Technologies
Termes techniques
QUELQUES NOTIONS DE BASE :
« Depuis que j’ai mis l’oreille dans le monde de la haute-fidélité, j’ai dû revoir, à l’écoute des spécialistes de tout poil, toutes les notions de base que j’avais acquises tout bêtement à l’école d’électronique. Toutes ces données simples de Watt, d’impédance, de résistance, etc… se doublaient de telles notions subjectives, d’un tel tripotage d’utilisation que, et je l’ai vérifié depuis, même les labos officiels commencent à y perdre leur latin.
Aussi j’ai eu envie, juste pour me nettoyer les neurones, de réviser d’un peu plus près toutes ces notions fondamentales et de vous faire partager mes redécouvertes.
Dans les livres de vulgarisation, dans les boutiques, le malheureux consommateur se trouve souvent face à des quantités de données contradictoires concernant la puissance des systèmes. Reprenons donc les termes usuels utilisés dans ce domaine et redonnons-leur une juste place et surtout une juste réalité. »
Guy Le Cornec
EN SAVOIR PLUS SUR…
La fréquence, ou pulsation par seconde, est exprimée en hertz (Hz). La bande de fréquences audible par un être humain est, en théorie, de 20 à 20 000 Hz. La sensibilité de l’oreille, tant en pression qu’en fréquences, diminue avec l’âge.
Le dBspl est l’unité de mesure de la pression sonore. Son niveau zéro est établi au seuil d’audibilité de l’oreille humaine : 2.10 -5 Pascals. C’est une unité à progression logarithmique, comme toute échelle en décibels.
Le dB(A) est une échelle de mesure en dBspl pondérée en fonction de la fréquence.
Tableau comparatif en valeurs des niveaux sonores en dB(A)
| PRESSION ACOUSTIQUE Pascal (Pa) | NIVEAU DE PRESSION SONORE dB (A) | SENSATION SONORE | NATURE DES BRUITS |
| IMPRESSION SUBJECTIVE | |||
| < 2 .10 -5 | < 0 | Imperceptible | Chambre sourde |
| 2 .10 -5 | 0 | Seuil d’audibilité | Test d’audiométrie |
| 6,3 .10 -5 | 10 | Silencieux | Studio d’enregistrement |
| 2 .10 -4 | 20 | Très calme | Voilier, jardin, grotte |
| 6,3 .10 -4 | 30 | Calme | Chambre à coucher, voix basse |
| 2 . 10 -3 | 40 | Calme | Bureau ou appart. Calme voix normale |
| 6,3 . 10 -3 | 50 | Modéré | Bureau ou appart. bruyant voix normale |
| 2 . 10 -2 | 60 | Supportable | Appart + télé, voix forte |
| 6,3 . 10 -2 | 70 | Bruyant, fort | Rue passagère |
| 2 . 10 -1 | 80 | Fort, pénible | Gare, ateliers |
| 6,3 . 10 -1 | 90 | Lésions si 8H/jour | Mécanique, tissage |
| 2 | 100 | Très intense | Presse, motos, décolletage |
| 6,3 | 110 | Insupportable | Riveteuse, marteau pilon |
| 20 | 120 | Assourdissant | Pas de conversation, discothèque, concert |
| 63 | 130 | Seuil de douleur, | Réacteur |
| troubles, surdité |
Le rendement est le rapport entre l’énergie apportée et l’énergie restituée. Dans notre cas, le rapport entre la puissance électrique fournie par l’amplificateur et la puissance acoustique délivrée par le haut-parleur. Mais il faut savoir que notre oreille n’est pas sensible à la puissance acoustique, mais à la pression. Hors à puissance acoustique égale, la pression augmente avec la diminution de l’angle de rayonnement. C’est donc une donnée qui est difficile à recouper avec le ressenti auditif.
La sensibilité est le niveau de pression acoustique délivré par un haut-parleur en un point donné de l’espace, normalement à 1m dans l’axe de rayonnement maximal, pour une tension d’alimentation donnée (normalement 2,83Veff pour un haut-parleur entrant dans la catégorie, encore une fois normalisée, d’impédance 8 ohms). Cette mesure est normalement donné pour un rayonnement en demi-espace (2pi stéradian, plus visuellement : une demisphère).
La réponse en fréquences est la représentation graphique de la sensibilité du hautparleur à toutes les fréquences. Elle est normalement établie de 20 à 20 000 Hz, pour un signal de 2,83V à 1m dans l’axe. Elle doit être « lisse » et progressive, ne pas présenter de creux ou bosses étroits, ni de « marche ».
C’est une caractéristique essentielle d’un haut-parleur.
La puissance, Le terme le plus galvaudé dans notre métier… Il y a deux calculs de puissances qui peuvent nous intéresser.
– La puissance efficace (ou RMS) délivrée par un amplificateur. Les amplificateurs audio sont des générateurs de tension, la puissance est donc calculée en fonction de la charge dans laquelle ils dissipent : plus l’impédance est faible, plus l’amplificateur est puissant, car il délivre plus de courant (P = U x I). Ceci jusqu’à ce que la tension d’alimentation chute, ou que les composants de l’étage de sortie demandent grâce au courant qui les traverse.
– La puissance électrique admissible d’un haut-parleur en Watts AES. Elle n’est que l’expression de la capacité d’un haut-parleur à absorber une puissance électrique sans être détruit : soit par décollage du fil du support de bobine, ou par combustion du vernis isolant dudit fil. C’est en pratique une limite thermique. Un haut-parleur puissant n’est pas de meilleur qualité, il est simplement plus solide… un pneu de camion gonflé à 8,2 bars ne tient pas mieux la route qu’un pneu de moto gonflé à 2 bars. Cette puissance est exprimée en Watt AES, car les conditions de mesures sont très précisément établies dans une norme, actuellement la norme AES2-1984 (r2003).
Toutes les unités de puissance : crête, impulsionnelle, musicale, moyenne, Peak Music Power… n’ont pas de significations. Les normes DIN et IEC ne sont plus utilisées.
Le niveau sonore maximal, ou dBspl Max, est uniquement lié au volume d’air déplacé à une fréquence donnée. Ce volume se déduit de la surface de la membrane Sd et du débattement possible Xmax du haut-parleur. Un grand large-bande de 21cm au débattement de 2mm délivrera plus de pression, et donc « jouera » plus fort, qu’un 13cm de grave avec 5mm de déplacement.
Le déplacement maximal Xmax est l’excursion positive, ou négative, idéalement symétrique, que peut parcourir la bobine dans l’entrefer avant que la distorsion générée par la perte de force Bl dépasse 10%. Les travaux du Dr Klippel ont démontré que cela correspond à une chute du facteur Bl de 18%. Nos valeurs de Xmax correspondent à ce critère, c’est pourquoi Xmax peut dépasser le X physique qui est une simple soustraction de la longueur du bobinage vis-à-vis de la hauteur d’entrefer.
La distorsion d’un haut-parleur est causée par les nombreuses non linéarités en son sein : force du moteur Bl, inductance de la bobine Le, souplesse de la suspension Cms sont non linéaires et parfois asymétriques suivant l’intensité du courant (i) qui traverse la bobine et sa position (x) dans l’entrefer. Tout ceci demande une étude attentive de chaque élément constitutif d’un haut-parleur.
Toutes choses égales par ailleurs, la distorsion est plus élevée lorsque le débattement augmente. Bien entendu, à débattement égal, un haut-parleur bien conçu voit sa distorsion réduite.
Le concept de large-bande.
La majorité des enceintes sur le marché use d’une configuration multi-voies, séparant les fréquences entre différents haut-parleurs spécialisés via des filtres passifs. Lesdits filtres ont, déjà en théorie, de multiples défauts, accentués en pratique par les défauts des composants électroniques le constituant.
Historiquement le premier haut-parleur était utilisé en « large-bande » : sans filtre, bien que sa réponse n’était pas large-bande mais plutôt médium, il ne servait qu’à écouter la voix.
La radiophonie évoluant, les haut-parleurs s’affinèrent dans leur restitution et élargirent leur bande passante.
Ce n’est que plus tard, lorsque les niveaux acoustiques demandés augmentèrent, que les haut-parleurs se spécialisèrent. Les contraintes techniques imposées pour la restitution d’un large spectre, ne sont pas compatibles avec une utilisation en concert du Hell Fest.
Dans une utilisation domestique, un haut-parleur large-bande de qualité saura tirer profit de l’absence de filtre.
C’est un savoir-faire que Supravox a su garder, transmettre et faire perdurer.
Les cônes tout papier.
Chez Supravox les membranes de nos haut-parleurs large bande sont intégralement en papier, du collage de la bobine jusqu’à la suspension. Il en fut ainsi dès la conception du premier haut-parleur électro-dynamique.
Le papier de par sa structure homogène, mais aléatoire, dans la répartition et l’orientation des fibres, apporte un comportement rigidité / amortissement interne homogène sur toute la bande passante. La conception précise d’une membrane, son profil, son épaisseur, va définir sa réponse : étendue et sans accidents. La formulation de la pâte à papier va apporter la « transparence » sonore au haut-parleur. Le traitement spécifique de la suspension externe en papier, nous permet de contrôler la réponse en fréquences et le son du haut-parleur.
Nous utilisons les mêmes membranes exponentielles, issues des mêmes moules, avec le même papier depuis les développements de M. Liebert sur les larges bande dans les années 40.
Nos haut-parleurs sont parfois associés à un dôme ou un bi-cône. Un dôme très rigide, traité à cet effet, collé directement sur le support de bobine va permettre d’étendre la réponse d’un haut-parleur au-delà de 12-15kHz.
Le bi-cône, qui par sa forme et sa surface agit comme un second haut-parleur plus petit, va apporter beaucoup d’énergie dès 4 kHz.
Le choix se fait lors de la conception et la mise au moins minutieuse de chaque hautparleur.
Quels aimants ?
Un aimant, quelle que soit sa technologie, est avant tout une source permanente d’énergie magnétique. Cependant, comme tout élément terrestre, rien n’est parfait. Tout aimant est caractérisé par quatre principaux comportements :
– Sa rémanence, ou sa capacité à conserver un champ permanent plus ou moins élevé.
– Sa coercivité qui est sa capacité à résister aux champs extérieurs opposés qui tendent à le désaimanter.
– Sa température maximale d’utilisation.
– Son coefficient de température, qui indique sa perte de champ réversible avec l’augmentation de la température d’utilisation.
Malheureusement aucun aimant n’est excellent en tous points, et à cela s’ajoute leur prix de revient.
L’aimant en ferrite est le moins cher, sa rémanence est bonne, sa coercivité élevée, une température d’utilisation confortable de 225°C, mais le moins bon coefficient de température de tous.
Le néodyme (ou neodymium en anglais) est cher, avec une rémanence et une coercivité très élevée, un coefficient de température correct, mais une température d’utilisation faible de 80°C pour les grades standards.
L’Alnico, un des alliages les plus anciens avec le Ticonal, offre une rémanence élevée, un coefficient de température quasiment parfait, une température d’usage très élevée de 450°C, mais une coercivité faible pour les grades anciens et usuels. C’est un très bon aimant, très cher, qui demande un peu d’attention dans la conception du moteur pour le stabiliser.
Une dernière source de champ magnétique est la bobine d’excitation. Dans ce montage l’aimant est remplacé par une bobine, qui sous l’action du courant qui la traverse génère un champ magnétique qui lui est proportionnel, c’est : l’induction. Si l’alimentation de la bobine est asservie en courant, alors le champ dans l’entrefer est invariablement stable.
Niveau d’écoute, rendement et puissance.
Nous avons vu que le niveau sonore d’écoute n’est lié qu’au déplacement du haut-parleur multiplié par sa surface. Nous avons noté également qu’un haut-parleur de rendement plus élevé demande moins de puissance pour le même niveau sonore.
Or la puissance dissipée dans la bobine en augmente sa résistance proportionnellement à l’augmentation de sa température, ce qui diminue le rendement du haut-parleur via la chute du courant traversant la bobine, l’amplificateur l’alimentant en tension i=U/Re. C’est ce que nous appelons la compression thermique.
Par ailleurs qui dit plus de puissance, dit plus de composants dans le circuit électronique, plus de dissipation dans ceux-ci, plus de non linéarités thermiques et électriques et donc de distorsions. Si nous pouvons nous contenter de peu de puissance, nous pouvons nous orienter vers des circuits simples, efficaces, voir en classe A, plus linéaire, à la distorsion réduite et à la musicalité reconnue.
Nous voyons bien qu’un haut-parleur de haute sensibilité induit indirectement moins de distorsions à l’usage, y compris dans les électroniques associées.
CONCLUSIONS
De ce laïus il vous faut retenir trois notions primordiales quant au choix de ses haut-parleurs :
– La puissance admissible d’un haut-parleur ne révèle rien de ses qualités.
– Les qualités subjectives d’un large-bande sont intimement liées au papier et au profil de la membrane utilisée. C’est un savoir-faire rare et précieux.
– Un haut-parleur de sensibilité élevé autorise l’usage d’amplificateur de petite puissance, à transistors ou à tubes, intrinsèquement plus linéaires et donc plus musicaux.