Comment l'augmentation de l'impédance du haut-parleur affecte le volume en dB et la puissance de sortie

Le changement d'impédance du haut-parleur fait-il une différence sur le volume (décibels, ou dB) que vous obtiendrez ? Et qu'en est-il de la puissance ? Comment celle-ci évolue-t-elle ?

Je vais vous aider à y voir plus clair ! Dans cet article, je couvrirai :

• Ce qu'est réellement l'impédance
• Comment la sortie en dB (volume) change si vous augmentez l'impédance du haut-parleur
• Les différences de puissance et de volume entre autoradio et chaîne hi-fi domestique liées à l'impédance

… et bien d'autres informations utiles. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus !

Qu'est-ce que l'impédance d'un haut-parleur ?

L'impédance du haut-parleur, mesurée en ohms, est la résistance totale du bobinage mobile au passage du courant électrique lorsqu'il fonctionne avec un signal musical.

Chaque fois qu'une tension fait circuler un courant dans un fil, une certaine résistance est nécessaire pour limiter le débit. De même, un amplificateur ou une chaîne stéréo a besoin d'au moins une certaine résistance de haut-parleur (une charge, si vous préférez) pour limiter la quantité de courant électrique que la radio ou l'ampli tente de fournir.

Contrairement à un fil droit qui va du point « a » au point « b » quand on y applique une tension, le bobinage du fil de la bobine mobile forme une boucle qui possède une propriété électrique appelée inductance. L'inductance diffère de la résistance car elle oppose une résistance qui dépend de la fréquence du courant alternatif (CA) qui la traverse.

On appelle cela la réactance inductive.

L'impédance du haut-parleur varie avec les fréquences musicales – légèrement

Pour les haut-parleurs de voiture, cela signifie que l'impédance réelle (la résistance totale) change légèrement au fur et à mesure que la musique joue ! La bonne nouvelle, c'est qu'on peut quand même attribuer une valeur nominale en ohms aux haut-parleurs (2 ohms, 4 ohms, etc.) car elle reste toujours dans une certaine plage.

Quand on parle de l'impédance d'un haut-parleur, la plupart du temps on fait référence à la catégorie (plage générale) du haut-parleur utilisée pour l'adapter aux amplificateurs stéréo domestiques ou automobiles.

Dans le monde électrique, les ohms sont parfois représentés par le symbole grec Oméga, soit « Ω ».

Comment fonctionne l'impédance du haut-parleur ?

Comme mentionné, l'impédance d'un haut-parleur est composée de sa résistance et de sa réactance inductive due au bobinage de fil qui constitue la bobine mobile.

L'impédance ne peut pas être mesurée complètement avec un multimètre en courant continu (CC). Par exemple :

• Si vous utilisez un multimètre numérique réglé sur la mesure de résistance en ohms, vous ne mesurerez que la résistance CC du fil.
• Si vous disposiez du matériel adéquat pour appliquer un signal CA, vous verriez une résistance supplémentaire.

L'addition de ces deux valeurs donne l'impédance « totale » réelle. De même, lorsqu'un signal musical alimente un haut-parleur pour produire du son, l'ampli ou la chaîne « verra » une charge de haut-parleur qui est la somme des deux.

Explication mathématique de la résistance et de la réactance inductive

Contrairement à une résistance standard, on ne peut pas simplement additionner la réactance inductive. Pour calculer l'impédance totale du haut-parleur, on les additionne en trouvant la racine carrée de la somme des carrés, parfois appelée « somme trigonométrique ».

Note : Pour une discussion générale, nous n'avons pas besoin de connaître l'impédance exacte lors de l'appariement des haut-parleurs, pour parler de sortie en dB et de puissance, etc.

Je fournis cette information supplémentaire pour aider à comprendre d'où tout cela vient.

Comment l'augmentation de l'impédance du haut-parleur affecte-t-elle la puissance ?

Comme le montre le diagramme ci-dessus, l'augmentation de l'impédance d'un haut-parleur n'affecte pas seulement le volume (que je détaillerai ci-dessous) mais aussi la puissance. En fait, cela peut faire une grande différence sur la puissance dont vous disposez avec votre chaîne hi-fi domestique, votre autoradio ou votre amplificateur.

C'est dû à la loi d'Ohm et au fonctionnement de la puissance :

• Les chaînes hi-fi domestiques, autoradios et amplis ont une tension maximale qu'ils peuvent produire pour délivrer de la puissance aux haut-parleurs.
• Selon la loi d'Ohm, si vous changez la résistance (l'impédance du haut-parleur dans ce cas), la puissance développée change en conséquence.
• Les amplis et radios ont une limite supérieure de tension de sortie, donc la puissance maximale ne change pas si vous augmentez l'impédance. C'est une limite fixe.
• Par conséquent : si vous augmentez l'impédance d'un haut-parleur, moins de puissance sera développée avec le même stéréo ou ampli.

Dans cet exemple de graphique, on voit combien de puissance un haut-parleur de 4 ohms développe avec le même amplificateur qu'un haut-parleur de 8 ohms. Le 4 ohms développera non seulement 2x la puissance du 8 ohms, mais le 8 ohms n'atteindra jamais la pleine puissance disponible de l'ampli.

C'est important dans certains cas et moins dans d'autres. Par exemple, pour les chaînes hi-fi domestiques où vous n'avez pas besoin d'une puissance énorme, vous pouvez utiliser des haut-parleurs de 16 ohms à la place de 8 ohms sans remarquer une grande différence.

Cependant, c'est une tout autre histoire pour l'audio automobile car ils ont souvent besoin de beaucoup plus de puissance pour produire un bon son ou un volume élevé dans un véhicule – surtout avec des caissons de basses pour des graves puissants. Dans ce cas, passer de 4 ohms à 8 ohms signifie que vous aurez la moitié de la puissance disponible.

L'impédance du haut-parleur affecte-t-elle le volume ?

Diagramme montrant un graphique d'exemple comparant la sortie en dB d'un haut-parleur de 8 ohms au même niveau de sortie d'amplificateur ou stéréo qu'un haut-parleur de 4 ohms. Un haut-parleur de 8 ohms produira moins de puissance et de volume au même réglage de volume. Lorsque l'ampli est à sa sortie maximale (tension de sortie maximale), le haut-parleur de 4 ohms aura une sortie en dB plus élevée que le 8 ohms au même niveau.

Dans le graphique ci-dessus, vous pouvez voir ce qui se passe quand on utilise un haut-parleur de 8 ohms à la place d'un 4 ohms connecté au même amplificateur. Pour garder les choses équitables, je compare des haut-parleurs de 4 et 8 ohms avec la même sensibilité de 89 dB à 1 W/1 m.

Cela peut sembler déroutant au premier abord, mais le graphique montre :

• La sortie en dB pour le haut-parleur de 4 ohms à chaque tension de sortie d'ampli/stéréo qui lui fournit 1 watt, 2 watts, 4 watts, etc. Un haut-parleur de 8 ohms a besoin d'une tension de sortie d'ampli ou stéréo plus élevée pour atteindre le même niveau de puissance.
• La sortie en dB pour un haut-parleur de 8 ohms à ces mêmes niveaux de sortie d'amplificateur lorsqu'il est utilisé à la place d'un 4 Ω.

Cela montre que lorsque vous augmentez l'impédance du haut-parleur sur un stéréo ou amplificateur conçu pour une impédance plus faible, la sortie en décibels (dB, volume) sera plus faible sur toute la plage de puissance.

Cela peut aussi être beaucoup moins que l'impédance correcte à la sortie maximale.

Vous devrez augmenter la sortie de la radio ou de l'ampli pour obtenir le même volume en dB avec le haut-parleur à impédance plus élevée.

Cela signifie que :

• Pour un haut-parleur à impédance plus élevée, le volume global sera généralement de quelques dB plus bas, selon les particularités de ce haut-parleur.
• Vous n'obtiendrez jamais la pleine capacité du stéréo ou de l'amplificateur comme vous le feriez avec un haut-parleur à impédance plus faible pour lequel il est conçu.

Pour les caissons de basses de voiture, par exemple, c'est un gros problème. Pour chaque doublement de puissance vers un haut-parleur, vous gagnez 3 dB de volume en plus, pas le double du volume. 4x la puissance donne 6 dB, et ainsi de suite.

Nos oreilles fonctionnent de telle sorte qu'environ 10 dB est considéré comme une grande différence, ce qui nécessite environ 10x la puissance. En doublant l'impédance du haut-parleur, comme le montrent les graphiques ci-dessus, vous « manquerez de souffle » bien avant d'atteindre la puissance maximale que votre ampli pourrait fournir avec le bon haut-parleur (à impédance plus faible).

Pour les autoradios à faible puissance de sortie (la plupart sont limités à environ 14-15 W), ce n'est pas idéal du tout.

Que se passe-t-il si j'utilise un haut-parleur à impédance plus élevée sur un filtre crossover ?

Qu'est-ce que le décalage de crossover (crossover shift) ?

Les filtres crossover des haut-parleurs sont conçus avec des valeurs prédéterminées pour les condensateurs et les selfs qu'ils utilisent comme filtres. Quand un fabricant conçoit des crossovers, c'est toujours basé sur l'impédance du haut-parleur pour lequel ils sont prévus.

Les crossovers se comportent différemment quand la charge du haut-parleur (l'impédance en ohms qu'ils « voient ») change. C'est pourquoi quand vous changez l'impédance du haut-parleur, vous changez la fréquence de coupure du crossover et le son. La fréquence de crossover changera – généralement beaucoup.

En d'autres termes, changer l'impédance du haut-parleur décalera la fréquence de crossover. Vous pourriez remarquer plusieurs problèmes :

• Un son « dur » provenant des woofers ou médiums. Les tweeters peuvent sonner distordus et commencer à « casser » le son à volume élevé.
• Une qualité musicale « mince », faible.
• Des trous dans les plages sonores que vous devriez entendre.

Les crossovers ne doivent être utilisés qu'avec l'impédance pour laquelle ils sont conçus, sinon ils ne sonneront pas correctement.

Par exemple, utiliser un haut-parleur de 16 ohms avec un crossover de 8 ohms ne fonctionnera pas correctement. Le son sera médiocre et ne fonctionnera pas comme prévu. Vous serez déçu.

N'oubliez pas que si vos haut-parleurs n'ont pas la même impédance, celui à l'impédance plus élevée ne sera pas au même niveau de sortie que le bon, ce qui signifie qu'ils ne sont pas correctement appariés.

Dois-je apparier les impédances du tweeter et du woofer pour des enceintes 2 voies ?

Je ne recommande pas de mélanger les impédances dans des enceintes 2 voies ou 3 voies car elles n'auront pas le même niveau de volume une fois que vous montez le son. Cela signifie que le son ne sera pas bon et vous devrez faire face à certaines fréquences sonores médiocres après un certain point.

Comme vous pouvez le voir sur les graphiques fournis plus tôt, à mesure que la puissance augmente, le haut-parleur à impédance plus élevée restera toujours en deçà du haut-parleur correctement apparié.

Dans les systèmes 2 voies, c'est un problème encore plus grand car très souvent les tweeters ont déjà une sortie de volume plus élevée que leurs homologues woofer ou médium. Pour couronner le tout, la plupart des enceintes 2 voies ont au moins un crossover dont elles dépendent.

Cela signifie que dans de nombreux cas, changer la charge en ohms du haut-parleur modifiera aussi le comportement du crossover et affectera négativement le son.

J'ai vu certains systèmes d'enceintes où un haut-parleur (généralement le tweeter) a une valeur en ohms différente des autres, mais dans ce cas, les concepteurs en tiennent compte.

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