Centre d'intérêt N 13 : RESTITUTION DES SUPPORTS DE L'INFORMATION ANALOGIQUE LES ENCEINTES 1 LES HAUT-PARLEURS : 1.1 DÉFINITION :

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1 SEN SEN Pro Pro EIE EIE Bac Bac Centre d'intérêt N 13 : RESTITUTION DES SUPPORTS DE L'INFORMATION ANALOGIQUE LES ENCEINTES 1 LES HAUT-PARLEURS : 1.1 DÉFINITION : Un haut-parleur est un transducteur d'énergie. Il transforme une énergie électrique en une énergie acoustique. D'un signal électrique, un système de transduction engendre un déplacement mécanique d'une membrane qui à son tour va entraîner la vibration de l'air correspondante à l'onde sonore originale. Les principes physiques utilisés pour la construction des microphones sont réversibles. La transduction piézoélectrique, électrodynamique ou encore électrostatique est possible pour réaliser des HP. Toutefois, le principe à bobine mobile est de loin le plus répandu. La comparaison avec les microphones s'arrête là car si l'on songe aux énergies en jeu, les microphones délivrent des puissances de l'ordre du nanowatt alors que les HP reçoivent des puissances allant jusqu'à quelques centaines de watts. Les particularités de la propagation des sons (par exemple sa relative " lenteur ", la célérité c air = 330m/s) influence directement l'emplacement des HP dans leur boîtier et dans le local d'écoute. Le volume du local d'écoute ainsi que les obstacles rencontrés par les ondes sonores jusqu'aux oreilles de l'auditeur entraînent des interférences qui créent des modifications du signal original propre à chaque local d'écoute (échos, réverbérations, distorsions de fréquences, etc.). 1.2 SPÉCIFICATIONS ÉLECTRIQUES D'UN HP A l'entrée il y a le signal électrique (analogique) fourni par un amplificateur capable de débiter des puissances importantes. Pour un système à bobine mobile, le haut-parleur peut être considérer comme une inductance pure en série avec une résistance ohmique représentée par la valeur ohmique du fil composant la bobine. 1.3 IMPÉDANCE De par son schéma électrique, Un haut-parleur va présenter une impédance Z à l'amplificateur qui l'alimente. L'impédance d'un HP varie en fonction de la fréquence. L impédance d un haut parleur varie en fonction de la fréquence. Elle obéit à la loi : Z=L.ω, ou Z=L.2.π.f. De plus, elle présente une bosse à la fréquence de résonance mécanique de l équipage mobile Les fabricants nous donnent la valeur de l'impédance pour une fréquence de 1 khz, qui est appelée impédance nominale. Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 1 /7

2 La courbe d'impédance classique, d'un haut-parleur Cabasse. Ce haut-parleur d'une impédance dite de "8 ohms" affiche en réalité une impédance de 30 ohms à 50 Hz, de 6 ohms à 300 Hz, de 9 ohms à 1000 Hz, de 16 ohms à 5000 Hz et de 35 ohms à 20000Hz. 1.4 BANDE PASSANTE. La bande passante d un haut parleur est liée à son diamètre ; un haut parleur de grand diamètre reproduira des sons graves (basses fréquences) et inversement, un haut parleur de petit diamètre reproduira des sons aigus (hautes fréquences). Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 2 /7

3 1.5 PUISSANCE La puissance nominale d'un HP est en fait la puissance maximale qu'il peut supporter sans destruction. La puissance sinus (ou RMS) est déterminée par un signal sinus appliqué pendant une longue durée. La puissance musicale (ou crête) nous indique les puissance très brèves que peu supporter un HP. 1.6 SENSIBILITÉ La sensibilité détermine la pression acoustique à 1m de l'hp dans l'axe pour un signal appliqué de 1W (1kHz). C'est une indication de rendement. La sensibilité est donnée généralement en db (1m/1W). Le rendement est la caractéristique la plus importante du haut parleur car elle représente sa capacité à transformer l énergie électrique en une grandeur acoustique, le niveau sonore mesuré en db. Le rendement est mesuré en injectant dans le haut parleur un «bruit rose» ( spectre contenant toutes les fréquences audibles ) avec une puissance RMS de 1W. Un microphone de laboratoire mesure le niveau sonore mesuré à 1 mètre du haut parleur en chambre anéchoïde : Tableau présentant la relation entre puissance et sensibilité Puissance électrique nécessaire Sensibilité du haut parleur Niveau sonore à 1 m 1 W 103 db/w/m 103 db 2 W 100 db/w/m 103 db 4 W 97 db/w/m 103 db 8 W 94 db/w/m 103 db 16 W 91 db/w/m 103 db 32 W 88 db/w/m 103 db 64 W 85 db/w/m 103 db 128 W 82 db/w/m 103 db On constate, que l'on obtient le même niveau sonore pour un amplificateur de puissance électrique en sortie de 1 W et un haut parleur de sensibilité de 103 db/w/m qu avec un amplificateur de puissance électrique en sortie de 128 W et un haut parleur de sensibilité de 82 db/w/m. D une manière générale, on utilise en sonorisation professionnelle des haut parleurs à haut rendement ( >100 db/w/m ) et dans le domaine public des haut parleurs à bas rendement ( < 85 db/w/m ) pour des raisons de prix de revient. Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 3 /7

4 1.7 CONSTITUTION D'UN HP. Membrane Suspension Spider Saladier Bobine mobile Aimant permanent Connexion Plaque de champs Champs magnétique Noyau Pièce arrière ou culasse La bobine (que l'on peut aussi nommer transducteur électromécanique ) mobile se déplace dans l'entrefer d'un circuit magnétique amené par un puissant aimant permanent. La force mécanique engendrée par la bobine qui coupe les lignes de forces magnétiques est directement proportionnelle au signal électrique transporté par la bobine. La membrane, solidaire de la bobine met en mouvement le volume d'air environnant. La forme, la grandeur, etc. sont d'une grande importance quant au résultat final de l'hp. Le parties fixes, comme le support (ou saladier) doit être le plus rigide possible mais sans freiner les déplacements d'air. Les matériaux utilisés vont déterminer une des caractéristiques de l'ensemble notamment par la fréquence de résonance mécanique propre. 1.8 LES PRINCIPAUX TYPES DE HAUT-PARLEURS : FREQUENCES BASSES (HP WOOFER) Destiné à reproduire les plus basses fréquences, dotées de longueurs d onde importantes, le boomer doit mettre en vibration une masse d air importante. Grands déplacements Grande membrane mais très rigide FREQUENCES MEDIUM (HPLe Medium) Dans une enceinte 3 voies, le médium est le haut-parleur le plus important. Il aura pour rôle la reproduction des fréquences les plus sensibles correspondant à celles de la voie humaine. Plus le haut-parleur sera performant, plus les fines subtilités de la voie ou de la musique seront reproduites de manière fidèle. Les fréquences seront en général de 500 Hz à 5 khz. Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 4 /7

5 FREQUENCES AIGUËS (HP TWEETER) Le tweeter est le haut-parleur qui va donner toute sa richesse à la musique en reproduisant à la fois les harmoniques les plus élevées de la voie et les sont les plus aigus donnant toute sa richesse à la musique classique. D un diamètre très faible, le tweeter couvrira les fréquences de 5 khz à 20 khz. Il existe 2 types de tweeter : Petits déplacements très rapides Petit diamètre pour garder un rayonnement omnidirectionnel Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 5 /7

6 2 LES ENCEINTES ACOUSTIQUES La technique la plus souvent utilisée pour palier au court-circuit acoustique est de définir le volume d'air placé à l'arrière de l'hp en créant ainsi des enceintes acoustiques. En plus, ce système permet d'inclure différents haut-parleurs dans un même boîtier avec les filtres nécessaires et parfois un circuit électronique (amplificateur, protection, etc.). Ci contre, le principe d'un système d'enceinte CLOSE. Le court-circuit acoustique est éliminé complètement mais un grand volume d'air reste nécessaire pour éviter que l'élasticité de l'air freine les déplacements de la membrane. Le principe d'un système d'enceinte BASS- REFLEX. Le court-circuit acoustique est utilisé à l'aide d'une ouverture à l'avant du boîtier. L'air sortant par l'ouverture, en phase avec l'air poussé par la membrane a pour effet d'augmenter la sensibilité du système. Le système d'enceinte A EVENT est quelque peu similaire, avec une ouverture plus petite et un "circuit d'air" à l'intérieur de la membrane. Le principe d'un système d'enceinte A MEMBRANE PASSIVE. L'élasticité de l'air entraîne un déplacement passif de la membrane souple (généralement située à l'arrière), ce qui permet de réduire le volume du boîtier. Toutes les enceintes Hi-Fi âgées de 15 ou 20 ans sont confrontées au même problème. Le son se dégrade progressivement au fil des ans et des bruits parasites apparaissent. Dans 95% des cas ces défauts proviennent de l'usure de la suspension du boomer. Cette usure est normale, elle est due en partie à l'age des enceintes et en partie à la sollicitation mécanique que subit cette partie du haut parleur. Ce bord en mousse, appelé suspension haut parleur, subit deux contraintes importantes : - Une compression exercée par l'air contenu dans l'enceinte. - Une flexion de plusieurs centaines de fois par seconde. La suspension haut parleur du boomer est la seule pièce qui s'use dans une enceinte. Les haut parleurs médium et aigus ne s'usent pas. 2.1 CARACTÉRISTIQUES DES ENCEINTES : Courbes de réponse en amplitude (de la pression sonore) et en phase (en fonction de la fréquence). Impédance c est le module de l impédance (en ohms) en fonction de la fréquence. La valeur de l impédance est nécessaire pour choisir un amplificateur adapté. Plus l impédance de l enceinte est basse, plus elle va tirer de courant sur l ampli et nécessiter de sa part une alimentation fortement dimensionnée. En hifi Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 6 /7

7 et en fonction de la fréquence, l impédance des enceintes peut descendre jusqu à 4 Ω. Sensibilité dans l axe, qui correspond à la pression sonore en db SPL fournie par l enceinte à 1 mètre de distance, pour 1 Watt de puissance électrique RMS (efficace) reçu et pour un signal de fréquence 1kHz. La sensibilité, qui s exprime en db(spl)/w/m, ne doit pas être confondue avec le rendement. Rendement, qui s exprime en pourcentage, est défini comme le rapport de la puissance acoustique émise sur la puissance électrique consommée (pression sonore mesurée à 1 m de l enceinte lorsqu on lui applique une puissance de 1 W). Sa valeur est habituellement très faible. Le rendement de l enceinte conditionne toute la construction du système sonore. le niveau de puissance RMS admissible, à ne pas confondre avec le niveau de crête. la puissance AES, exprimée en Watt AES, qui est la puissance admissible par le haut-parleur mesurée selon la norme AES (r2003), en lui appliquant pendant plusieurs heures un bruit rose filtré et en évaluant la dégradation résultante Sources : les plus : Les enceintes T ale BAC PRO SEN EIE LM Marguerite AUDOUX page : 7 /7