Fonctionnement du haut parleur:
 |
Le circuit magnétique, constitué de l’aimant ferrite circulaire (A), de la pièce polaire arrière (B), du noyau central (C) et de la pièce avant (D), crée un champ magnétique très intense dans l’étroite fente circulaire, située entre (D et C), appelée entrefer. La bobine mobile F et la membrane conique (G) sont suspendues, par les suspensions (I et J), de telle sorte que cette bobine est centrée dans l’entrefer, sans le toucher. Le courant électrique venant de l’amplificateur traverse la bobine mobile et, sous l’action du champ magnétique intense de l’entrefer, va pousser en avant la membrane ou la tirer en arrière suivant la polarité de cette tension électrique. En se déplaçant ainsi d’avant en arrière au rythme du signal électrique, image du son captée sous forme électrique par le microphone à la prise de son, la musique est recréée avec plus ou moins de fidélité. |
 |
Rappel de la règle de la main |
 |
Lorsque le courant s'écoule de gauche à droite, la force mécanique agit de bas en haut. |
 |
Lorsque le courant s'écoule de droite à gauche, la force mécanique agit de haut en bas. |
Note: Il existe plusieurs types de haut-parleurs : Les HP électrodynamique, isodynamique, électrostatique, piézoélectrique, et le haut-parleur à plasma. Le haut-parleur électrodynamique (celui en exemple) est le plus courant.
Les caractéristiques d'un haut parleur sont données par le thiele-small.
La boite / support:
Les hauts-parleurs ont des formes ne leur permettant pas d'être utilisé seuls, il est nécessaire de les fixer sur un support.
La membrane d'un haut-parleur fait vibrer l'air devant elle, mais aussi derrière elle, la vibration arrière est déphasée de 180°, donc lorsque ces ondes sonnores se rencontrent, elle s'annulent. Le rendement d'un haut parleur nu est donc particulièrement mauvais (environ 5%) et sa bande passante raccourcie dans le bas. Un support est nécessaire pour supprimer l'effet hors phase. La boite permet d'absorber les vibrations arrières ou les déphaser de 180°, afin qu'elle n'affectent pas les ondes émise par l'avant du haut-parleur.
Les charges:
Enceinte close:
La boîte est hermétique et généralement remplie ou capitonnée d'un matériau absorbant, dont le but est d'emprisonner l'onde arrière et ainsi supprimer le court circuit acoustique. Le volume d'air qu'elle contient agit comme un ressort. De ce fait son volume doit être calculé en fonction des caractéristiques du haut-parleur : fréquence de résonance à l'air libre (FS ou FR), Volume d'air équivalent à l'élasticité de la suspension (VAS) et, de son coefficient de surtension total (QT ou QTS).
- La réponse dans le grave est la plus étendue quand le paramètre QTC=0.707. QTC=QT X racine de (Vas/Vb +1)
- La courbe de réponse est plate jusqu’à la fréquence de coupure.
- Pour les valeurs de QTC<0.707, donc dans un volume d'enceinte plus grand que pour QTC=0.707, la courbe de réponse commence à chuter plus haut en fréquence. La fréquence de coupure est aussi située plus haut.
- Pour les valeurs de QTC>0.707, donc dans un volume d'enceinte plus petit que pour QTC=0.707, la courbe de réponse aura une bosse avant la fréquence de coupure : +1.5 dB si QTC=1.
- A volume comparable, la fréquence de coupure dans le grave est située plus haut que dans une enceinte de type bass-reflex, mais avec une pente plus douce à 12 dB/octave.
- Une enceinte close de très grand volume est appelée enceinte infinie. Dans ce cas, l'air qu'elle contient n'a plus d'effet de ressort. Elle se rapproche pour cela du baffle plan.
Baffle plan:
C'est une enceinte "sans fond", il n'y a que le support qui sépare l'onde arrière du haut-parleur de l'onde avant, et limite ainsi le court-circuit acoustique. Le court circuit acoustique se produit aux basses fréquences, pour des longueurs d'onde qui dépendent directement de la taille de la plaque. (du au longueur d'onde)
Soit L la largeur de la plaque, et C la vitesse du son, le court-circuit acoustique se produit à la fréquence F=C/2/L. Par exemple, pour une plaque de 1.5 m de large, et une vitesse du son de 343.4 m/s (à 20°C), le court-circuit à lieu à 114.5 Hz.
En dessous de la fréquence du court-circuit acoustique, la réponse chute à raison de 12 dB/octave jusqu’à la fréquence de résonance (FR ou FS) du haut-parleur. En dessous de la fréquence de résonance du haut-parleur, la réponse chute à raison de 18 dB/octave. Avec un haut-parleur qui a une fréquence de résonance à 57 Hz sur un baffle de 1.5 m de large par exemple, la courbe de réponse passe par -3 dB à 114.5 Hz, -15 dB à 57 Hz et -33 dB à 28.5 Hz. La réponse dans le grave est limitée. La pièce rajoute un peu de grave à ces valeurs théoriques : environ 5 dB à 50 Hz.
Cette réponse dans le grave n'est obtenue que si le haut-parleur a des caractéristiques adaptées à cette charge. Le QT (ou QTS) doit être idéalement de 0.80.
- Pour les baffles plan, il faut veiller à ce que les côtés ne dépassent pas 1/4 de la largeur pour ne pas avoir un accident dans la courbe de réponse. (exemple: combo guitare)
- La bande-passante peut être améliorée dans le grave par l'ajout d'un filtre passe-bas du deuxième ordre dont la fréquence de coupure est à peine supérieure à la fréquence de résonance du haut-parleur. Ainsi, la réponse devient linéaire entre la fréquence de coupure du baffle et le fréquence de résonance du haut-parleur. Cependant, l'enceinte subit une perte de rendement relativement importante qui nécessite donc un amplificateur puissant ou l'utilisation d'un haut-parleur à très haut rendement.
- La réponse impulsionelle est meilleure qu'avec l'enceinte close. La qualité d'écoute du haut-grave au haut-médium est excellente avec ce type de baffle. (l'ampli guitare)
Enceinte bass reflex:
Enceintes basées sur le principe du résonateur de Helmholtz qui est constitué d'un volume et d'un évent. L'évent est caractérisé par sa surface et sa longueur. (on a tous sifflé dans une canette)
Le mouvement vers l'avant de la membrane crée une pression de l'air qui sera accompagnée par une dépression équivalente de l'air à l'arrière de la membrane. De manière identique, le mouvement vers l'arrière de la membrane créera une dépression de l'air à l'avant de la membrane accompagnée d'une pression de l'air à l'arrière du haut-parleur (à l'intérieur du caisson). Le principe du Bass-Reflex est de récupérer ces ondes arrières du HP (à l'intérieur de la caisse) pour les restituer en phase avec le son émis à l'avant de l'enceinte. A la fréquence d'accord de l'évent par rapport au volume, a cette fréquence le déplacement de la membrane est presque nul. Le rayonnement sonore se fait par l'évent. Cela réduit la distortion aux basses fréquences.
Le dimensionnement du volume de l'enceinte et de l'accord de l'évent se fait en fonction du thiele small du haut-parleur. Tous les haut-parleurs n'ont pas des caractéristiques adaptées au montage en bass-reflex. Un haut-parleur ayant un QT (ou QTS) compris entre 0.25 et 0.50 fonctionne en bass-reflex, le volume doit être calculé avec soin. Il est possible d'utiliser des haut-parleurs ayant un QT (ou QTS) inférieur à 0.25 si le VAS du haut-parleur est important.
L'accord de l'évent est très important pour le rendu sonore final. Un accord trop haut ou trop bas crée des distorsions et un manque de clarté dans le medium. L'accord optimal est parfaitement audible sur la qualité du médium reproduit par le haut-parleur, et un réglage à l'écoute est recommandé.
Charge symétrique: (utilise le principe du résonateur de helmotz)
L'enceinte est divisée en deux volumes inégaux. Donc un volume à l'arrière du HP qu'on laisse clos ou évent. et un second volume à l'avant du HP qu'on laisse clos ou avec évent. L'ébénisterie réagit comme un passe band. Une coupure haute à 12Db/octve et une coupure bass à 12 Db/octave. Malgré la coupure haute, du medium parvient à sortir par l'évent. Il est recommandé d'utiliser un filtrage actif (24Db/octave). Ce principe donne une bande passante en cloche, il fonctionne bien sur une octave et maximum une octave et demi (haut de la cloche). Pour avoir une octave on multiplie par 2. Exemple: 120Hz est l'octave de 60Hz qui est l'octave de 30Hz etc...
Enceinte pavillonnée:
Le principe du pavillon est le même principe que le porte voix.
Souvent les moteurs d'aigus (tweeters) sont surmontés d'un pavillon qui aide à la diffusion des hautes fréquences (qui sont par nature plus directionnelles) Le principal avantage reste l'augmentation du rendement, ce principe permet de faire déplacer à une membrane de haut-parleur une quantité d'air supérieure à sa surface. La quantité d'air déplacée sera égale à la surface de la bouche du pavillon, d'où un meilleur rendement (pression acoustique supérieure). Outre les tweeters, ce principe est utilisé pour les enceintes. Il est possible aussi de récupérer les ondes arrières et de les diffuser via un pavillon.
(exemple sur les caissons de bass pavillonnés)
Le filtrage:
Dans une enceinte chaque haut parleur diffuse une partie du spectre seulement, pour éviter de saturer le HP avec des fréquences inutiles: on met un filtre, On peut classer les filtres à partir de la forme de leur fonction de transfert ou par le comportement des élements passifs qui composent le filtre. Les filtres les plus courants sont de l'un des quatre types suivants : passe-bas, passe-haut, passe-bande ou réjecteur de bande.
* Un filtre passe-haut ne laisse passer que les fréquences au-dessus d'une fréquence déterminée, appelée fréquence de coupure. Il atténue les autres (basses fréquences). Autrement dit, il «laisse passer ce qui est haut». C'est un atténuateur de graves pour un signal audio. On pourrait aussi l'appeler coupe-bas.
* Un filtre passe-bas ne laisse passer que les fréquences au-dessous de sa fréquence de coupure. C'est un atténuateur d'aigües pour un signal audio. On pourrait l'appeler coupe-haut.
* Un filtre passe-bande ne laisse passer qu'une certain bande de fréquences (et atténue tout ce qui est au-dessus ou en-dessous). Il est très utilisé dans les récepteurs radio, tv… pour isoler le signal que l'on désire capter.
* Un filtre réjecteur, aussi appelé filtre trappe, cloche ou coupe-bande, est le complémentaire du passe-bande. Il atténue une plage de fréquences. Cela peut être utile pour diminuer certains parasites par exemple.
- Techniquement, un filtre peut être réalisé de différentes manières : passive, active ou numérique.
- Il existe différents filtres (Butterworth, Lnkwitz-riley, Bessel) et différentes pentes de coupure (6db/oct, 12db/ oct, 18 db/oct)
Filtre passif:
Le filtre passif est non alimenté et fabriqué de composants passifs (résistances, condensateurs, bobines). Par conséquent, leur gain (rapport de puissance entre la sortie et l'entrée) ne peut excéder 1. Autrement dit, ils ne peuvent qu'atténuer en partie des signaux, mais pas les amplifier. ( c'est le filtre à l'intérieur de l'enceinte)
Une bobine est constituée d'un fil et est donc très conductrice en basse fréquence. Par contre, elle s'oppose au passage des hautes fréquences. Les condensateurs font l'inverse (isolant en basse fréquence, conducteur en haute fréquence). Les résistances ne sélectionnent pas les fréquences à elles seules, mais permettent de définir les constantes de temps d'un circuit en limitant plus ou moins les courants. Donc les résistances déterminent la fréquence à laquelle le filtre agira et son atténuation.
Pour les filtres du second ordre, c'est-à-dire pouvant être décrits par une équation différentielle ( linéaire très souvent ) du second ordre, il est possible de définir un facteur de qualité, c’est-à-dire le rapport entre leur fréquence centrale et leur bande passante , attention ceci n' est valable que pour un passe bande . Un filtre ayant une bande très fine par rapport à sa fréquence centrale sera considéré comme très sélectif ou de grande qualité.
Le circuit est soumis à plus ou moins de bruits parasites apparaissant dans les signaux. Cela dépend des composants employés. Bruit thermique très faible dans les résistances, bruit assez faible dans les condensateurs, mais sensibilité aux champs magnétiques plus importante avec les bobines. L'aimant du HP crée des champs magétiques donc attention aux positionnement du filtre dans la boite. (par rapport aux HP)
Il existe aussi les filtres à quartz, les filtres à onde de surface (Surface Acoustic Waves filters ou SAW), les filtres céramique et les filtres mécaniques, qui font aussi partie des filtres passifs.
Ils peuvent être considérés dans le cas le plus général comme des quadripôles.
Filtrage actif:
Le filtre actif est alimenté et constitué de d'au moins un composant actif ( transistor, ampli op, ou autre circuit intégré…).
Contrairement au filtre passif, le gain qui peut être supérieur à 1.
Filtrage numérique (actif):
Le signal est converti par un convertisseur analogique-numérique (CAN), c’est-à-dire qu’à intervalles réguliers (appelés période d’échantillonnage) l’amplitude instantanée du signal est observée puis quantifiée. Le traitement du signal. est entièrement numérique il traite un flot continu d'informations (des O et 1) et calcule en temps réel un nouveau flot de données sortantes, qui correspondent au signal filtré désiré.
En bout de chaîne, le signal analogique est reconstruit par un convertisseur numérique-analogique (CNA). Ces filtres ont l’avantage de pouvoir être intégrés dans des circuits numériques miniaturisables à l’extrême, tels des processeurs (Digital Signal Processors, DSP en particulier) et de ne nécessiter quasi aucun composant analogique, ce qui garantit des caractéristiques strictement reproductibles d’un appareil à l'autre : en d’autres termes la précision est bien meilleure puisqu’il y a moins de composants analogiques.
Ce n'est pas une règle mais:
Le filtrage passif a tendance à être meilleure pour les hauts parleurs d'aïgue,
Le filtrage actif a tendance à être meilleure pour les coupures basses.
Le filtrage numérique est plutôt pour la multi diffusion. (nombreux réglages en plus comme le delay, l'égalisation, comp,)
Suite: CARACTERISTIQUE D'UNE ENCEINTE DE DIFFUSION