Comment concevoir et construire un crossover de haut-parleur – Guide de bricolage avec schémas !

Bienvenue ! Dans ce grand guide pratique, je vais vous montrer comment vous pouvez concevoir et construire votre propre haut-parleur croisement pour l'audio de la maison ou de la voiture.

J'ai construit beaucoup de mes propres - des conceptions de base aux conceptions plus avancées, donc j'aimerais partager ce que j'ai appris en cours de route. Je vais couvrir pas mal de choses alors allons-y !

Ce que couvre ce guide pratique

Il existe tellement de types différents et de variantes de types de conception de croisement passif qu'il n'est pas pratique pour moi de tous les couvrir. Pour garder les choses gérables et aider le plus grand nombre de personnes (tout comme vous !), Je vais couvrir ce que vous devez savoir pour créer l'une des nombreuses options qui fonctionneront pour plus de 95 % des besoins en matière de système d'enceintes.

Comment cet article va vous aider

Mon article fournira le savoir-faire, les diagrammes, les informations et les étapes pour construire un bricolage (DIY) haut-parleur croisement pour obtenir le son que vous voulez basé sur ma propre expérience du monde réel. Il est tout à fait possible de construire quelque chose que vous aimerez utiliser et dont vous serez fier sans gros maux de tête ni faillite !

Dans ce guide pratique, je couvrirai :

• 1 voie (tweeter passe-haut ou woofer passe-bas), 2 voies et 3 voies.
• Bons types de conception croisés de premier ordre et de second ordre à utiliser.
• Comment déterminer les numéros de fréquence de coupure (fréquence de croisement) dont vous aurez besoin.
• Des diagrammes schématiques pour vous aider à construire le vôtre que vous pouvez télécharger ou imprimer si vous le souhaitez.
• Ce que vous devez savoir sur l'impédance des enceintes (ohms des enceintes) et pourquoi c'est important.
• Choix des bonnes pièces à acheter et approche pratique de la valeur des pièces.
• Que faire si vous ne trouvez pas les bonnes valeurs de pièce.
• Câblage de votre réseau croisé et assemblage de tout (sans avoir à construire un circuit imprimé personnalisé).
• Choses supplémentaires à faire pour cette touche supplémentaire et des performances encore meilleures.

(N'hésitez pas à sauter certaines sections si vous n'êtes pas nouveau dans certaines des idées ici.)

Remarque : Comme cet article n'est pas destiné à être un article plus avancé, je ne couvrirai pas quelques aspects techniques tels que l'impédance de la bobine mobile, la réponse en phase, la réponse hors axe des ondes sonores, le déphasage ou les options de conception du 4e ordre.

Comment fonctionne un crossover passif ? (Un petit guide pour les débutants)

Un filtre crossover passif est différent d'un crossover actif (utilisé dans les conceptions audio électroniques, les amplificateurs et préamplificateurs, etc.) en ce qu'il utilise des composants passifs non alimentés pour filtrer une fréquence portée avant qu'il n'atteigne un haut-parleur ou des haut-parleurs. Concrètement, ils "empêchent" efficacement les fréquences sonores indésirables d'atteindre un haut-parleur en réduisant ou en atténuant considérablement le signal d'entrée d'une chaîne stéréo ou d'un amplificateur.

Cela est possible grâce à une propriété des condensateurs et des inductances appelée réactance. La réactance est une opposition au flux de courant électrique et elle change avec la fréquence du signal audio. Cela crée une impédance au signal qui contrôle la quantité de niveau de signal (tension de niveau de haut-parleur) présente aux bornes des haut-parleurs.

Le rôle des condensateurs et des inductances dans croisement réseau conception

• A condensateur augmente son opposition au flux de courant à des fréquences inférieures à croisement point . Cela signifie qu'il agit comme un filtre passe-haut lorsqu'il est connecté en série avec une charge de haut-parleur (charge Ohms).
• Un inductance augmente son opposition au flux d'électricité davantage à des fréquences plus élevées au-dessus du croisement point . Cela signifie qu'il agit comme un filtre passe-bas lorsqu'il est connecté en série avec un haut-parleur.

Les utilisations réelles de ceux-ci sont extrêmement important dans les systèmes de haut-parleurs audio domestiques ou de voiture :

• Nous pouvons utiliser le bon condensateur de valeur (évalué en unités appelées Farads) pour empêcher le son à basse fréquence d'atteindre un tweeter qui causerait de la distorsion ou même des dommages !
• Nous pouvons utiliser une inductance de la bonne valeur (évaluée en unités appelées Henries) pour empêcher les signaux musicaux à haute fréquence d'atteindre un woofer qui sonnerait très pauvre ou dur.

Les condensateurs et les inductances peuvent être utilisés seuls (crossover à un étage, également appelé 1er ordre) ou combinés pour créer un filtre encore plus efficace avec des caractéristiques différentes. Les croisements de 1er ordre ont une pente de croisement, ou la pente/efficacité du filtrage, qui diminue à un taux de 6 dB par octave.

Les croisements de second ordre, qui ont deux sections de condensateur ou d'inductance, réduisent leur sortie à 12 dB par octave. 2ème commande les conceptions sont l'une des plus couramment utilisées pour crossovers passifs car ils constituent un bon compromis entre complexité, coût, pente et qualité sonore.

Nous utilisons les décibels (dB) dans le monde de l'ingénierie, nous utilisons les décibels pour mesurer les niveaux de sortie des haut-parleurs ou les valeurs du signal de croisement audio car les deux ne sont pas linéaires. Cela signifie que pour l'audio, ils augmentent ou diminuent en fonction des puissances de 10 (c'est-à-dire qu'ils sont logarithmiques).

Un signe négatif devant indique une réduction là où un signe positif ou aucun devant indique un gain.

Ex. : Un crossover avec une pente de -6 dB/octave aura une sortie réduite de 6 dB pour chaque octave (réduction de moitié ou doublement de la fréquence :400 Hz, 800 Hz, 1 600 Hz, etc.) au-delà de la fréquence de coupure.

Qu'est-ce qu'un point de croisement d'enceinte ?

Un point de croisement de haut-parleur est généralement appelé un crossover fréquence et il est parfois écrit comme "Fc  » pour représenter la « fréquence de coupure ». A haut-parleur croisement point est le seuil fréquence au-delà duquel les fréquences audio sont considérablement réduites pour atteindre les haut-parleurs, les bloquant ainsi.

En termes techniques, il est basé sur le point auquel la sortie d'un crossover a une perte de 3dB. En termes de puissance électrique, le point -3dB est le fréquence à laquelle la puissance du haut-parleur est réduit de 1/2.

Au fur et à mesure que nous dépassons la fréquence de croisement (le point -3dB), la sortie diminue davantage et jusqu'à ce qu'elle soit essentiellement nulle. Par exemple, pour un filtre de tweeter à -6 dB/octave avec une coupure à 1 kHz :

• Le tweeter aura une sortie de -3 dB à 1 kHz.
• À une octave de distance (500 Hz), la sortie sera de -6 dB.
• À des fréquences encore plus éloignées, la sortie sera proche de 0 décibel.

Choisir votre type de conception de croisement et les détails associés

Choisir un type de croisement et une pente

Voici quelques recommandations pour les meilleurs types de pente et d'ordre de croisement à utiliser en fonction de votre système d'enceintes. Notez que ce sont généralement les plus populaires et fonctionnent dans la plupart des cas.

• Pour un simple filtre de tweeter (passe-haut, pour les aigus ou les « aigus ») ou un filtre de woofer ou de haut-parleur médium (pour faire passer un signal de basse fréquence) un 1er ordre, de type 6 dB/octave est généralement bien. Les conceptions de second ordre, 12 dB/octave, sont également facultatives si vous souhaitez filtrer encore plus précisément les fréquences indésirables.
• Pour 2 voies haut-parleur systèmes a 2ème commande Linkwitz-Riley est souvent le meilleur compromis entre qualité sonore et performances. Bien que la 1ère commande soit simple et plus facile à construire, elle n'est pas idéale, sauf si vous avez une raison spécifique de le faire. Un autre avantage est qu'ils fournissent une sortie de haut-parleur en phase lorsqu'ils sont utilisés correctement (je couvrirai cela plus tard).
• Pour les conceptions à 3 voies, un type de second ordre convient et évite également les problèmes de phase et autres complexités qui peuvent survenir.

Linkwitz-Riley vs Butterworth et autres types de croisement de 2ème ordre

Les conceptions Linkwitz-Riley sont de loin l'une des plus couramment utilisées pour un certain nombre de raisons - la principale étant sa réponse plate où les sorties des points de croisement du woofer et du tweeter se chevauchent. D'autres conceptions comme Butterworth, Chebychev et Bessel n'offrent pas la même réponse en fréquence bien qu'elles offrent différentes quantités de gain qui peuvent être utiles pour des objectifs de conception spécifiques.

Le Linkwitz-Riley (L-R) croisement est un excellent choix pour construire un standard haut-parleur conception avec sa pente de -12 dB par octave et sa bonne sortie (plate).

Le crossover L-R de second ordre est une configuration passe-tout qui se résume à une magnitude plate…

La réponse en amplitude plate, la faible sensibilité au décalage et les résonances du haut-parleur dans la bande ont fait du L-R un choix populaire parmi les fabricants.Vance Dickason, The Speaker Design Cookbook (7e éd.)

Bien qu'il s'agisse d'un sujet distinct, le crossover L-R n'est pas sensible à la résonance du haut-parleur, ce qui constitue un autre avantage. Si vous souhaitez en savoir plus, je vous encourage à mettre la main sur un exemplaire du The Loudspeaker Design Cookbook de Vance Dickason. .

Comment trouver vos valeurs de fréquence de croisement

La bonne nouvelle est qu'il existe plusieurs façons de déterminer la fréquence de croisement que vous devez choisir pour concevoir et créer la vôtre :

1. Recommandations du fabricant.
2. La réponse en fréquence du haut-parleur si cette spécification est fournie. (Il n'est malheureusement pas toujours disponible !)
3. Règles générales basées sur le type et la taille des haut-parleurs dont vous disposez (tweeters vs woofers, petits haut-parleurs coniques vs gros coniques, etc.).

Vous finirez probablement par utiliser au moins 2 des éléments ci-dessus pour obtenir les meilleurs résultats.

Remarque : Je couvrirai également les haut-parleurs à 3 voies séparément, car ils sont un peu un cas particulier. Voir ci-dessous pour cela.

1. Recommandations du fabricant

Si vous avez de la chance, votre fabricant d'enceintes vous a peut-être fourni une bonne plage de fréquences à utiliser. Pour l'exemple illustré ci-dessus, vous choisiriez une fréquence de croisement d'au moins 3,5 kHz, ce qui est très courant.

2. Tableau ou spécifications de la réponse en fréquence du pilote

Si vous avez la chance d'avoir un graphique de réponse en fréquence avec les haut-parleurs que vous souhaitez utiliser, vous pouvez voir les zones où ils ont une mauvaise sortie et l'utiliser comme guide . Ce sont les zones que vous voudrez éviter.

Pour ce faire, choisissez une fréquence de croisement en dehors de cette plage. Lorsque vous utilisez des configurations à 2 ou 3 voies, cela devrait idéalement être le point auquel l'autre ou les autres pilotes peuvent également produire du son. L'idée est de trouver un "point médian" où les deux peuvent produire un son jusqu'à ce point sans écart, ou une plage de sortie significativement plus faible.

D'après l'exemple ci-dessus, nous pouvons voir que le tweeter montré a une bonne sortie jusqu'à quelque part en dessous de 2 kiloHertz (2kHz). Sachant que nous voudrons choisir une fréquence de croisement d'au moins 2 kHz ou plus.

3. Taille et type de haut-parleur

Pour choisir la coupure nécessaire en fonction de la taille de votre pilote de haut-parleur et tapez les règles de base suivantes sont utiles :

• Les tweeters utilisent un petit pilote qui ne peut pas gérer les basses ou les médiums dans de nombreux cas. La plupart peuvent produire un son à partir d'environ 3 kHz et plus, donc une fréquence de coupure passe-haut de 3 kHz ou 3,5 kHz est généralement un excellent choix.
• Un haut-parleur médium utilisé dans une conception à 2 voies est généralement aussi bon à environ 3 kHz-3,5 kHz. [Pour un pilote de milieu de gamme dans une conception à 3 voies, voir mes notes plus bas.]
• Les woofers qui produisent des fréquences basses ou moyennes ont souvent besoin d'un passe-bas d'environ 120 à 250 Hz.
• Les subwoofers fonctionnent mal avec autre chose qu'une plage de basses fréquences très limitée, donc 80-100 Hz sont souvent les meilleurs. 120 Hz est également applicable dans certains cas.

Notes de fréquence de croisement à 3 voies

Même si cela n'en a pas l'air, les croisements à 3 voies ne sont pas simplement une simple extension d'une conception à 2 voies. L'idée dans ce cas est d'utiliser une conception de crossover passe-tout (APC) avec une large gamme de fréquences entre la fréquence passe-haut et la fréquence passe-bas.

C'est à cause des interactions indésirables qui peuvent se produire si elles sont trop rapprochées. Vous pouvez utiliser mon tableau ci-dessous ou cette règle générale basée sur le rapport de la coupure passe-haut (Fh ) et coupure passe-bas (Fl ):

Bon 3 voies croisement rapport : Fh/Fl =8 ou plus.

Certaines fréquences de croisement à 3 voies à utiliser sont :

• 3 kHz/375 Hz
• 5 kHz/625 Hz
• 6 kHz/750 Hz

Pour utiliser le rapport 1:8 ci-dessus, choisissez la fréquence supérieure et divisez par 8 pour obtenir la 2e. De même, vous pouvez choisir une fréquence inférieure et multiplier par 8 pour obtenir une bonne fréquence de coupure supérieure.

Notez que les conceptions à 3 voies ont une sortie de milieu de gamme avec un niveau de dB supérieur ou inférieur. Dans ce cas, la conception à 3 voies a un gain de 2,45 dB par rapport aux sorties tweeter et woofer, ce qui est assez petit.

Généralement, plus les deux points de croisement sont éloignés, meilleure sera la réponse combinée des haut-parleurs (trois octaves est un bon point de départ).

Les points de croisement plus proches que l'idéal de trois octaves souffriront de schémas d'interférence indésirables complexes.Vance Dickason

Concevoir le circuit croisé et trouver les valeurs des pièces

Une fois que vous avez ce qui suit :

• Le type de croisement dont vous avez besoin.
• Les fréquences de croisement.
• Vos haut-parleurs et leur impédance (classement en Ohms des haut-parleurs).

…vous pouvez vous mettre au travail ! La bonne nouvelle est que ce ne sera pas très difficile - vous n'avez pas à faire le calcul vous-même, sauf si vous préférez le faire. Vous pouvez utiliser mon haut-parleur croisement calculatrice pour vous donner les valeurs de pièces dont vous avez besoin.

EN SAVOIR PLUS »

Utiliser un calculateur de croisement

C'est assez explicite mais ne vous inquiétez pas car j'ai fourni des instructions sur la page de la calculatrice. Saisissez vos valeurs et sélections pour :

• Le type de croisement (un diagramme sera affiché pour le clarifier).
• Les impédances des enceintes utilisées.
• La ou les fréquences de croisement selon les besoins.

Notez ou enregistrez les valeurs, soit sur les schémas ci-dessous, soit ailleurs où vous pouvez les trouver.

DIAGRAMMES - schémas de réseau croisé à imprimer et à utiliser

Cliquez ici pour afficher ou imprimer les schémas de crossover fournis pour construire votre crossover DIY. Un espace est prévu sur l'impression pour noter les valeurs de pièces calculées si vous le souhaitez.

Assembler vos pièces

Achat de composants croisés

Vous aurez besoin au minimum des types de composants croisés suivants :

• Condensateurs électrolytiques non polarisés (bipolaires) avec une tension nominale suffisante. Il s'agit généralement d'environ 48 V ou plus.
• Les inducteurs à noyau d'air, bien que les types de bobine de ferrite (noyau de ferrite) conviennent également, mais ne sont pas obligatoires.

Les condensateurs sont évalués en unités appelées Farad et généralement vendus en "microFarad", également parfois écrit avec le symbole grec Mu (µF, 1/1 000 000 de Farad) ou avec un petit " u” (uF). Les inducteurs sont mesurés en Henries et généralement vendus en milliHenries (1/1 000 d'un Henry) écrits sous la forme "mH".

Condensateurs bipolaires versus polarisés

Les condensateurs polarisés sont le type le plus courant mais ne fonctionneront pas pour une utilisation audio ; vous DEVEZ utiliser des types non polarisés. C'est parce que 1) ils ne peuvent pas gérer une tension de courant alternatif (CA) qui s'inverse et 2) ils peuvent déformer le son et même tomber en panne. Les condensateurs non polarisés permettent à un signal musical électrique de bien passer.

Les condensateurs bipolaires ("BP", non polarisés) sont généralement marqués comme tels tandis que les types polarisés ont un côté avec une bande marquant la connexion négative.

Tension nominale des condensateurs

Les condensateurs ne peuvent pas gérer une tension appliquée supérieure à la valeur nominale maximale. 48 V ou plus est une bonne règle empirique, bien que vous puissiez calculer vous-même la valeur minimale en utilisant la loi d'Ohm si vous connaissez la puissance nominale RMS de l'ampli :

V (volts) =racine carrée (Puissance x ohms du haut-parleur)

Par exemple, un ampli avec 50 W par canal vers un haut-parleur de 8 ohms aura une tension de sortie d'environ racine carrée (50 x 8) = 20V. Une tension nominale plus élevée serait bien mais nous ne voulons pas descendre en dessous de 20V. Nous utiliserons la prochaine pièce la plus cotée que nous trouvons ou plus.

Tolérances de valeur de pièce (pourquoi ne pas rechercher des valeurs "parfaites")

Electrolytic capacitors and air core inductors have a tolerance of about plus or minus 20% of their labeled value (+/-20%). More expensive parts may have 10% or lower tolerance which is nice but not really necessary.

I say this to help get the point across that:

• No capacitor or inductor will have a perfect value – they vary slightly from their rated value.
• You don’t need an exact value, but rather the goal is to get it pretty close to the value you need.
• Inductors, capacitors, and resistors are sold in standardized values and you’ll almost never find the EXACT value. In many cases it’s not stocked by a supplier and not worth the time trying to search and search for it.

For example, a capacitor labeled as 4.7 uF (4.7 microFarad) may have an actual of around 3.76 to 5.64 uF when measured with test equipment. (It’ll probably be around 4 to 5uF but you see what I mean). The same is true for inductors too.

In that case, you’d buy a 4.7uF one if it’s reasonably easy to get but if not, the good news is there’s another way.

TIP:How to get the part values you need if you can’t find them

There’s a simple way to handle not finding the exact part values you need. The trick is to use multiple crossover components in such a way that they add up close to what you’re after.

• Inductance adds when they’re connected in series and divides when wire in parallel.
• Capacitance adds (sums) when they’re wired in parallel. The total capacitance divides when connected in series.

This means you can use spare parts or buy other parts of different values that are available to accomplish the same thing!

Miscellaneous parts you’ll need

I can’t recommend enough being prepared. Here’s a general list of what you’ll need to build and encase your passive speaker crossovers:

• Project enclosure (if not being mounted directly inside a speaker cabinet), ideally made of ABS plastic.
• [Optional] Breadboard or other flat material for a mounting surface.
• Speaker wire or miscellaneous wire for connecting the components to each other and wire terminals.
• Sandpaper or metal file to remove insulating enamel from inductor wire ends.
• Wire terminals:I use a dual row inline wire terminal strip as they’re relatively easy to get, not expensive, and can be mounted with screws.
• Adhesive to mount your parts:General adhesive, silicone-based adhesive, or a hot glue stick and a hot glue gun (although not recommended for hot areas).
• [Optional] Labels:Clear Scotch tape or shipping tape and white paper + permanent marker or black &white printer.
• Typical hand tools:cutting pliers or needle nose pliers, Philips screwdriver, and others as needed.

TIP: When shopping for a project enclosure, be aware that the screw thread columns take up some of the internal space. You may need to buy a slightly larger size if the space is too tight.

I recommend always checking how much room you’ll need based on the size of your capacitors and inductors.

DIAGRAM – How to build your speaker crossover

Prepare the crossover circuit &components for assembly

Once you’ve got your parts and the schematic it’s time to jump right in! To build your crossovers, I recommend doing the following:

• Place the capacitors and inductors in the project box in order to figure out the best placement before you start building. Sometimes space is tight and you don’t want problems when you’re already in the middle of building the crossover network circuitry.
• If you’re using a mounting board or perfboard, etc., measure between the cover screw columns. This is important because many plastic project enclosures have screw bases that take up space on the inside. Cut your board as needed to fit this area.
• Although it can be possible to find a single-row wire terminal strip they’re hard to get. I recommend using a dual row strip as they’re affordable and much easier to find.
• With the top on the box, place the terminal strip slightly below the top to leave enough room for wiring to exit below the cover when it’s on. Using a permanent marker or knife, mark the area above it and cut that section of plastic out.

Mounting &connecting your components

• I recommend using a non-permanent adhesive like hot glue and a hot glue gun, silicone sealant, contact adhesive, Gorilla Glue, etc. to mount the parts. This way you can remove them later if you need to modify the design or reuse parts.
• For warmer temperatures hot glue really isn’t so great. Hot glue can become detached from the mounting surface in warm temperatures and doesn’t stick well to smooth surfaces like ABS plastic, either. For that reason I don’t recommend it in most cases.
• Inductors use magnet type wire which has an enamel insulator you’ll need to remove with coarse sandpaper, a file, or Dremel tool. In order to solder the wire ends, you’ll need to expose the wire surface and provide a good clean contact area.
• You can use spare speaker wire or miscellaneous stranded hookup wire to connect the components together.

You can also use crimp connectors instead of a soldering iron and solder, although I personally recommend soldering for the best connection possible.

Going by the crossover schematic, connect each section to the next and double-check your work.

Proper placement of inductors

Inductors, as you may already know, work by increasing the magnetic field strength using loops of wire. Because of this it’s possible for one to cause magnetic coupling (interference) which can induce a signal or distortion in another.

To avoid this, if at all possible mount them at a 90° difference as shown in the diagram above or a minimum of about 3 inches. I begin by placing them at opposite corners of the box when building mine.

Putting it in a project enclosure

Once you’ve got the crossover circuit built, place the whole assembly in the box and use a bit of adhesive to hold it inside if you like (optional). Connect the amp side wiring, negative side wiring, and speaker output wires to the terminal strip on the top row.

This will leave the bottom row free for speaker connections.

Speaker terminals and tweeter polarity

Second order networks have an output signal phase difference of 180 degrees. Fortunately, unlike odd-order designs (1st order or 3rd order) we can get a perfectly in phase (0° difference) sound output easily.

To do this with second order networks:

• 2-way speaker systems: reverse the tweeter output crossover connections at the wire terminals and connect the tweeter like you normally would. This puts the tweeter back in phase with the woofer / bass driver.
• 3-way speaker systems: reverse the midrange polarity to the wire terminals for the crossover.

[Optional] Adding speaker wiring labels

Want to add an extra touch? You can easily make your own labels for your speaker and amplifier input connections. Personally, I recommend the following steps:

• Using copier or printer paper, write your connection label notes using a Sharpie permanent marker. Optionally you can print using a black and white printer (although it’s harder to get text lined up perfectly).
• Cut out the labels using scissors.
• Using clear tape such as large shipping tape, place the tape over the label and trim with scissors if needed.
• Apply the label to the project box.

Example of a finished DIY speaker crossover

Here’s an example of my own – one of my first DIY crossovers projects I built myself. As you can see it doesn’t have to be perfect – but does need to be well-connected, use the right parts, and be put together in a way that’s practical for everyday use.

Note that if you’re installing yours directly in a speaker enclosure it’s not necessary to use a project box, but the rest of the steps should still apply.

Hopefully you’ve found my guide helpful. Here’s to enjoying good sound the way you like it – and proving you can do it yourself!

More helpful crossover resources you’ll enjoy

• Check out my L-pad, speaker Ohms, and other audio calculators here.
• Learn more details about what capacitors and inductors do in a crossover.
• Here’s a lot more helpful info about what a crossover frequency is.
• What more knowledge? Here I cover how to determine the speaker crossover frequency.
• The crossover frequency Fc, slopes, and why they matter.
• Find out a good crossover frequency for car or home audio.