Mise à jour : 20 février 2023, Antimode 11.

 

Les données "haut-parleur seul" fournies aujourd'hui par les constructeurs sont Qms, Qes et Qts.

Avec une self en série, une résistance, un ampli avec un facteur d'amortissement faible, les données Qes et Qts sont modifiées.
Reprendre Qes et Qts pour les données modifiées entraîne un risque important de confusions.
Pourtant les livres, pour les calculs d'enceintes, utilisent toujours Qms, Qes et Qts sans dire explicitement si ce sont les données du haut-parleur seul, ou les données du haut-parleur branché sur l'ampli et le filtre.

Malgré tout, j'ai décidé de garder pour les calculs les notations que vous lirez partout :

  • Qms, Qes et Qts pour les données "haut-parleur seul.
  • Qes et Qts pour le haut-parleur branché sur l'ampli et son filtre, en sachant que ce ne sont pas les mêmes valeurs que pour le haut-parleur seul.

Pour les différencier, les Qes et Qts pour le haut-parleur branché sur l'ampli et le filtre, des Qes et Qts du haut-parleur nu, les Qes et Qts sont en rouge gras.
Les Qms, Qes et Qts pour le haut-parleur nu sont en noir.

Il y a un risque réel de confusions à ce niveau.
J'aurais souhaité prendre des termes différents tels que Qeg et Qtg pour les données du haut-parleur branché sur l'ampli et le filtre passif, mais je ne fais pas les normes.
Donc je conserverai les mêmes termes, avec un code de couleur pour les différencier.

Retour au chapitre haut-parleurs : Aspects théoriques.
Retour au chapitre enceinte et ampli du commerce.

 

Résistance en série :

Une résistance en série change le Qes et le Qts du haut-parleur en Qes et Qts.
Cette résistance en série peut-être :

 

Soit :

  • Rf la résistance en série.
  • Re la résistance au courant continu de la bobine du haut-parleur.
  • Qes le coefficient de surtension électrique du haut-parleur.

Qes = Qes * ( ( Re + Rf ) / Re
Qts = Qms * Qes / ( Qms + Qes )

 

Cette résistance en série diminue la sensibilité du haut-parleur branché sur son ampli : 20 * LOG( Re / ( Rf + Re ) ). Par exemple si :

  • Re = 6 ohms.
  • RF = 1 ohm.

La perte de sensibilité est de : 20 * LOG( 6 / ( 6 + 1 ) ) = -1.339 dB.

 

Le chapitre Bass reflex ou le chapitre Enceinte Close vous expliquera l'intérêt à ajouter une résistance en série dans certains cas très ciblé.
Le chapitre baffle plan vous explique l'intérêt d'une résistance série qui remonte le Qts à 0.70 pour linéariser la phase au-dessus de 4xFs.
Enfin, évitez d'avoir à ajouter une résistance en série à un haut-parleur de grave pour ajuster sa sensibilité à celle du médium.
Ou alors, faites-le en parfaite connaissance de cause.

 

 

Il manque des données

Mise à jour : 20 février 2023, Antidote 11.

 

Tous les fabricants n'ont pas le sérieux qui convient dans les données qu'ils affichent
Je recalcule systématiquement 3 paramètres :

  • Qts = Qms * Qes / ( Qms + Qes )
  • Mms = ( C * Sd / 2 / pi / Fs )2 * Ro / Vas
  • B.L = Racine ( 2 * Pi * Fs * M * Re / Qes )

Notez que Mms peut être calculé autrement :
Cas = Vas / ( Ro x C2 )
Mas = 1 / ( ( 2 x Pi x Fs )2 x Cas )
Mms = Mas x Sd2

Ce qui est rigoureusement à la formule ci-dessus...

Il y a un piège entre Mms, Mmd et Mnrf :

  • Mmd est la masse de la membrane.
  • Mnrf est la masse mécanique de rayonnement frontal, la masse d'air poussée par le membrane.
    Mnrf = (8*Ro*Rd3)/3, ou Rd est le rayon de la membrane.
  • Mms = Mms + Mnrf

Suivant qu'un constructeur indique Mms ou Mmd, les valeurs diffèrent.
Calculer la bonne valeur directement à partir des autres paramètres est un gros gage de sécurité.
La documentation du module LIMP d'ARTA donne des équivalences entre les paramètres :

image931.jpg

 

  • La formule qui permet de calculer la valeur de 112.1 est :
    10 * LOG( Ro * C / 2 / Pi ) - 20 * LOG( Po ), avec Po = 2 * 10-5, qui donne des valeurs entre 112.0 et 112.2 en fonction des valeurs d'altitude, température et humidité utilisée.
    La valeur utilisée par ARTA correspond à  20°C, 40% d'humidité et 100 m d'altitude, C=343.711 m/s, Ro=1.187 kg/m3, valeur 112.104.
    Po = 2 * 10-5 Pa, est le seuil de sensibilité de l'oreille humaine, et correspond au 0 dB.
  • Il existe une autre formule qui utilise l'intensité acoustique en W/m2 :
    10 * LOG( 1 / 10-12 ) - 10 * LOG( 2 * Pi * 12 ) = 120 - 7.982 = 112.018 dB
    C'est une sensibilité dans 2 Pi stéradian, à 1m.
    10-12 W/m2 est le seuil de sensibilité de l'oreille humaine, et correspond au 0 dB

&Ecute;tant donné que les mesures des haut-parleurs sont effectuées en pression, c'est la première formule qui est utilisée dans les calculs en base de données HP.
La sensibilité est donc légèrement différente avec les paramètres de température, d'altitude et d'humidité.

 

Le filtre passif :

Un haut-parleur coupé en passe haut par un filtre passif "parallèle" à une ou des selfs en séries.
La résistance de ces selfs n'est pas négligeable.

Pour vous donner un ordre d'idée, une self de 4.7 mH en 12/10e fait 0.92 ohms et coûte 16 €.
La même self en fil plat de 0.07x47 mm fait 0.45 ohms et coûte 50 €.
Une self de 4.7 mH sur 8 ohms coupe à 270 Hz, si le filtre est à 6 dB/octave.

Une résistance de self est rigoureusement équivalente à une résistance en série avec le haut-parleur.
Tout ce qui est dit dans le chapitre précédent est donc valable dans le cas d'une self.

Illustrons un peu les choses avec le SUPRAVOX 215RTF64 de 77 dont les données se trouvent plus haut dans le chapitre.
Sans résistance de filtre passif, le Qts est de 0.598.
Avec une self de 0.92 ohms de résistance, le Qts passe à 0.673, ce n'est pas la même chose.

Oublier la résistance du filtre passif est un excellent moyen de se planter.
Ne pas me signaler la présence d'un filtre passif lorsque vous me demandez un conseil est aussi un bon moyen de ne pas avoir la réponse optimale, je vous rassure, je vous poserai la question.
Par contre dans le cas d'un filtre actif il n'y a pas de self, ni la résistance qui va avec, et les données T&S du fabricant s'appliquent directement.

La base de données complète vous demande systématiquement la valeur de la résistance du filtre passif, et vous affichera les données corrigées.
Le paramétrage par défaut est à 0, qui correspond à "pas de filtre passif" ou à "filtre actif".

image800.jpg

 

L'ampli :

Le facteur d'amortissement exprime la même notion que la résistance interne, mais d'une autre façon, ou la charge est prise en considération.

Une formule lie la résistance interne Rg de l'ampli, le facteur d'amortissement FA, et l'impédance Z du HP :

  • FA = Facteur d'Amortissement.
  • Rg = Résistance interne de l'Ampli, "du générateur".
  • I = impédance.
  • RA = I / FA.

Prenons, par exemple, mon ancien ampli HAFLER TA1600 qui a un facteur d'amortissement de 300 sur 8 ohms à 1000 Hz.
La résistance interne est Rg = 8 / 300 = 0.027 ohms.
Cette valeur est totalement négligeable et ne change pas le Qts du haut-parleur.

Maintenant certains amplis ont un facteur d'amortissement beaucoup plus faible.
Ce sont des amplis qui travaillent plus en courant qu'en tension, généralement les amplis à tubes, mais certaines réalisations à transistors sont aussi dans ce cas.
Imaginons un facteur d'amortissement de 40 sur 8 ohms, la résistance interne Rg = 8 / 40 = 0.200 ohms.
Ce n'est déjà plus négligeable.

Un internaute m'a indiqué, avec des réserves, la méthode de calcul du facteur d'amortissement d'un amplificateur à tubes.
Ce facteur FA c'est : Résistance d'anode du tube, divisé par le rapport primaire sur secondaire du Transfo de sortie, sur la sortie 8ohms.
Par exemple : 700 / ( 2500 / 8 ) = 2.24 ohms, donc FA = 8 / 2.24 = 3.571.
Merci aux lecteurs qui pourront confirmer, ou corriger, cette formule qui n'est pas facile à trouver dans les livres spécialisés.

Quand vous avez un ampli dont la résistance interne est de 0.5, 1, 2 ou 5 ohms, il est indispensable que la résistance interne soit prise en compte dans le calcul du Qts du haut-parleur.
À ce niveau la non-prise en compte de la résistance interne de l'ampli entraîne le plantage pur et simple de la réalisation.

Des électroniciens m'ont dit qu'il était possible de faire un ampli avec une résistance interne négative.
Cette résistance interne négative va faire baisser le Qts du haut-parleur.
Là encore, la non-prise en compte de cette résistance interne négative peu entraîner un plantage pur et simple.

La résistance interne de l'ampli se rentre exactement comme la résistance de la self, ou comme une résistance en série.
Dans la base de données complète, vous entrez directement la valeur du facteur d'amortissement de l'ampli sur 8 ohms.
Si vous ne connaissez pas la valeur de votre ampli, laissez la valeur par défaut : 100 sur 8 ohms.

image800.jpg

 

Je reviens sur le facteur d'amortissement de mon ampli HAFLER donné à 1000 Hz.
La prise en compte de la résistance interne, et la modification du Qts qui en résulte, a un effet aux fréquences basses, en dessous de 250 Hz.
Une valeur du facteur d'amortissement donné à 100 ou 50 Hz me semblerait beaucoup plus juste qu'à 1000 Hz.
Ou, si on veut éviter les variations importantes de l'impédance des haut-parleurs, une valeur donnée à 250 Hz.
Pourquoi 1000 Hz ? Votre réponse à sa place ici.

 

Ajouter une masse à la membrane :

Le livre de Pierre LOYEZ, dans son livre "Techniques des haut-parleurs et enceintes acoustiques", précise qu'en ajoutant une masse de la même valeur que celle de la membrane, on divise Fs par racine(2), on multiplie le Qts par racine(2), le Vas ne change pas.
Voilà qui est particulièrement intéressant pour un baffle plan...
Le chapitre Mesure des haut-parleurs de graves nous dis que :

  • Soit Fs, la fréquence de résonance du haut-parleur sans la masse.
  • Soit FRA, la fréquence de résonance du haut-parleur avec la masse.
  • Soit MA, la masse additionnelle.

Mms = MA / ( ( Fs / FRA )2 + 1 ).
Dans notre cas, nous connaissons Mms, MA et Fs et nous cherchons FRA.
( MA / Mms ) + 1 = ( Fs / FRA )2
racine( ( MA / Mms ) + 1 ) = Fs / FRA
FRA = Fs / racine( ( MA / Mms ) + 1 )

Exemple numérique avec :
Mms = 100 g
Ma = 100 g
Fs = 50 Hz.
FRA = 35.4 Hz.

De la même façon Qts = Qts * racine( ( MA / Mms ) + 1 )

Autres paramètres :

Le BL du HP ne change pas, nous avons :
BL = racine( 2 * pi * Fs * Mms * Re / Qes ) = racine( 2 * pi * FRA * ( Mms + MA ) * Re / Qes )
2 * pi * Fs * Mms * Re / Qes = 2 * pi * FRA * ( Mms + MA ) * Re / Qes
Qes = 2 * pi * FRA * ( Mms + MA ) * Re / (  2 * pi * Fs * Mms * Re / Qes )
Qes = FRA * ( Mms + MA ) / (  Fs * Mms / Qes )
Qes = FRA / Fs * ( Mms + Ma ) / Mms * Qes

Qms = Qts * Qes / ( Qes - Qts )

 

Masse ajoutée ou résistance en série ?

La solution de l'alourdissement de la membrane est coûteuse en termes de sensibilité.
Si vous ajoutez une masse égale à la masse de la membrane :

  • La fréquence de résonance est divisée par racine de 2.
  • Le Qts est multiplié par racine de 2.
  • La sensibilité perd 6 dB.

Pour un même Qts multiplié par racine de 2, la solution de la résistance en série ne fait perdre que 3 dB, mais la fréquence de résonance ne change pas.
Un rapide résumé consiste à dire que l'on perd 3 dB pour remonter le Qts, et trois autres pour abaisser la fréquence de résonance.

Pour adapter un haut-parleur qui a un Qts trop faible à sa charge, la résistance en série reste la bonne solution.
Pour utiliser un grave sur baffle plan, avec Qts élevé et Fs faible, la masse ajoutée est de loin préférable.

 

Les dilemmes en pratique :

Vous n'avez pas les données de votre haut-parleur :

Je vais être franc avec vous, je ne peux rien faire dans votre cas.
Vous devez trouver la solution pour les faire mesurer.

 

Vous avez un filtre passif, mais vous ne savez pas à quelle fréquence exacte va s'effectuer la coupure :

Vous avez pourtant besoin d'intégrer la résistance des selfs pour avoir le Qts pratique du haut-parleur.
Vous pouvez tout de même estimer une fréquence minimum et une fréquence maximum que vous ne dépasserez pas.
Là il y a trois cas :

  • Vous prenez la fréquence moyenne pour avoir le Qts moyen.
  • Vous voulez faire un petit volume, je vous conseille de prendre la fréquence maximum pour avoir un Qts plutôt faible.
  • Vous voulez faire un grand volume, je vous conseille de prendre la fréquence minimum pour avoir un Qts plutôt élevé.

En faisant ainsi, vous minimisez les problèmes susceptibles d'arriver.

 

Vous ne connaissez pas le facteur d'amortissement de votre ampli :

Je vous conseille de prendre une valeur moyenne, environ 100 sur 8 ohms par défaut.
Les valeurs supérieures indiquées par certains fabricants sont totalement irréalistes, une fois les enceintes branchées sur l'ampli avec des câbles et des résistances de contact.

 

 

Correcteur RLC ou RL parallèle et Qts du haut-parleur

Mise à jour : 20 février 2023, Antidote 11.


Ce correcteur est un filtre passif avec deux composants, une self et une résistance.
Il existe une solution avec trois composants, avec un condensateur en parallèle.
Ces deux ou trois composants sont branchés en parallèle entre eux, le tout en série avec le haut-parleur.

image774.jpg

 

Aux très basses fréquences, l'impédance du condensateur est infinie, celle de la self est nulle.
Il ne reste que la résistance de la self au courant continu, et la résistance en parallèle.
Dans notre exemple ci-dessus, la résistance de la self est de 0.6 ohms, avec 24.7 ohms en parallèle.
La résistance équivalente est Req = 24.7 x 0.6 / ( 24.7 + 0.6 ) = 0.586 ohms.

La formule de calcul des résistances en parallèle est :
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn
Dans notre cas nous avons :
1/Req = 1/24.7 + 1/ 0.6 + 1/Infini.
Mathématiquement 1/Infini = 0. La formule devient :
1/Req = 1/24.7 + 1/ 0.6 <==> Req = 24.7 x 0.6 / ( 24.7 + 0.6 ).

Cette résistance modifie les paramètres T&S du haut-parleur :
Qes = Qes x ( Re + Req ) / Re
Qts = Qms x Qes / ( Qms + Qes )
Comme expliqué dans le chapitre des données haut-parleur juste.

Si vous utilisez un correcteur RL ou RLC parallèle, n'oubliez pas d'en tenir compte dans les calculs de volume et d'évent de votre enceinte.
Si vous rajoutez un correcteur RL ou RLC parallèle après coup, refaites donc le réglage avec un évent plus long...

 

 

Pourquoi une enceinte ?

Mise à jour : 20 février 2023, Antidote 11.

 

Un haut-parleur ne peut pas être utilisé sans une séparation entre la face avant de la membrane et la face arrière.
Sans cette séparation, il y a un court-circuit acoustique à une fréquence qui dépend directement de la taille de cette séparation.
Par exemple, un haut-parleur de 38 cm utilisé seul sans séparation a un court-circuit acoustique à 343.4 / 2 / 0.38 = 452 Hz.
En-dessous de cette fréquence, la réponse chute de 6 dB/octave.

Cette séparation s'appelle aussi baffle, il y a 2 grands types de baffles :

  • Les baffles plans.
  • Les baffles avec une boîte à l'arrière ou à l'avant du haut-parleur, appelée enceinte.

L'enceinte infinie qui a une très grande boîte à l'arrière est très proche du baffle plan dans ses avantages, sans en avoir les inconvénients.

 

Avantages et inconvénients :

Quand on monte un haut-parleur dans une boîte, la masse de l'air enfermée dans la boîte interagit avec la masse de la membrane.
La résonance du haut-parleur augmente d'autant plus que le volume de la boîte est petit.
La réponse dans le grave est limitée par cette résonance.

D'autre part, le volume d'air enfermé dans cette boîte s'oppose en partie au mouvement de la membrane, et freine celle-ci dans ces déplacements.
Des micro-informations sonores sont ainsi perdues en cours de route.
Par contre, la tenue en puissance est améliorée, ce qui est un avantage recherché en sonorisation ou seul le niveau sonore, le SPL, compte.

La fréquence de résonance d'un haut-parleur sur baffle plan n'est pas modifiée, puisque par définition il n'y a pas de boîte.
La membrane du haut-parleur n'est pas freinée dans ses déplacements.
Par contre, la réponse dans le grave va dépendre de la taille de la séparation, des paramètres T&S du haut-parleur et de la pièce.

Un haut-parleur à haute sensibilité devra être chargé par une boîte de très grand volume pour descendre bas dans le grave.
Par contre, sur baffle plan ou en enceinte infinie, la réponse dans le grave est totalement indépendante de la sensibilité.
Nous touchons là l'une des grandes forces du baffle plan.

L'enceinte infinie à tous les avantages du baffle plan, mais avec une séparation totale entre l'onde avant et l'onde arrière.
Le volume étant très grand devant le Vas du haut-parleur, la fréquence de résonance de celui-ci ne sera pas modifiée.
Le déplacement de la membrane n'est pas freiné par le très très grand volume.
La réponse dans le grave va dépendre de la fréquence de résonance à l'air libre du haut-parleur et de son Qts.

 

Seuils :

Fallait-il, ou ne fallait-il pas, mettre un seuil de sélection en face de chaque type d'enceinte ?

  • Tous les seuils sont sujet de discussion est personne n'est jamais vraiment d'accord sur les limites à prendre.
  • Ne pas mettre de seuil, c'est laisser la porte ouverte à ceux qui ne connaissent pas parfaitement le sujet de choisir un haut-parleur complètement inadapté à leur besoin.

C'est pour éviter des émails toujours désagréables à écrire pour moi, à lire pour vous, que j'ai laissé les seuils, et que je les mets régulièrement à jour.
Je préfère vous voir éliminer avant l'achat un haut-parleur qui aurait peut-être pu convenir "à la limite", que de vous laisser acheter un haut-parleur qui ne conviendra pas.
La logique du raisonnement par les gros sous est toujours imparable, à condition que ce chapitre soit lu avant l'achat, ce qui n'est hélas pas toujours le cas.

 

Qts et Qtsb :

Pour les enceintes à pavillon et pour le baffle plan, c'est le Qts qui est utilisé.
Le Qts est donné sur toutes les documentations de haut-parleurs.

Pour les enceintes Bass reflex, les enceintes closes, le Qts est modifié par la masse mécanique de rayonnement arrière.
Cette masse s'ajoute à la masse de la membrane, et à la masse d'air entraînée par celle-ci.
Les conséquences sont Fsb < Fs et Qtsb > Qts.
Les paramètres de THIELE et SMALL détaillés vous donnent une bonne approche des valeurs à prendre.
Seul le calcul complet de votre enceinte Bass reflex, de votre enceinte 1/4 d'onde, ou de votre enceinte close, jusqu'au débit des planches, et après plusieurs itérations, vous permettent d'avoir les valeurs exactes.

 

Le baffle plan :

Ce tableau a évolué plusieurs fois, du tout au tout, en fonction des avis des uns et des autres, et de mes essais.
Vous avez une explication dans le chapitre choix du haut-parleur pour baffle plan.

Diamètre
du haut-parleur
Qts pratique, avec masse d'air et résistance en série
cm 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60
Médium                                      
Tous     E E E E E E E E E E E E E E E    

E signifie égaliseur, je le recommande dans tous les cas, même si des réalisations commerciales s'en passent.
Vérifiez avec la base de données que le niveau SPL possible est suffisant, surtout si vous boostez le grave à l'égaliseur.
Plus la correction à l'égaliseur est grande dans les graves, plus le diamètre du haut-parleur doit être grand et l'ampli puissant.
Plus le diamètre du haut-parleur est grand dans le grave, meilleur est le grave.

Mes 38 cm dans un baffle plan U-FRAME ont un Qts "pratique" de 0.82 (0.56 sans masse d'air ni résistance en série), descendent à 40 Hz à -3 dB avec une égalisation de +12 dB à 40 Hz et +10.5 dB à 50 Hz.

Conception et réalisation du baffle plan, choix du large bande, ajout d'un grave et d'un tweeter, forme du baffle plan, difficultés de filtrage du grave en passif, boost sur grave en filtrage actif et un exemple de réalisation et d'écoute sont décrit dans cette page

 

L'enceinte infinie : Qts = 0.707

Comme le baffle plan, cette charge convient pour les haut-parleurs dont le Qts est assez élevé, idéalement 0.707, et en pratique supérieure à 0.35 ou 0.40, avec un BL élevé et un Fs bas.
N'oubliez pas qu'une transformée de Linkwitz permet d'avoir le Qt idéal, même en partant d'un haut-parleur qui n'est pas trop adapté au départ.

Conception et réalisation de l'enceinte infinie, exemple de réalisation autour d'un PHY-haut-parleur KM30SAG.

 

Le Bass reflex :

Choix avec le Qtsb Volumes possibles : Vb = N x Vas x Qtsb2
Qtsb Avis pour N <= 16 N=2 N=2.8 N=4 N=5.6 N=8 N=9.5 N=11.3 N=13.5 N=16 N=22.6 N=32 N=45 Avis
Médium filtré en passif Totalement inadapté                          
Qtsb < 0.20 Dans certains cas                          
0.20 < Qtsb < 0.25 Adapté                          
0.25 < Qtsb < 0.39 Parfait                          
0.39 < Qtsb < 0.45 Parfait                          
0.45 < Qtsb < 0.52 Adapté                          
0.52 < Qtsb < 0.60 Adapté                          
0.60 < Qtsb < 0.69 Dans certains cas                          
Qtsb > 0.69 Inadapté                          

 

Les seuils sont en train d'être redéfinis à partir du graphique ci-dessous.
Ce graphique représente tous les alignements calculés en base de données, et présentés de façon à pouvoir être calculés de la forme Vb = N * Vas * Qtsb2
L'alignement SQB3, qui part complètement dans les choux, a été supprimé.
Restez dans la zone de volumes et d'accords définie par les alignements, vous ne vous tromperez pas.

les alignements de la forme Vb = N*Vas*Qts^2

 

Ces seuils éviteront bien des déboires aux débutants, un expert saura quand et pourquoi il peut passer outre.
L'avis qui se trouve dans la 2e colonne de gauche convient jusqu'à N=16.
L'avis qui se trouve dans la dernière colonne de droite concerne les très grands volumes.

La zone en vert avec N = 16 à 45 est la zone des très grands volumes, très peu explorée, très peu utilisée.
Cette zone existe et donne parfois de très bons résultats, telle l'enceinte avec le FOSTEX FE 103 SIGMA proposée par l'Audiophile en février 1984 dans le numéro 31 de la première série.
Essayez là au préalable sur une enceinte de test avant de l'adopter.

Cette charge est idéale pour les haut-parleurs dont le Qtsb est de 0.39, dans des pièces qui n'ont pas de "Room gain".
La plupart des pièces ont un room gain, le Qtsb idéal peut être descendu vers 0.32 à 0.35.

En SONO, je vous recommande 0.25 < Qtsb < 0.45, la charge en Bass reflex est utilisée dans 80 ou 90% des cas.
Vérifiez vous-même le cas d'emploi du haut-parleur envisagé dans la base de Données haut-parleur en ligne.

Qtsb < 0.20 utilisable quand Vas est élevé et Fsb faible.

Les menus du chapitre Bass reflex simple et du Bass reflex avec résonateur sont décrit dans cette page, avec l'évent et le calcul de la puissance acoustique.

Le caisson de grave apporte un éclairage sur certains points mal connus, aussi bien en home cinéma qu'en hi-fi, même pour un grave médium qui monte haut en fréquence.

Trouver votre haut-parleur idéal : recherches multicritères pour enceintes Bass reflex.

 

L'enceinte symétrique : Qtsb = 0.20 à 0.45

C'est comme un Bass reflex simple ou un Bass reflex à résonateur.

L'enceinte symétrique (4th Order Bandpass).

 

Les enceintes 1/4 d'onde : 0.20 < Qts < 0.70 --- ET --- 20 < Fs < 70 Hz :

Critères identiques pour les 1/4 d'onde et les enceintes TQWT.

Qts < 0.20 0.20 à 0.25 0.25 à 0.30 0.30 à 0.60 0.60 à 0.65 0.65 à 0.70 > 0.70
Avis  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fs < 20 Hz 20 à 25 Hz 25 à 30 Hz 30 à 60 Hz 60 à 65 Hz 65 à 70 Hz > 70 Hz

C'est la combinaison des deux critères qui dit si le haut-parleur est ou n'est pas utilisable en 1/4 d'onde.
Fs  est un critère "tout ou rien".
Qts est un critère un peu plus "progressif".

Trouver votre haut-parleur idéal : recherches multicritères pour enceintes 1/4 d'onde et calculez votre enceinte 1/4 d'onde avec le haut-parleur choisi.

Pour être franc, je n'aime pas le TQWT, et ce n'est pas mon site qu'il faut consulter pour le réaliser, bien que les informations minimum y soient.
J'ai indiqué des liens en début du chapitre TQWT vers les sites qui recommandent ce type de charge.
Le TQWT.

 

L'enceinte close :

 
Enceinte close sans transformée de Linkwitz
 
Choix avec le Fsb/Qesb Volume exprimé par le Qtc
Qtsb Avis 0.500 0.577 0.707 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.414
Médium filtré en passif Parfait                    
Fsb/Qesb < 50 Parfait                    
50 < Fsb/Qesb < 80 Adapté                    
80 < Fsb/Qesb < 120 Possible                    
Fsb/Qesb > 120 Inadapté                    

Ces seuils éviteront bien des déboires aux débutants, un expert saura quand et pourquoi il peut passer outre, je ne passe pas outre...

 

Qtsb = 1.414 :

Associé à un filtre passe haut Linkwitz Riley à 12 dB/octave à F-3 * racine(2) Hz, et à un compensateur d'impédance RLC série branché en parallèle aux bornes du haut-parleur.
Cela marche aussi avec des valeurs proches de 1.414, vérifier le résultat aux calculs
Sans le filtre (et le compensateur d'impédance si le filtre est passif), la case est rouge...

 

Exceptions :

Les haut-parleurs utilisés en bas médium ou en médium, avec un filtre passe-haut.
Dans ce cas, calculez l'enceinte close avec son filtre, car la combinaison de la coupure naturelle du haut-parleur dans son volume clos et de la fréquence de coupure du filtre donne un résultat différent de votre souhait initial.
La fréquence de coupure réelle du haut-parleur est minime si vous filtrez loin de la fréquence de coupure de l'enceinte close, importante si vous filtrez très près, dans le cas d'une enceinte de bas médium par exemple.

 

Le Qtc :

Le Qtc est un paramètre qui tient compte des paramètres du haut-parleur, dont Fsb, Vas et Qtsb et ceux de l'enceinte close Vb.
La combinaison de ces paramètres donne un nouveau paramètre, le Qtc qui caractérise directement la courbe de réponse obtenue.

Cette charge convient pour les haut-parleurs dont le Qtc est compris entre 0.5 et 1.1 quand ils sont montés dans leur volume clos.
Il est certes possible de monter à un Qtc de 1.5, mais la bosse dans le grave devient importante.
De même un médium monté en clos avec un Qtc de 0.30 ne pose aucun souci.
Si vous voulez du grave, il faut viser le Qtc de 0.707.

 

 
Enceinte close avec une transformée de Linkwitz
 
Qtsb 0.300 0.400 0.500 0.577 0.707 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.414
Qtsb < 0.707                        

Si Qts > 0.707, le déplacement de la membrane est réduit à certaines fréquences par rapport à l'enceinte close simple.
Si Qts < 0.707, le déplacement de la membrane augmente à certaines fréquences par rapport à l'enceinte close simple.

 

L'enceinte close, associée à une transformée de Linkwitz, permet en théorie de descendre aussi bas que l'on veut en fréquence, à condition que le haut-parleur ait un déplacement compatible avec la fréquence et le niveau sonore souhaité, et que l'ampli soit très très puissant.
En pratique je n'ai jamais pu descendre plus bas que Ft = Fc / 1.32

L'enceinte close.

Trouver votre haut-parleur idéal : Recherche multicritères pour enceintes closes.

 

La charge avant à pavillon : Qts faible

Qts < 0.25 : Très bien adapté
0.25 < Qts < 0.35 : Adapté
Qts > 0.35 : Inadapté, ou cas particuliers.
Enfin si avec un Qts > 0.35 la simulation avec Hornresp vous convient, il n'y a pas de raison de ne pas le faire.

Plus le Qts du haut-parleur est bas, plus la bande passante sera large.
La bande passante est centrée sur la fréquence de résonance du haut-parleur dans le volume clos arrière.
Quelques exemples :

  • Choisissons un volume clos tel que FC = 150 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.125, Fb = 18.4 Hz, Fh = 1220 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.250, Fb = 35.4 Hz, Fh = 636 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.500, Fb = 62.1 Hz, Fh = 362 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.810, Fb = 83.3 Hz, Fh = 269 Hz.
     
  • Choisissons un volume clos tel que FC = 100 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.125, Fb = 12.3 Hz, Fh = 813 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.250, Fb = 23.6 Hz, Fh = 422 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.500, Fb = 41.4 Hz, Fh = 241 Hz.
    Pour un haut-parleur avec un Qts = 0.810, Fb = 55.9 Hz, Fh = 179 Hz.

Le pavillon est pratiquement la seule charge possible pour les haut-parleurs à Qts faible.
Depuis que je simule les pavillons avec Hornresp, la limite haute sur la bande passante, pour les Qts élevés, me parais beaucoup moins évidente.

Pavillon avant.

Trouver votre haut-parleur idéal : recherche multicritères pour pavillon qu'il soit avant ou arrière.

 

La charge arrière à pavillon replié ou toboggan : Qts faible

Qts < 0.25 : Très bien adapté
0.25 < Qts < 0.35 : Adapté
Qts > 0.35 : Inadapté, ou cas particuliers.
Enfin si avec un Qts > 0.35 la simulation avec Hornresp vous convient, il n'y a pas de raison de ne pas le faire.

C'est exactement comme un pavillon avant, si ce n'est qu'il n'y a pas de volume clos.
La conséquence est que Fc est remplacée par la Fs du haut-parleur à l'air libre.
D'autre part, comme le haut-parleur rayonne en direct, le besoin de bande passante dans les fréquences élevées est moins critique, le système est réglé pour faire couper le pavillon assez bas.

Le pavillon est pratiquement la seule charge possible pour les haut-parleurs à Qts faible.

Pavillon arrière.

Trouver votre haut-parleur idéal : recherche multicritères pour pavillon qu'il soit avant ou arrière.

 

Les pavillons pour chambre de compression ou trompe :

D'une description d'un Pavillon de ma réalisation, nous évoquerons le calcul et surtout le tracé des pavillons.

 

Choisir un haut-parleur :

La base de données haut-parleurs vous permet de trouver ou vérifier votre haut-parleur, de voir ses paramètres THIELE et SMALL, et de connaître le domaine d'utilisation du haut-parleur.
Cette base contenait 7570 références en février 2023. En hausse constante.
Si votre haut-parleur n'y est pas, et si vous avez les données THIELE et SMALL, contactez-moi, il sera rajouté rapidement.

Si vous avez votre haut-parleur, inutile de vous poser des questions sur l'interprétation des tableaux et critères ci-dessus.

  • Si c'est vert, le haut-parleur est parfaitement utilisable dans l'enceinte prévue.
  • Si c'est rouge, je vous déconseille l'utilisation.
  • Entre les deux il y a jaune et orange. Ce sont des cas ou l'enceinte convient aussi, sans être idéale...

Le haut-parleur de l'exemple ci-dessous est :

  • Idéal en Bass reflex, en 1/4 d'onde ou en passe-bande du 4, 6 ou 7e ordre.
  • Déconseillé en baffle plan, pavillon avant et enceinte close simple.
  • Possible en pavillon arrière ou en enceinte close avec une transformée de Linkwitz.
Utilisation d'un HP

 

Si vous cherchez les haut-parleurs adaptés à votre cahier des charges, les recherches multicritères permettent de trouver les haut-parleurs qui répondent exactement à votre besoin, si votre demande est possible.
Il y a cinq recherches multicritères :

 

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