Théorie électrique audio auto — Câblage des charges en série et en parallèle
Nous continuons notre introduction aux bases de la théorie électrique audio auto en parlant du câblage des charges en série et en parallèle. Comprendre les caractéristiques de chaque option de câblage et comment elle se rapporte à la distribution de puissance et à la consommation de courant est crucial pour choisir les bons haut-parleurs pour votre système sonore. Tous les détaillants réputés en installation mobile connaissent les bases du câblage série et parallèle par cœur et peuvent vous aider à obtenir la bonne combinaison de haut-parleurs ou de caissons de basses pour assurer une performance optimale de votre système sonore.
Révision du circuit électrique
À ce stade, vous devriez être familier avec le concept de base du câblage d'une charge à une source d'alimentation. Dans nos voitures, cela peut être aussi simple que de brancher un chargeur USB de téléphone dans la console centrale ou de faire intégrer un amplificateur dans le système électrique de votre véhicule par votre installateur.
Le circuit électrique le plus basique a une seule source d'alimentation et une seule charge. Les deux appareils sont connectés ensemble avec le terminal positif de la source connecté au terminal positif de la charge et de même pour les terminaux négatifs. Le courant circule de la source d'alimentation, à travers la charge et revient au terminal opposé de la source.
Câblage des charges en parallèle
Tout appareil que nous câblons au système électrique de nos voitures et camions est considéré comme câblé en parallèle avec d'autres charges. Les connexions positives vont toutes vers la même source d'électricité, et les connexions de masse sont toutes effectivement connectées au même terminal de la batterie.
La première et la plus importante caractéristique des charges câblées en parallèle est que la tension aux bornes de toutes ces charges est égale.
Savoir cela facilite le calcul du courant à travers chaque charge en utilisant l'équation I = V ÷ R. Nous pouvons également calculer la puissance dissipée par chaque charge en utilisant l'équation P = V² ÷ R.
Dans le diagramme ci-dessus, nous voyons deux charges connectées à une source d'alimentation commune de 12 volts. La charge 1 a une résistance de 20 ohms et la charge 2 une résistance de 15 ohms. En utilisant les équations ci-dessus, nous calculons que 0,6 ampère circule dans la charge de 20 ohms et 0,8 ampère dans la branche de 15 ohms. De même, la branche de 20 ohms dissipe 7,2 watts et celle de 15 ohms 9,6 watts.
La source d'alimentation doit fournir un total de 1,4 ampère au circuit.
Calcul de la résistance des charges en parallèle
Une partie importante de la compréhension des charges en parallèle et de leur effet sur la puissance tirée de l'alimentation est la compréhension requise de la façon de calculer la résistance nette de plusieurs charges en parallèle.
La formule pour calculer la résistance totale de plusieurs charges câblées en parallèle est 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 et ainsi de suite, jusqu'à ce que vous ayez inclus toutes les charges.
Pour nos charges de 15 et 20 ohms dans l'exemple, les mathématiques donnent : 1/Rt = 1/20 + 1/15, soit 1/Rt = 0,05 + 0,06667. Cela donne 1/Rt = 0,11667, ce qui équivaut à 8,571 ohms.
Il existe quelques raccourcis pour calculer la résistance lorsque plusieurs charges de même valeur sont utilisées. Regardez le circuit suivant :
Dans ce circuit, les quatre charges sont de 8 ohms. Les mathématiques montrent que la résistance nette est de 2 ohms. Lorsque toutes les charges du circuit sont identiques, on peut simplement diviser la résistance de chacune par le nombre de charges.
Donc, 1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 = 8 ÷ 4 = 2
Rappelez-vous, cela ne fonctionne que lorsque toutes les résistances de charge sont identiques.
Câblage des charges en série
La deuxième option pour câbler des charges ensemble est de les câbler en série. Le schéma ci-dessous montre deux charges câblées en série avec une source de tension.
Dans un circuit en série, le courant à travers toutes les charges est le même. La chute de tension aux bornes des charges dépend du courant total circulant dans le circuit et de la valeur de la résistance individuelle de chaque charge.
Un autre trait des circuits en série qui les rend faciles à utiliser est que la résistance totale du circuit est égale à la somme de toutes les charges. L'équation est Rt = R1 + R2 + R3 et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes les charges soient considérées. Pour notre exemple avec les résistances de 15 et 20 ohms, la résistance totale en série serait de 35 ohms. Le courant dans le circuit est calculé avec I = V ÷ R, soit 12 ÷ 35, ou 0,343 ampère pour ce circuit.
Pour calculer la tension aux bornes de chaque charge, on multiplie le courant par la résistance pour chaque valeur avec l'équation V = I x R. La tension aux bornes de R1 est de 6,857 volts et celle aux bornes de R2 est de 5,143 volts. Non par coïncidence, la somme de ces deux tensions équivaut à notre tension d'alimentation de 12 V.
Dans les applications automobiles, le problème du câblage des charges en série est que la puissance totale fournie au circuit dépend de la résistance de chaque composant. Cela rend la prédiction des résultats pour des charges dynamiques très difficile. On câble occasionnellement des charges en série lorsqu'on connecte des caissons de basses à un amplificateur ou dans le rare cas où l'on utilise des composants de crossover passifs avec un haut-parleur.
Câblage série-parallèle pour caissons de basses
Prenons l'exemple d'un amplificateur conçu pour produire sa puissance nominale dans une charge de 4 ohms. Si nous voulons connecter un seul caisson de basses à l'ampli, il devrait avoir une impédance nominale de 4 ohms. Selon la marque, vous pouvez avoir un caisson à simple bobine de 4 ohms, une configuration double 2 ohms ou double 8 ohms.
Si vous choisissez un woofer double 2 ohms, les bobines devront être câblées en série avant de connecter les bornes positives et négatives à l'amplificateur. Si vous utilisez le double 8 ohms, les bobines doivent être câblées en parallèle.
Et si nous voulons câbler plusieurs caissons de basses sur un seul canal d'amplificateur ? Dans ce cas, l'impédance nette doit encore être de 4 ohms. Vous pouvez utiliser une paire de caissons à simple bobine de 2 ohms ou une paire de double 4 ohms. La paire de 2 ohms serait câblée en série puis vers l'ampli. Les double 4 ohms auraient leurs bobines individuelles câblées en série, puis les deux caissons câblés en parallèle vers l'amplificateur.
Vous noterez que nous avons changé la source d'alimentation dans ce diagramme pour une source AC. Vous pouvez considérer cela comme votre amplificateur. Nous ne voulions pas que quelqu'un nous reproche de suggérer de connecter vos caissons de basses à votre batterie.
Vous pouvez continuer à câbler plusieurs caissons de basses en charges série et parallèles simultanées jusqu'à épuisement de l'espace dans le coffre, tant que le résultat net garde l'ampli heureux avec une charge de 4 ohms.
Choisir les bons caissons de basses pour votre amplificateur
Comprendre les bases du câblage série et parallèle est essentiel pour s'assurer d'obtenir la bonne combinaison de caissons de basses pour votre amplificateur, ou le bon amplificateur pour votre choix de caissons. Votre détaillant spécialisé en électronique mobile local peut vous aider à obtenir la bonne solution pour votre application et l'installer pour qu'elle sonne bien. Dans le prochain article sur la théorie électrique audio auto, nous introduirons le concept de courant alternatif.