Comment déterminer la fréquence de croisement des haut-parleurs

Les croisements peuvent certainement être un peu déroutants lorsque vous essayez d'obtenir le meilleur son possible. Cela n'aide certainement pas que certains fabricants d'enceintes ne donnent pas d'informations claires ou utiles !

Dans cet article facile à comprendre, je vais vous expliquer :

• Les bases importantes des croisements d'enceintes
• Comment déterminer la fréquence de croisement des enceintes dont vous avez besoin
• Comment déterminer la fréquence de nombreux types de croisements d'enceintes que vous souhaitez utiliser
• Tableaux de fréquence de croisement pratiques que vous pouvez utiliser immédiatement

Lisez la suite pour savoir ce que vous devez savoir pour un meilleur son.

Que fait un crossover d'enceinte ? Pourquoi sont-ils utiles ?

Les crossovers d'enceintes ont plusieurs fonctions dont l'objectif principal est d'améliorer la qualité du son :

• Bloquer les fréquences sonores indésirables que les haut-parleurs ne peuvent pas bien produire (et qui provoquent une distorsion ou peuvent les endommager).
• Divisez un signal musical pour envoyer certaines parties du son au haut-parleur le mieux adapté.

Par exemple, les tweeters sont sensibles aux basses et ne peuvent pas produire de fréquences moyennes, nous ne voulons donc pas les piloter avec des basses de subwoofer surtout avec une puissance élevée. Un crossover de haut-parleur permet de bloquer ces basses nocives (et causant de la distorsion).

De même, d'autres types d'enceintes telles que les woofers ou les subwoofers ont un son absolument horrible lorsque vous les conduisez avec des fréquences plus élevées qui conviennent le mieux à un tweeter. De même, nous pouvons utiliser un filtre passe-bas pour filtrer (bloquer efficacement) cette plage de sons indésirables pour un son propre et agréable.

Ceci est particulièrement important pour les subwoofers car ils sont conçus pour et fonctionnent mieux uniquement avec des basses pures. Dans ce cas, un crossover passe-bas est utilisé et réglé sur une fréquence de coupure inférieure pour obtenir le son que vous aimez.

Les croisements de haut-parleurs sont très, très courants dans de nombreux systèmes de haut-parleurs domestiques ou de voiture, en particulier les enceintes à 2 voies ou les ensembles de haut-parleurs composants.

Comment fonctionnent les croisements d'enceintes ?

Les croisements de haut-parleurs fonctionnent en utilisant un comportement intéressant que l'on trouve dans les condensateurs et les inductances :

• Les condensateurs passent plus facilement des fréquences plus élevées (à mesure que la fréquence diminue, leur opposition au flux d'électricité augmente). Cela est dû à un principe appelé réactance capacitive.
• Les inductances passent plus facilement les basses fréquences (à mesure que la fréquence augmente, leur opposition au flux d'électricité augmente). Cela est dû à la réactance inductive.

Les condensateurs et les inducteurs peuvent être utilisés ensemble pour créer des filtres plus efficaces ainsi que pour diviser le son de la gamme de sons produits par un haut-parleur. Ceci est extrêmement courant dans les systèmes de haut-parleurs audio à 2 voies pour la maison ou la voiture.

À l'aide de formules mathématiques, les concepteurs de crossovers peuvent choisir les bonnes valeurs de pièces nécessaires pour un crossover de haut-parleur particulier qui convient le mieux aux haut-parleurs à utiliser.

Par exemple, lorsque des fréquences musicales plus basses (graves) traversent un filtre passe-haut, la résistance totale est très élevée, ce qui signifie qu'il y a très peu de sortie vers le haut-parleur. Lorsque des fréquences plus élevées sont présentes, la résistance est beaucoup plus faible et ces signaux passent sans problème au haut-parleur.

Les haut-parleurs ont différentes gammes de son pour lesquelles ils sont les mieux adaptés, également appelés réponse en fréquence . Cette limitation est utilisée lors de la conception de croisements.

Quel est le point de croisement des enceintes ?

Le point de croisement du haut-parleur est normalement appelé la fréquence de croisement , souvent écrit comme "Fc .” Le point de croisement des haut-parleurs est la fréquence de coupure au-delà de laquelle les fréquences audio ne peuvent plus atteindre les haut-parleurs.

En termes techniques, la fréquence de croisement est trouvée en utilisant le point -3 décibels (dB) de la sortie d'un circuit de croisement. En termes de puissance électrique, le point de réduction de volume de 3dB est la fréquence à laquelle la puissance du haut-parleur est réduite de 1/2.

Au-delà de la fréquence de croisement (le point -3dB), la sortie diminuera de plus en plus à mesure que la fréquence sonore s'éloignera de la coupure. Par exemple, pour un filtre passe-haut de -6 dB par octave, si la fréquence de coupure est de 1 kHz :

• Le haut-parleur 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.

Les croisements ne sont pas parfaits dans leur fonctionnement

Dans un monde parfait, les croisements bloqueraient 100% du son que vous ne voulez pas atteindre au-delà de ce point. Cependant, les croisements ne sont pas parfaits. Ils atténuent , ou réduire, la sortie du son au-delà de la fréquence de croisement. Pour cette raison, ils ont une pente légèrement incurvée que vous pouvez visualiser sur un graphique.

Les pentes de croisement sont décrites en termes de pente, ce qui décrit leur efficacité à bloquer les fréquences sonores. Ils sont répertoriés en termes de dB par octave et sont toujours des multiples de 6 dB. En effet, les croisements utilisent des étages ou des sections, chacune utilisant un seul condensateur ou inductance avec une réduction de 6 dB pour chaque section.

Remarque : Une octave est une façon de décrire un certain point ou une gamme de fréquences audio. Une octave est la moitié ou le double d'une fréquence et elles sont généralement marquées en fréquences standard.

Exemple :60Hz, 120Hz…1KHz, 2KHz, etc.

Que sont les croisements de 1er, 2e et 3e ordre ?

Les croisements d'ordre supérieur utilisent ensemble des sections de condensateur et d'inductance supplémentaires qui sont «empilées» pour une coupure plus efficace. Les croisements d'ordre supérieur utilisent des mathématiques légèrement différentes, mais l'opération de base est exactement la même.

• Les croisements de -12 dB/octave sont parmi les plus courants et constituent un bon compromis entre le blocage des fréquences audio et le coût des pièces. De nombreux amplificateurs pour voiture ou maison avec filtre électronique intégré offrent une pente de 12 dB.
• Les croisements de -6 dB/octave sont le minimum à utiliser et ne sont pas aussi efficaces que les autres.
• Les croisements de -18 dB et d'ordre supérieur ont une coupure beaucoup plus raide, mais ne sont pas nécessaires dans de nombreux cas.

En ce qui concerne le point de croisement pour les haut-parleurs eux-mêmes, cela dépend de plusieurs choses différentes, comme vous le verrez ci-dessous.

Comment déterminer la fréquence de croisement des haut-parleurs

Il existe plusieurs façons de déterminer les fréquences de croisement à utiliser avec les haut-parleurs :

• La réponse en fréquence de l'enceinte se trouve dans les spécifications si elles sont fournies.
• Le type et la taille des haut-parleurs dont vous disposez (tweeters vs woofers, petits haut-parleurs à cône vs grands haut-parleurs à cône, etc.).
• Recommandations du fabricant.

Dans de nombreux cas, vous finirez par utiliser 2 ou plusieurs des éléments ci-dessus pour obtenir les meilleurs résultats. Pour aider à garder les choses organisées, je diviserai les informations ci-dessous en 2 types en fonction du type de filtre de haut-parleur utilisé.

1. Trouver la fréquence de croisement pour les croisements de premier ordre (en ligne)

Les bloqueurs de basses, comme on les appelle, sont un type de crossover en ligne de 1er ordre (à un étage) utilisé avec des tweeters ou des haut-parleurs plus petits pour bloquer les basses. Si vous ne connaissez pas la fréquence de croisement, vous pouvez la calculer vous-même en utilisant juste un peu de maths.

Les croisements de premier ordre utilisent un seul condensateur ou inductance en ligne. Certaines des utilisations les plus courantes sont :

• Utilisation d'un condensateur en ligne pour les tweeters ou d'un gros condensateur pour bloquer les basses vers les petits haut-parleurs.
• Utilisation d'une inductance en ligne pour filtrer les aigus vers un haut-parleur médium.

Afin de déterminer la fréquence dont vous avez besoin (en supposant que vous ne la connaissiez pas déjà), vous pouvez commencer par vérifier la réponse en fréquence de l'enceinte dans les spécifications. Le problème ici est que les fabricants d'enceintes répertorient parfois les fréquences qu'une enceinte peut techniquement produire, pas la gamme réelle de sons qu'ils peuvent produire bien.

Utiliser un graphique de réponse en fréquence

Lorsque vous disposez d'un graphique de réponse en fréquence, vous pouvez voir la gamme de sons qu'un haut-parleur peut et ne peut pas produire correctement (comme une sortie de volume sonore beaucoup plus faible au bas du graphique illustré ici). Choisissez une fréquence de croisement loin de cette plage de réponse médiocre.

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. Ce sont les zones que vous voudrez éviter. Pour ce faire, choisissez une fréquence de croisement en dehors de cette plage.

Dans l'exemple ci-dessus, nous pouvons voir que le tweeter illustré 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.

Utilisation des fréquences de croisement recommandées

Certains fabricants incluent une plage de fréquences recommandée pour l'utilisation. Dans ce cas, il est facile de l'utiliser comme ligne directrice. Pour l'exemple illustré ci-dessus, vous choisiriez une fréquence de croisement d'au moins 3,5 kHz, ce qui est très courant.

À quoi faire attention

Malheureusement, de nombreux fabricants répertorient la réponse en fréquence (gamme) des haut-parleurs en fonction de la gamme de sons qu'ils peuvent produire mais ne produisent pas bien. Par exemple :

• Les petits haut-parleurs pleine gamme ou médium peuvent être répertoriés comme fonctionnant jusqu'à 35 Hz (gamme des graves bas de gamme). Cependant, les petits haut-parleurs ne peuvent presque jamais produire correctement les basses basses.
• Les haut-parleurs de milieu de gamme ou les woofers à usage général peuvent être répertoriés comme prenant en charge des fréquences élevées dans la gamme des aigus (tweeter). Par exemple, 4 kHz ou même plus. Cependant, les haut-parleurs de graves ou de médiums ne fonctionnent presque jamais bien pour les hautes fréquences.

Dans les deux cas, ignorez ces cotes de réponse en fréquence plus élevées inhabituelles et vérifiez le graphique de réponse s'il est fourni.

Parce que certaines fréquences de croisement sont si courantes, j'ai créé un tableau (énuméré ci-dessous, section suivante) qui vous simplifie la tâche. Vous pouvez les utiliser comme guide dans la plupart des cas.

2. Recherche de la fréquence de croisement pour les croisements de 2e ordre ou plus (systèmes de haut-parleurs à 2 voies ou plus)

Dans le cas de systèmes d'enceintes à 2 ou 3 voies, c'est un peu plus compliqué mais pas de beaucoup. Dans ce cas, c'est un compromis entre le bon croisement pour le woofer et le tweeter.

Pour les systèmes d'enceintes à 2 ou 3 voies, la bonne fréquence de croisement est un point médian qui leur permet de fonctionner ensemble sans interruption du son produit. En d'autres termes, vous voudrez choisir une fréquence de croisement qui leur permette à la fois de fonctionner dans leur plage optimale.

Exemple de croisement d'enceinte à 2 voies

Dans l'exemple d'image ci-dessus, vous pouvez voir quelques haut-parleurs typiques ainsi que leur plage d'utilisation recommandée. Pour déterminer le croisement d'enceintes dont nous avons besoin, nous pouvons en choisir un qui est une combinaison de :

• En dessous de la fréquence maximale recommandée pour le woofer.
• Au-dessus de la fréquence minimale recommandée ou spécifiée pour le tweeter.

Dans ce cas, comme cela arrive souvent, ce serait un point médian autour de 3 000 Hertz ou 3 500 Hertz. Nous pouvons utiliser l'un ou l'autre car des pièces de croisement prêtes à l'emploi sont probablement disponibles à l'achat, ce qui facilite l'assemblage de notre propre système d'enceintes.

Systèmes d'enceintes à 3 voies

Les systèmes de haut-parleurs à 3 voies sont similaires aux systèmes à 2 voies, à la différence que le filtre intermédiaire (médium) est de type passe-bande. Semblable à un ensemble d'enceintes à 2 voies, nous choisirons une fréquence de croisement médiane dans la plage de travail du médium contre le tweeter et du médium contre le woofer également. (Voir mes recommandations ci-dessous)

Qu'est-ce qu'une bonne fréquence de croisement pour les haut-parleurs ? Lignes directrices et tableau

La bonne nouvelle que la plupart du temps, vous irez bien en utilisant les fréquences de coupure les plus courantes répertoriées ci-dessous en fonction de la taille ou du type d'enceinte. C'est parce que les haut-parleurs et les systèmes de haut-parleurs sont si souvent utilisés de la même manière que les fréquences de coupure les plus courantes s'appliquent généralement.

Vous pouvez déterminer les fréquences de croisement pour vos haut-parleurs, à la fois pour l'auto ou pour la maison, à l'aide des tableaux que j'ai fournis ci-dessous.

Tableau des fréquences de croisement des haut-parleurs stéréo domestiques

Type d'enceinte/système	Fréquence de croisement
Caisson de basses	Bas 80 Hz passer. (Recommandation sonore THX également)
Enceintes avant principales/tour (petites)	Passe-haut de 60 à 80 Hz. Fonctionne mieux avec un subwoofer pour les compléter.
Enceintes avant principales/tour (grandes)	Passe-haut 40 - 60 Hz.
Son central ou surround (petit)	100-120 Hz passe-haut. Ces types d'enceintes sont très pauvres en basses.
Son central ou surround (moyen/grand)	Passe-haut 50-60 Hz.
Enceintes murales ou mini satellites	100-120 Hz passe-haut.
Systèmes d'enceintes à 2 voies	3 kHz à 3,5 KHz. Fréquence de croisement très courante
Systèmes d'enceintes à 3 voies	3,5 kHz (médium/aigu) et 500 Hz (médium/grave)

Tableau des fréquences de croisement des haut-parleurs stéréo de voiture

Type d'enceinte/système	Fréquence de croisement
Caissons de basse	Passe-bas 70-80 Hz
Gamme complète ou composants avant/arrière	~56-60Hz passe-haut pour bloquer les basses graves
Tweeter	3-3.5kHz passe-haut
Haut-parleurs médium ou woofer (principal)	1kHz-3.5kHz pour bloquer les sons de la gamme des tweeters
Systèmes d'enceintes à 2 voies	3 kHz à 3,5 KHz. Fréquence de croisement très courante
Systèmes d'enceintes à 3 voies	3,5 kHz (médium/aigu) et 500 Hz (médium/grave)

Voici quelques directives générales :

• Pour les petits haut-parleurs de maison ou de voiture (4″, 5 1/4″, 6 1/2″ etc.), utilisez un filtre passe-haut d'environ ~56-60 Hz pour bloquer les basses graves. Cela aidera à prévenir la distorsion et vous pourrez piloter les haut-parleurs avec plus de puissance et de volume avec une grande clarté sonore.
• Les subwoofers ont besoin d'un signal de basse pur ce que vous pouvez accomplir en utilisant un filtre passe-bas autour de 70 à 80 Hz.
• Les tweeters sont généralement bons pour environ 3 kHz ou plus, donc les fréquences de coupure de 3 kHz ou 3,5 kHz sont généralement d'excellents choix.

Comment trouver la fréquence de croisement à partir d'un croisement de haut-parleur

Que faire si vous avez déjà un crossover d'enceinte mais que vous ne savez pas quelle est la fréquence de crossover ? La bonne nouvelle est que dans de nombreux cas, vous pouvez déterminer de quoi il s'agit en fonction de la valeur de la pièce et de l'impédance du haut-parleur.

Pour ce faire, vous devez savoir :

• La valeur d'un condensateur (en Farads) ou d'une bobine d'inductance (en Henries) pour un seul croisement en ligne ("1er ordre").
• Pour les croisements d'enceintes à 2 voies ou autres, c'est très similaire mais nécessite un peu plus d'investigation.

Comment déterminer la fréquence de croisement des haut-parleurs

1. Condensateur à ordre unique (en ligne) ou croisements d'inductance

En utilisant les formules ci-dessus, vous pouvez calculer la fréquence de croisement pour un haut-parleur donné.

Pour les croisements en ligne passe-haut ou passe-bas, nous pouvons calculer la fréquence si nous connaissons les Ohms du haut-parleur et la capacité ou l'inductance. C'est le même processus dans les deux cas.

Exemple 1

Impédance du haut-parleur =8Ω, condensateur =47 microFarads.

FC =1/(2 x 3,14159 x 8 x 0,000047) =423 Hz (environ 400Hz).Exemple #2

Impédance du haut-parleur =4Ω, inductance =4 milliHenries (.004H).

FC =4/(2 x 3,14159 x 0,004) =159 Hz (environ 150Hz).

2. Croisements 2 voies ou 3 voies

Les croisements à 2 et 3 voies sont un peu différents pour plusieurs raisons. Malheureusement, parce qu'il existe différents types et parce que parfois les fabricants ont des conceptions ou des fonctionnalités différentes, ils peuvent être très difficile à comprendre parfois. En d'autres termes, il n'y a pas de grand façon de déterminer la fréquence de coupure pour un crossover à 2 ou 3 voies.

Cependant, il y a souvent quelques choses que vous pouvez faire pour connaître la fréquence de croisement approximative et l'obtenir dans le "stade approximatif". Je vais utiliser un 2 voies comme exemple car ils sont si courants et parce que les 3 voies sont très similaires mais avec une section de croisement supplémentaire.

Utiliser un équipement de test pour déterminer une fréquence de croisement de haut-parleur

Si vous avez la chance d'avoir un équipement de test comme un oscilloscope et un générateur de signal à portée de main, vous pouvez appliquer une entrée de signal du côté entrée avec des haut-parleurs ou des résistances de la même valeur Ohms attachés. Modifiez progressivement la fréquence du générateur de signal et notez le point auquel le signal de sortie commence à diminuer.

Lorsque la tension de sortie diminue de 1/2, c'est le point 3dB et vous avez trouvé la fréquence de croisement. Malheureusement, la plupart des gens n'ont pas accès à l'équipement de test, ils ont donc besoin d'une approche différente.

Utilisation d'un calculateur de croisement d'enceintes et de "suppositions éclairées"

J'ai dépensé beaucoup de temps à essayer de comprendre les différents croisements d'enceintes que j'ai possédés et malheureusement, comme ils peuvent tellement varier, cela peut être extrêmement difficile de déterminer leur fréquence de croisement. Il y a plusieurs raisons à cela :

• Certains crossovers réduisent le volume du tweeter en ajoutant une résistance en ligne. Cela affecte la valeur des pièces utilisées car l'impédance du haut-parleur modifie le fonctionnement d'un crossover.
• Les pièces installées dans un crossover n'ont pas toujours leurs valeurs imprimées dessus.
• Différentes conceptions de croisement (Linkwitz-Riley, Butterworth, Bessel, etc.) utilisent des valeurs différentes.
• Il peut être difficile de comprendre la conception d'un multisegment simplement en le regardant.
• Certains crossovers à 2 ou 3 voies mélangent des tweeters de 2ème ordre et des woofers de 1er ordre dans le même design.

Mon conseil est d'essayer de choisir une meilleure fréquence de croisement parmi celles que j'ai fournies précédemment et d'entrer les valeurs Ohms du haut-parleur, puis de partir de là.

Un bon (et simple, facile à suivre) filtre de haut-parleur à utiliser est celui-ci :https://www.erseaudio.com/Second-Order-2-Way

Comment utiliser le calculateur de croisement

Par exemple, commencez par un nombre entier comme 3 000 Hz pour un croisement à 2 voies pour la fréquence de démarrage « meilleure estimation ». Cliquez sur le bouton nécessaire pour calculer les valeurs de croisement des enceintes pour les différentes fréquences de croisement.

Vérifiez l'une des valeurs de condensateur (généralement celles en haut de la carte de circuit imprimé sont pour le tweeter) et modifiez la fréquence de croisement de plusieurs centaines de Hertz si elle est initialement way désactivé pour la valeur de condensateur résultante indiquée dans les valeurs calculées.

Une fois que vous avez fait cela, essayez de changer le croisement de 3 000 Hz en 2 500 Hz ou 3 500 Hz si la valeur du condensateur indiquée est très différente. Une fois qu'il n'est plus très éloigné, commencez à le modifier de plus près (par exemple, modifiez-le de 250 Hz à la fois ou même de 100 Hz).

Une fois que vous l'obtenez relativement proche, vous devriez avoir une meilleure idée de la fréquence de croisement approximative. Notez que s'ils utilisent une résistance en série avec la sortie du tweeter, vous devez l'ajouter à la zone de saisie de l'impédance du haut-parleur (Ohms) car cela fait une différence deux fois plus importante.

(Remarque : en raison des différents modèles disponibles, vous devrez peut-être sélectionner Linkwitz-Riley, Butterworth, Bessel ou Chebechev et les essayer également s'ils sont disponibles)

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