Que fait un condensateur ou une inductance dans un répartiteur de haut-parleur ?
Un peu confus sur ce exactement que font les condensateurs ou les inductances dans un crossover de haut-parleur ? Vous êtes au bon endroit !
Dans cet article, tout est là avec des diagrammes clairs et faciles à comprendre que j'ai faits moi-même. J'aimerais vous aider à en savoir plus et à mieux comprendre ces parties audio extrêmement utiles. Continuez à lire et profitez !
Inductances et condensateurs :en quoi sont-ils différents ?
Les inductances et les condensateurs sont les composants de base derrière toutes sortes de merveilleux appareils électroniques audio, y compris les systèmes de haut-parleurs à la maison ou dans la voiture. Chacun est considéré comme un composant passif type de pièces car elles ne nécessitent pas d'alimentation électrique pour fonctionner.
Ce qui est vraiment cool, c'est qu'ils sont un peu comme des opposés polaires, mais peuvent fonctionner ensemble dans un crossover non alimenté (crossover passif) pour améliorer considérablement la qualité du son et tirer le meilleur parti de vos haut-parleurs.
Que fait un inducteur ?
Une inductance est une bobine de fil étroitement enroulée avec un nombre spécifique de boucles utilisées pour tirer parti d'une propriété appelée inductance. L'inductance est la tendance d'un conducteur (en particulier une bobine de fil dans ce cas) à s'opposer à une modification du courant électrique qui le traverse en raison des champs magnétiques qu'il génère.
Ils sont utilisés dans les moteurs électriques, les solénoïdes, les bobines de bougies d'allumage et, bien sûr, les conceptions de croisement de haut-parleurs. Les inducteurs se comportent comme le contraire des condensateurs :un inducteur s'oppose aux signaux haute fréquence, ce qui signifie qu'il transmet plus facilement les signaux audio basse fréquence.
Un comportement électrique appelé reactanc C'est ce qui rend cela possible. Lorsque la fréquence change, il en va de même pour l'opposition d'un inducteur ou d'un condensateur au flux d'électricité.
- Réactance inductive : Une inductance accumule une résistance (impédance) plus élevée au courant lorsque la fréquence augmente en raison de l'inductance dont il dispose.
- Réactance capacitive : un condensateur accumule une résistance (impédance) plus élevée au courant lorsque la fréquence diminue en raison de sa capacité.
Unités de mesure pour l'inductance
Pour les inducteurs, l'unité de mesure est le Henry. Par convention, les inducteurs sont généralement vendus en unités de milliHenries (1/1 000e de Henry ou 0,001 Henries). Un crossover de haut-parleur typique peut utiliser une inductance d'une valeur de 10 mH, par exemple.
Comment fonctionne un condensateur ?
Les condensateurs stockent une charge électrique à l'aide de conducteurs électriques extrêmement fins et étroitement enroulés séparés par un isolant. Cela peut être un électrolyte, du mica ou plusieurs autres types de matériaux. Bien qu'ils ne laissent pas passer un signal de courant continu (CC), ils permettent le passage de la tension et des signaux de courant alternatif (CA).
Ils ont une caractéristique intéressante :les condensateurs ne laissent passer que les hautes fréquences – ils augmentent leur impédance (résistance basée sur la fréquence) lorsque des fréquences plus basses sont appliquées.
Le point auquel cela se produit est soigneusement choisi pour être la fréquence de croisement. Il existe deux types fondamentaux de condensateurs dont un est particulièrement utilisé pour l'audio.
Unités de mesure pour la capacité
Pour les condensateurs, l'unité de mesure est le Farad. Par convention, les condensateurs sont souvent vendus en unités de microFarads (1/1 000 000ème de Farad, ou 0,000 001 F), parfois écrites avec la lettre grecque mu "µ" pour représenter "micro". Par exemple, lors de l'achat de condensateurs pour vos propres croisements, vous verrez parfois des condensateurs indiqués en "µF".
Les plus petits peuvent utiliser des picoFarads (pF) ou des nanoFarads (nF) qui sont encore plus petits et sont utilisés en électronique.
Les condensateurs utilisés dans l'audio ont presque toujours tendance à être dans la gamme microFarad. Par exemple, un bloqueur de basses sur un tweeter peut utiliser un condensateur de 47 µF.
Types de condensateurs courants à connaître
1. Condensateur électrolytique
Les condensateurs électrolytiques sont essentiellement le type le plus courant et le plus abordable, d'où leur popularité dans toutes sortes d'applications électroniques et de haut-parleurs. Vous les trouverez fréquemment dans un filtre passif ou directement connectés à un tweeter en tant que filtre passe-haut.
Ils ont un boîtier métallique fin et contiennent un électrolyte entre les plaques conductrices chargées ultra-minces à l'intérieur.
Un condensateur électrolytique non polarisé permet de transmettre une forme d'onde de courant alternatif (AC) comme celle utilisée pour un signal musical. Ils sont aussi appelés condensateurs "bipolaires". Les types CC, en revanche, ne peuvent pas et ne doivent être utilisés que pour le courant continu, comme dans une alimentation électrique.
Remarque : les condensateurs non polarisés sont normalement marqués comme tels et sont les seuls types que vous devez utiliser pour l'audio. Les condensateurs polarisés peuvent être endommagés (et même exploser !) s'ils sont utilisés pour des applications audio. À tout le moins, vous aurez un son déformé que vous détesterez.2. Condensateur à film
Un condensateur à film utilise un matériau à film mince pour séparer ses plaques chargées et est généralement un peu plus cher. Ils ont également une durée de vie plus longue, offrent de meilleures performances (dans certains cas) pour l'audio et peuvent avoir des limites de température plus élevées.
Les condensateurs à film sont également proposés dans des types haute tension qui sont parfaits pour les conceptions audio à tube à vide. Ils constituent également une bonne mise à niveau pour les condensateurs électrolytiques moins chers si vous êtes à l'aise avec un fer à souder.
3. Condensateurs céramique
Les condensateurs en céramique ne sont normalement pas utilisés dans les croisements car leurs valeurs de capacité sont généralement assez faibles (dans la gamme picoFarad, par exemple) alors que nous avons souvent besoin de valeurs de gamme microFarad pour les haut-parleurs.
Ils sont généralement utilisés à d'autres fins, comme un condensateur de dérivation dans une alimentation pour contrôler le bruit du signal électrique ou dans un croisement actif.
Comment fonctionne un crossover d'enceinte ?
Un crossover utilise un condensateur, une inductance ou les deux pour limiter la plage de fréquences audio envoyée à un ou plusieurs haut-parleurs. Ceci est extrêmement utile pour empêcher les basses fréquences d'atteindre un tweeter ou les médiums et les aigus au son dur d'atteindre un subwoofer.
Le point de croisement est souvent recommandé par le fabricant d'enceintes ou choisi comme un bon compromis entre les limites de la réponse en fréquence de chaque enceinte utilisée. La fréquence du filtre (également appelée fréquence de coin ou Fc parfois) est directement affectée par l'impédance du haut-parleur.
Les pentes transversales expliquées
Lorsque nous parlons de "l'ordre" d'un réseau de croisement, nous faisons référence au nombre d'étapes (sections). Cela affecte l'efficacité de la pente - la capacité de filtrage audio -.
Une conception de 1er ordre utilise une seule inductance ou condensateur tandis que 2 constituent un 2e ordre, trois un 3e ordre, et ainsi de suite. Chaque étage (ordre) a une pente de -6dB par octave, -12dB/octave étant l'un des plus couramment utilisés pour les croisements de haut-parleurs ou d'amplificateurs.
Croisement de 1er ordre avec un condensateur (filtre passe-haut)
Un filtre passe-haut fonctionne en transmettant des fréquences plus élevées à un haut-parleur et en s'opposant à des fréquences plus basses. À des fréquences plus basses, l'impédance d'un condensateur a une valeur ohmique très élevée, ce qui réduit considérablement la tension de sortie vers le haut-parleur.
De même, l'inverse est vrai aux hautes fréquences. Vous les trouverez souvent installés sur un tweeter audio de voiture ou de maison pour empêcher la lecture de basses déformantes et potentiellement dommageables.
Croisement du 1er ordre avec une inductance (filtre passe-bas)
Un filtre passe-bas fonctionne en bloquant les hautes fréquences vers un haut-parleur et en laissant passer les basses fréquences. À des fréquences plus élevées, l'impédance de l'inductance signifie qu'elle a une valeur Ohms très élevée, ce qui réduit considérablement la sortie vers un haut-parleur.
Ce type est normalement utilisé avec un woofer ou un haut-parleur de milieu de gamme pour empêcher la lecture des aigus ou des «aigus» qu'ils ne peuvent pas bien produire.
Croisements 2 voies de 2e ordre avec condensateurs et inductances
Comment ils fonctionnent
Un réseau de croisement de haut-parleurs de 2ème ordre à 2 voies est essentiellement un filtre de croisement passe-haut et passe-bas combiné en parallèle.
Cependant, comme ils ajoutent un deuxième étage (2ème ordre, filtre -12dB/octave), ils sont plus performants qu'une simple conception de 1er ordre. Ils sont également le type le plus courant, utilisant un woofer et un tweeter pour créer un système de haut-parleurs à 2 voies pour les haut-parleurs audio domestiques ou un ensemble de haut-parleurs composants pour l'audio de la voiture.
Même les ensembles de composants de second ordre à 2 voies bon marché peuvent sembler excellents avec des haut-parleurs de bonne qualité et de conception adéquate.
En raison du point de chevauchement à leur fréquence de coupure, les choses peuvent devenir un peu plus compliquées lorsqu'il s'agit de croisements à 2 voies, comme je l'expliquerai plus loin.
Comment ça marche :
- Condensateur C1 réduit la tension de sortie vers le tweeter en dessous du point de coupure. Inductance L1 réduit encore plus les signaux haute fréquence qui l'ont atteint en les transmettant au chemin de retour de l'amplificateur masse/négatif (-).
- Inducteur L2 réduit la tension de sortie vers le woofer au-dessus du point de coupure, transmettant les signaux basse fréquence au haut-parleur. Condensateur C2 transmet les signaux haute fréquence supplémentaires qui l'ont atteint au chemin de retour de l'amplificateur de masse/négatif (-).
Le résultat final est deux étages de croisement qui sont décalés en série, ce qui signifie qu'ils se combinent pour une pente de croisement qui est 2 fois plus efficace qu'une conception à un étage (-6dB/octave). Il s'agit d'une pente de -12 dB/octave.
Pourquoi utilise-t-on des croisements de 1er ordre si ceux de 2e ordre sont meilleurs ?
Alors que les réseaux croisés de 1er ordre sont moins courants maintenant, ils sont toujours là. Vous les trouverez souvent dans :
- Systèmes d'enceintes à 2 voies économiques
- Conceptions où l'atténuation naturelle du haut-parleur (réponse en fréquence décroissante) peut être utilisée pour réduire les composants nécessaires pour obtenir le même effet.
- Des croisements d'enceintes en ligne simples comme les bloqueurs de basses pour une utilisation stéréo de voiture et des applications connexes où quelque chose de rapide et facile est idéal.
D'une manière générale, cependant, les croisements 12 dB/octave sont les plus populaires car ils constituent un bon compromis entre le coût, le nombre de pièces et la complexité. En fait, les amplificateurs de voiture et les récepteurs AV domestiques utilisent généralement une conception de 12 dB/octave (12 dB/octave), même dans leurs filtres actifs électroniques.
Types de conception croisés
Il existe une gamme de conceptions de réseaux croisés possibles parmi lesquelles un concepteur peut choisir, mais quelques-unes sont préférées aux autres :
- Butterworth : Dans sa configuration standard, la conception Butterworth totalise +3dB au chevauchement de la fréquence de coupure. Cela peut être pratique pour divers besoins de conception, comme la prise en compte des décalages des différents haut-parleurs (espacement entre les haut-parleurs à leur point acoustique central).
- Linkwitz-Riley : Ce type se résume à une sortie plate (0 dB) au chevauchement de fréquence de croisement et est l'un des plus couramment utilisés. C'est un choix idéal dans la plupart des cas.
- Bessel : Une conception de Bessel n'est pas considérée comme "tout passe" comme un Linkwitz-Riley et ne totalise pas à plat au point de fréquence.
- Tchebychev : Peu utilisé, cela peut être utile lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la sortie au point de croisement, car le Chebyshev fournit une somme de +6 dB.
Pourquoi est-ce important ? D'ordinaire, cela n'a pas beaucoup d'importance pour la personne moyenne. Cependant, si vous souhaitez créer votre propre crossover d'enceintes, il est utile de comprendre les options possibles.
Chaque type de réseau croisé utilise un jeu de formules mathématiques légèrement différent pour calculer les valeurs des pièces dont vous aurez besoin. Dans tous les cas, un bon livre de conception d'enceintes peut vous aider à le faire vous-même si vous souhaitez obtenir les meilleures performances ou si vous êtes intéressé par des projets d'enceintes à faire soi-même (DIY).
Vous voulez acquérir des compétences plus avancées en matière de conception d'enceintes ou créer vos propres croisements ? Je recommande vivement le Loudspeaker Design Cookbook de Vance Dickason. C'est plein d'excellentes informations !
Les crossovers de haut-parleurs pour la maison ou la voiture du marché secondaire utilisent généralement une conception Linkwitz-Riley et une somme à un niveau de 0 dB à leur point de croisement. L'une des raisons est qu'il est supposé que les haut-parleurs que vous utilisez auront une sortie adéquate à proximité de ce point. Si ce n'est pas le cas, vous pouvez rechercher vous-même des conceptions plus avancées et compenser les faiblesses d'un haut-parleur particulier.
Problèmes liés à la phase de croisement
Les crossovers ont un autre problème à résoudre :chaque composant de crossover ajoute une phase (décalage) de 90 ° au signal envoyé au haut-parleur. Les condensateurs et les inductances ont un "déphasage" lorsqu'un signal les traverse.
Pour les croisements simples à un étage, ce n'est pas vraiment un problème car ce n'est pas quelque chose que vous remarquerez très probablement, bien que ce soit un détail pour les conceptions d'enceintes plus avancées. Cependant, pour les conceptions de second ordre, cela signifie qu'il y a une différence de 180 ° entre les deux sorties, ce qui entraîne souvent un son "étrange" et signifie également que le son n'arrive pas aux oreilles de l'auditeur en même temps.
Pour remédier à cela, les croisements de 2e ordre/ordre pair ont normalement la sortie du tweeter inversée. Cette inversion d'une sortie de haut-parleur signifie que les deux haut-parleurs sont "en phase" et qu'il n'y a plus de problème de retard du son. Si vous avez déjà acheté des crossovers d'enceintes à 2 voies, vous ne saviez probablement même pas qu'ils avaient été conçus exprès !
Qu'est-ce qu'un réseau croisé Zobel ?
Un réseau Zobel est un réseau d'égalisation d'impédance utilisé pour compenser l'augmentation de l'impédance des haut-parleurs sur la plage de fréquences due à l'inductance de la bobine acoustique. Par exemple, de nombreux haut-parleurs dotés d'une bobine acoustique présentent généralement une augmentation de leur impédance totale à mesure que la fréquence augmente. Vous pouvez le voir sur les graphiques d'impédance tracés pour les haut-parleurs.
Étant donné que le comportement d'un crossover est directement affecté par l'impédance, cette conception simple peut améliorer les performances du système d'enceintes en compensant et "aplatissant" l'augmentation normale de la charge en ohms du haut-parleur que le crossover voit.
Le réseau utilise un simple réseau RC (résistance-condensateur) en parallèle avec un pilote de haut-parleur pour compenser l'impédance, ce qui donne au croisement une impédance presque plate sur la plage de réponse en fréquence.
La résistance garantit que l'impédance totale minimale est toujours respectée tandis que le condensateur fonctionne pour diminuer la charge ohmique de croisement totale à mesure que la fréquence augmente.
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