Pourquoi les haut-parleurs ont-ils des tailles différentes ?

Quand vous vous rendez chez votre spécialiste local en électronique mobile à la recherche de nouveaux haut-parleurs, il y a quelques critères à garder à l'esprit. Choisir une taille de haut-parleur peut aller dans deux directions : Vous pouvez choisir quelque chose qui s'adapte à un emplacement de montage spécifique ou vous pouvez choisir en fonction des caractéristiques du haut-parleur par rapport à sa taille. Êtes-vous intéressé à savoir pourquoi les haut-parleurs existent en différentes tailles ? Bien ! Vous êtes au bon endroit.

Que fait un haut-parleur ?

C'est le travail d'un haut-parleur de convertir le signal électrique de votre amplificateur en mouvement. Le mouvement du cône du haut-parleur excite l'air autour de lui. Alors que le cône avance, l'air devant le cône est pressurisé. Alors que le cône recule, l'air est raréfié. Ces ondes de pression s'étendent à partir du haut-parleur et nos oreilles détectent ces minuscules changements de pression comme du son. Assez simple, non ?

Choses à considérer en termes de reproduction sonore

Quand il s'agit de reproduire des sons, plus la fréquence est basse, plus il est difficile de produire le son. Pour chaque doublement de fréquence, le cône du haut-parleur doit bouger un quart de la distance pour produire le même niveau de sortie. Par exemple, si votre subwoofer doit bouger 2 mm pour produire 95 dB de sortie à 40 Hz, il n'a qu'à bouger 0,5 mm pour reproduire 95 dB à 80 Hz. Pour reproduire 95 dB de sortie à 160 Hz, le cône n'a qu'à bouger 0,125 mm.

La taille d'un cône de haut-parleur affecte la quantité de son que le haut-parleur créera pour une quantité donnée de signal d'entrée. Généralisons un peu (parce qu'beaucoup de facteurs externes affectent cette affirmation) : Un cône de haut-parleur de 12 pouces doit bouger deux fois plus loin qu'un cône de 15 pouces pour produire la même quantité de sortie à une fréquence donnée. Cela signifie aussi que le haut-parleur de 12 pouces nécessite plus de puissance pour produire le même son que le 15 pouces.

Plus gros c'est toujours mieux, non ?

Basé sur cette logique, vous devriez simplement sélectionner le plus gros haut-parleur possible pour chaque application, non ? Eh bien, ce n'est pas tout à fait aussi simple. Quand nous entrons dans les médiums et hautes fréquences, le cône du haut-parleur doit aller et venir très vite. Un ton de 1 000 Hz nécessite que le haut-parleur avance et recule 1 000 fois par seconde. Un ton de 10 kHz nécessite 10 000 de ces mêmes mouvements par seconde. Si nous utilisons un gros haut-parleur avec un cône relativement lourd, c'est très difficile de suivre le signal d'entrée. Pourquoi ? L'inertie.

Utilisons une analogie pour expliquer cela. Imaginez que vous êtes à un défilé et que vous agitez un drapeau. Le poteau fait 1,8 mètre de long et le drapeau au bout fait 90x150 cm. Vous agitez le drapeau d'avant en arrière aussi vite que vous pouvez. Même si vous êtes vraiment fort, le plus vite que vous puissiez l'agiter d'avant en arrière est une, peut-être deux fois par seconde. Maintenant, regardez le petit enfant à côté de vous au défilé. Il a un petit drapeau en papier de 5x7,5 cm sur un bâton en plastique de 12,5 cm. Ses petites mains peuvent agiter ce drapeau d'avant en arrière cinq ou six fois par seconde.

Les ingénieurs de haut-parleurs doivent équilibrer plusieurs caractéristiques pour atteindre des objectifs spécifiques pour une conception donnée. Comparons le poids d'un cône de haut-parleur pour un subwoofer de 10 pouces à celui d'un médium de 10 pouces utilisé dans les concerts et systèmes de sonorisation publique. Un subwoofer typique de 10 pouces conçu pour jouer des fréquences en dessous de 150 Hz a un ensemble de cône (cône, bobine mobile, support, demi-araignée et demi-surround) qui pèse environ 150 grammes. Un haut-parleur de 10 pouces conçu pour être utilisé pour les fréquences médiums (150 à 1 kHz) a une masse d'ensemble de cône d'environ 40 grammes.

Clairement, l'assemblage plus léger peut bouger plus vite et suivre la reproduction des hautes fréquences.

Plus léger c'est mieux ?

Maintenant, nous faisons face au dilemme d'équilibrer la sortie basses vs hautes fréquences. Un cône plus léger bougera plus vite et sera capable de produire une sortie haute fréquence étendue. Un cône plus lourd a une fréquence de résonance plus basse et donc, peut produire plus de sortie basse fréquence. Combinez ces généralisations avec des problèmes électriques affectant l'inductance de la bobine mobile, et nous entraverons davantage la sortie haute fréquence. Il commence à devenir clair que nous avons besoin de haut-parleurs de tailles différentes pour différentes applications.

Subwoofers

La plupart des subwoofers sont dimensionnés de 8 à 18 pouces. Puisque les subwoofers sont conçus pour jouer des fréquences en dessous de 100 Hz dans les applications audio auto, ils ont besoin de beaucoup de capacité de débattement et d'une faible fréquence de résonance. Cela signifie que les subwoofers auront des cônes relativement lourds. À des niveaux de débattement élevés, les cônes sont exposés à des contraintes significatives, donc le cône doit être fort, et cela contribue davantage à leur poids. Les subwoofers doivent gérer beaucoup de puissance. Cette puissance nous permet de bouger le cône sur des distances relativement grandes. La tenue en puissance nécessite des composants plus gros sous forme de supports de bobine mobile de grand diamètre et d'enroulements.

Médiums-graves

Un médium-grave dédié est généralement conçu pour jouer d'environ 50 à 500 Hz. Les tailles sont typiquement de 16,5 à 20 cm, mais certains ont utilisé des haut-parleurs de 25 et 30 cm. Le cône doit être plus lourd que celui d'un médium, mais pas assez lourd pour le ralentir pour les hautes fréquences.

Si vous regardez le contenu fréquentiel d'un interprète, vous verrez que de nombreuses voix s'étendent jusqu'à 100 Hz. La précision en vitesse est importante dans cette plage de fréquences. Les résonances et le comportement non-linéaire causent de la distorsion harmonique. Cela est souvent perçu comme de la « chaleur » dans la région médium-grave. Nous ne voulons rien d'extra dans notre musique, donc la précision est ce qui importe.

Haut-parleurs médiums

Les haut-parleurs médiums deviennent un exercice d'équilibre de plusieurs caractéristiques différentes. Bien sûr, le cône doit être relativement léger, mais gérer la linéarité et la distorsion devient une priorité encore plus élevée. Il est plus facile d'entendre la distorsion aux fréquences médiums. Le cône doit équilibrer masse, amortissement et force pour prévenir la déformation et causer des harmoniques. La suspension doit être très linéaire.

Gérer l'inductance devient aussi un problème plus significatif parce qu'elle peut réduire la sortie haute fréquence. Les médiums pour applications audio auto typiques varient en taille de 16,5 cm et 15x23 cm du côté grand jusqu'à aussi petit que 6,5 cm. Beaucoup de médiums essaient de faire double emploi comme médiums-graves pour utilisation dans des systèmes audio deux ou trois voies. Bien que ce soit un compromis mineur, c'est une nécessité. Nous considérons les haut-parleurs médiums comme couvrant la plage de 100 Hz à 3 000 ou 4 000 Hz.

Tweeters

Pour reproduire des fréquences au-dessus de 2,5 kHz, les tweeters ont besoin de cônes très légers. Les cônes de tweeter ne bougent pas très loin, donc ils n'ont pas besoin de beaucoup de débattement, mais il doit quand même y avoir une suspension. Les résonances dans le cône peuvent semer le chaos avec la réponse en fréquence. Les tweeters premium peuvent utiliser des fonctionnalités comme le ferrofluide dans l'entrefer pour améliorer la tenue en puissance. Les tweeters premium peuvent aussi inclure un capuchon de pièce polaire en cuivre pour réduire l'inductance et la distorsion.

Considérations de directivité

Une autre considération lors du choix des haut-parleurs est que tous les haut-parleurs au-dessus d'une certaine fréquence commencent à devenir directifs. La directivité fait référence à une réduction de la sortie haute fréquence quand vous vous déplacez hors axe du haut-parleur. Si vous choisissez vos haut-parleurs et concevez votre système soigneusement, vous pouvez minimiser l'effet de directivité. La seule vraie considération serait d'avoir vos tweeters pointés vers vous.

L'exercice d'équilibre

Les applications pour l'information dans cet article varient, selon votre objectif global pour votre mise à niveau de système audio. Un simple ensemble de haut-parleurs coaxiaux de remplacement sera choisi par l'application de taille. Si vous construisez un système audio haut de gamme avec plusieurs amplificateurs, canaux, traitement de signal numérique et emplacements de montage de haut-parleurs personnalisés, alors choisir les bons haut-parleurs en termes de qualité et d'application prévue devient plus important.

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