Qu'est-ce qu'une fréquence de croisement ? Que fait un crossover ? Un guide utile

Les croisements sont importants pour un excellent système audio, que ce soit dans votre maison, votre voiture ou même votre bateau. Mais qu'est-ce que c'est exactement une fréquence de croisement ?

Dans cet article détaillé, j'expliquerai ce qu'ils sont, comment ils fonctionnent et bien plus encore d'une manière que tout le monde peut comprendre. Commençons !

Infographie – Faits sur le croisement audio

Qu'est-ce qu'une fréquence de croisement ? À quoi sert un crossover ?

Fréquence de croisement et principes de base du croisement résumés

• Les croisements sont des circuits électriques ou électroniques utilisés pour modifier ou séparer un signal musical entrant envoyé à une ou plusieurs sorties. Ils offrent un moyen d'envoyer la bonne gamme de sons au haut-parleur avec une réponse en fréquence la mieux adaptée. (Par exemple, les tweeters et les woofers dans un système d'enceintes à 2 voies)
• Un filtre croisé fonctionne selon le principe des filtres passifs ou électroniques pour bloquer une plage de sons dans le signal audio.
• Une fréquence de croisement est la fréquence sonore qui agit comme point de coupure pour les filtres croisés. C'est le point de fréquence au-delà duquel les signaux sont réduits de 3 décibels (représenté par -3dB) et plus loin de ce point.
• Les sorties d'un crossover sont les plages de signal autorisées à passer telles que le passe-haut (les basses fréquences sont bloquées) et le passe-bas (les hautes fréquences sont bloquées)
• Il existe 2 types de crossovers :les types actifs (électroniques) et passifs (haut-parleurs). Les deux types sont très courants dans les systèmes audio domestiques, de voiture et professionnels.

Ils sont un élément essentiel d'une bonne fidélité sonore. En fait, vous ne trouverez presque jamais un système d'enceintes qui sonne bien qui n'utilise pas un ou plusieurs types de croisements.

Il existe 2 types de répartiteurs que vous utiliserez avec votre système audio domestique ou automobile :

• Un crossover actif (électronique)
• Un crossover passif (crossover de haut-parleur)

Fréquences de croisement expliquées

Comme les tweeters ne peuvent pas produire de sons à basse fréquence, ils se déforment et peuvent même être endommagés par des basses lourdes. Pour éviter cela, nous pouvons bloquer les sons indésirables. (Montré est une fréquence typique utilisée à 3 500 Hz [3,5 kilohertz]).

La fréquence de croisement est le point de fréquence sonore auquel les sons après cela seront considérablement réduits, les bloquant efficacement . Nous l'utilisons comme point de référence auquel la sortie vers un haut-parleur (ou l'entrée vers un amplificateur, lors de l'utilisation de filtres actifs) est réduite de 3 décibels (-3 dB).

Parfois appelée la fréquence de coin ou fréquence de coupure , il est utilisé comme point de départ dans les calculs mathématiques pour la conception audio.

Que signifie la "fréquence" du son ?

La fréquence d'un signal musical est décrite par le nombre de fois par seconde qu'une onde alternative est complétée.

Lorsque nous parlons de "fréquence", nous faisons référence à une gamme de sons que l'oreille humaine peut entendre. Par convention, une plage de 20 à 20 000 Hertz (20 à 20 KiloHertz ou 20 000 Hertz) est utilisée pour représenter cela.

En réalité, l'oreille humaine ne peut entendre que jusqu'à environ 30 Hz et près de 16 kilohertz, bien que cela dépende de la capacité auditive de la personne.

Hertz est utilisé pour représenter les unités de fréquence en cycles par seconde. En effet, les ondes sonores (ainsi que les signaux audio électroniques) sont constituées d'ondes alternées qui se produisent plusieurs fois par seconde.

"Hz", "KiloHertz", "kHz" sont des manières plus courtes de l'écrire (Kilo =mille).

Voici quelques-unes des plages sonores les plus courantes avec lesquelles les crossovers aident :

• Bass : 20-100 Hz environ
• Moyen : (voix, instruments, et plus) ~100Hz à environ 3Khz
• Aigus : (sons à haute fréquence) Environ 3KHz à 20Khz

Comment fonctionne un croisement ? Qu'est-ce qu'un crossover d'enceinte ?

1. Bases du crossover actif (crossover électronique)

Un exemple typique d'un crossover actif électronique séparé. Un ensemble de prises de sortie fournit une sortie de filtre passe-haut à l'ampli pour piloter les tweeters ou la paire d'enceintes principales. La 2ème paire est souvent une sortie de fréquence de croisement de subwoofer.

La section de croisement interne d'un amplificateur de voiture est constituée de composants électroniques de base :résistances variables, puces d'amplificateur opérationnel, condensateurs et résistances à valeur fixe. Ce sont essentiellement des crossovers électroniques intégrés à l'ampli, ce qui évite d'avoir à en utiliser un séparément.

Les crossovers électroniques sont aussi parfois appelés crossovers "actifs" car contrairement aux crossovers de haut-parleurs, ils ont besoin d'une source d'alimentation pour fonctionner. Alors que les crossovers passifs se connectent directement aux bornes de sortie de puissance supérieure d'un ampli, les crossovers électroniques ne fonctionnent qu'avec des signaux basse tension.

Ils sont connectés aux prises RCA de niveau ligne ou à un autoradio, un ampli de voiture ou un récepteur AV domestique, par exemple.

Comment fonctionnent les croisements électroniques

Gauche :Un typique circuit intégré d'amplificateur opérationnel (amplificateur opérationnel) (CI), le Texas Instruments TL072. À droite :un exemple de circuit de croisement passe-bas utilisant un amplificateur opérationnel pour filtrer les sons haute fréquence.

Les croisements électroniques peuvent sembler très compliqués (et ils le sont, du moins à certains égards), mais ils reposent en fait sur des principes assez basiques.

Ils fonctionnent à l'aide d'une variété de circuits de filtrage électroniques basés sur un composant électronique très courant :l'amplificateur opérationnel ("op amp"). Les amplificateurs opérationnels sont de minuscules amplificateurs polyvalents qui sont utiles pour amplifier ou modifier un signal d'entrée de plusieurs façons.

Ils peuvent, avec des résistances et des condensateurs, être utilisés pour contrôler le signal musical.

Un schéma d'un crossover électronique typique. Dans ce cas, le canal stéréo gauche du circuit de croisement intégré d'un amplificateur de voiture Alpine est affiché.

Ils peuvent être conçus pour changer de mode avec un interrupteur. Ils utilisent souvent des cadrans de résistances réglables pour permettre de changer la fréquence de coupure.

Une fois qu'un signal d'entrée est appliqué, vous obtiendrez les sorties suivantes selon le type :

• Filtre passe-haut :bloque les basses fréquences du subwoofer provenant des tweeters ou des haut-parleurs principaux. Cela permet plus de volume sans distorsion, car les petits haut-parleurs ne peuvent pas bien gérer les basses lourdes.
• Filtre passe-bas :il bloque les voix et autres sons haute fréquence qu'un woofer ou un subwoofer ne peut pas bien reproduire. Également appelé canal LFE pour une sortie de caisson de basses de récepteur domestique.
• Filtre passe-bande :un filtre passe-bande est également une combinaison de l'autre :il limite la sortie aux seules fréquences moyennes (à utiliser avec un ensemble de haut-parleurs de milieu de gamme).

2. Crossovers (passifs) pour haut-parleurs

En haut : Crossovers de composants à 2 voies pour haut-parleurs de composants de voiture. En bas : Un crossover de haut-parleur stéréo domestique comme vous pourriez trouver dans un ensemble de haut-parleurs d'étagère. Les deux utilisent des condensateurs et des inductances pour filtrer et contrôler le son envoyé à un tweeter, un haut-parleur médium ou un woofer.

Les croisements de haut-parleurs sont parfois appelés croisements "passifs" car ils n'ont pas besoin d'une connexion d'alimentation externe. Ils fonctionnent à l'aide de composants passifs :condensateurs et inductances.

Un crossover de haut-parleur est un circuit électrique qui utilise des inductances et des condensateurs pour filtrer un signal de haut-parleur et le diviser en 1 ou plusieurs sorties. Les sorties dépendent de la réponse en fréquence des haut-parleurs utilisés.

Contrairement aux crossovers électroniques, ils sont normalement connectés aux sorties d'un amplificateur, puis avec un câble de haut-parleur à votre ensemble de haut-parleurs, un pour chaque canal de haut-parleur.

Un crossover de haut-parleur à 2 voies de 2e ordre est illustré ici. Les inducteurs utilisent un symbole "L" et les condensateurs utilisent un "C". Un type "2ème ordre" a une deuxième étape de pièces pour filtrer plus efficacement les sons qu'une conception de premier ordre.

Les condensateurs et les inductances ont des propriétés intéressantes selon la fréquence d'un signal qui leur est appliqué :

• Les condensateurs ont plus de "résistance" (appelée impédance) à un signal basse fréquence qu'à un signal plus élevé. Plus la fréquence est basse, moins il y a de signal autorisé à passer.
• Les inducteurs sont des bobines de fil qui ont plus de résistance à un signal haute fréquence qu'à un signal inférieur. Par conséquent, ils filtrent les fréquences sonores plus élevées.

Lorsqu'un condensateur ou une inductance reçoit un signal qui dépasse la fréquence de croisement, la résistance augmente, réduisant la tension de sortie du haut-parleur puisqu'elle est perdue à travers le condensateur ou l'inductance.

Cela signifie que le haut-parleur recevra de moins en moins le signal du haut-parleur que nous voulons bloquer au fur et à mesure que la fréquence sonore dépasse le point de croisement. Les valeurs des parties sont choisies en fonction de l'impédance du haut-parleur (Ohms) avec laquelle elles doivent être utilisées, car cela affecte leur comportement.

Remarque : Les croisements d'enceintes ne peuvent être utilisés qu'avec l'impédance d'enceinte pour laquelle ils sont conçus, sinon ils n'auront pas le même son.

Par exemple, l'utilisation d'un filtre de haut-parleur domestique de 8 ohms avec un haut-parleur de voiture de 4 ohms ne fonctionnera pas correctement. C'est parce que les valeurs des pièces ont été choisies pour une seule impédance. Lorsque vous modifiez cela, cela modifie considérablement la fréquence de croisement !

Les croisements d'enceintes sont conçus de plusieurs façons, mais tous ont la même structure de conception de base - seuls les détails changent.

Ils sont également souvent étiquetés avec des noms tels que "1er ordre", -6dB/octave, "2ème ordre", -12dB/octave, etc. Les conceptions de 2ème ordre, 3ème ordre, etc. utilisent les mêmes principes mais avec plus d'étapes, ou "ordres", ajoutés pour les rendre encore plus efficaces pour bloquer le son.

Que sont les décibels et pourquoi les utilisons-nous pour l'audio ?

Les croisements (et beaucoup d'autres appareils électroniques et équipements audio) sont mesurés en décibels. Les décibels (« dB ») sont un moyen mathématique pratique de traiter les nombres qui se présentent sous la forme de puissances de 10, contrairement aux nombres linéaires, qui se produisent en ligne droite. Voici un exemple de détermination de la réduction, en dB, d'une sortie de croisement.

Dans le monde réel, de nombreuses mesures traitent de choses qui n'augmentent ou ne diminuent pas en ligne droite ("linéaire") mais plutôt sur une courbe ("non linéaire" ou logarithmes).

Je ne vais pas vous ennuyer avec des calculs lourds ici, mais nous utilisons les décibels dans le monde de l'audio comme moyen mathématique de mesurer les signaux électriques musicaux. C'est parce que beaucoup de choses ne se passent pas en ligne droite mais dans les courbes.

Une grande partie du monde audio fonctionne avec des puissances de 10 (logarithmes, dont vous vous souviendrez peut-être de votre cours d'algèbre). D'où la nécessité de trouver un moyen de les gérer - c'est là que la représentation en dB est utile.

Et ce ne sont pas seulement les croisements qui fonctionnent avec des décibels, mais même vos propres oreilles sont logarithmiques. Cela signifie que la façon dont nos oreilles perçoivent le volume fonctionne sur une échelle logarithmique.

Qu'est-ce qu'une pente de croisement ?

Diagramme montrant la pente, ou pente de coupure, pour les types les plus courants. Les crossovers ont des "ordres" - c'est-à-dire des 2e, 3e ou plusieurs étages qui augmentent leur capacité à filtrer les fréquences sonores indésirables.

La pente est la pente de la capacité de filtrage d'un crossover. En d'autres termes, c'est son efficacité au-delà du point de fréquence de croisement.

Les pentes, tout comme la fréquence de croisement, sont classées en termes de décibels (dB) par octave. Le symbole négatif est utilisé pour indiquer qu'ils représentent une atténuation ou une réduction du signal.

Dans le monde audio, nous mesurons couramment une plage de fréquences sonores entre deux points à l'aide d'une octave. Une octave est un doublement ou une réduction de moitié d'un nombre de fréquence. (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, etc.)

Lorsque nous nous référons à un crossover ayant une coupure de -6dB par octave, nous voulons dire qu'il continuera à réduire la sortie de 6dB supplémentaires pour chaque doublement de la fréquence précédente.

Exemple :-6 dB à 1 KHz, -12 dB à 2 KHz, -18 dB à 4 KHz, -24 dB à 8 KHz, -32 dB à 16 KHz, jusqu'à 20 KHz.

Quelles sont les pistes de croisement les plus courantes et les meilleures ?

Les crossovers sont généralement conçus pour être un bon compromis entre complexité, prix et qualité sonore. Bien que vous puissiez penser que "plus l'ordre est élevé, mieux c'est" serait toujours ayez raison, les choses se compliquent une fois que vous avez dépassé les conceptions de 2e ou 3e ordre.

En règle générale, une pente de croisement de -12 dB est souvent le meilleur choix et convient à la plupart des systèmes d'enceintes. Un subwoofer sonne généralement très bien avec une pente de 12 dB ou 18 dB.

L'une des raisons est qu'il a une conception relativement abordable et simple, mais qu'il offre toujours une bonne capacité de coupure. Cela fonctionne très bien pour les haut-parleurs simples ou les haut-parleurs à 2 voies.

En général, les pentes les plus couramment utilisées sont :

• -6 dB
• -12 dB
• -18 dB

Les croisements d'enceintes électroniques et à 2 voies sont généralement de -12 dB.

Qu'est-ce qu'une enceinte bidirectionnelle ?

Haut-parleurs à 2 voies courants que vous trouverez dans les systèmes d'enceintes de voiture ou de maison. Ils sont très similaires, sauf que les haut-parleurs stéréo domestiques sont généralement placés dans un boîtier de haut-parleurs, tandis que les haut-parleurs de voiture peuvent être installés séparément.

Que sont les enceintes 2 voies ?

Que sont les haut-parleurs à 2 voies ?

• Les systèmes d'enceintes à 2 voies utilisent deux haut-parleurs pour produire une gamme complète de sons avec une meilleure qualité. Le son d'un amplificateur stéréo est divisé entre les haut-parleurs par un répartiteur de haut-parleurs à 2 voies.
• Les enceintes à 2 voies sont les plus répandues dans le monde, et nombre d'entre elles offrent un son de qualité à faible coût.
• Un tweeter produit des hautes fréquences et un haut-parleur de graves produit des parties moyennes et basses de la musique.
• Bien que le type de croisement varie d'un modèle à l'autre, un croisement de 2ème ordre avec une pente de -12 dB par octave est extrêmement courant. Cela évite également un problème appelé déphasage ce qui peut arriver avec d'autres conceptions.

Chaque haut-parleur est fourni uniquement la gamme de son qu'il peut bien produire :

• Les tweeters ne reçoivent que des hautes fréquences, généralement autour de 3 KHz et plus
• Les woofers ne reçoivent que des fréquences plus basses - généralement autour de 3 KHz et moins

La fréquence de croisement utilisée varie selon les besoins de conception, il n'y en a donc pas une qui fonctionne dans tous les cas. De plus, ils doivent être utilisés avec la bonne impédance (cote Ohms) pour les haut-parleurs pour lesquels ils sont conçus.

Les haut-parleurs coaxiaux sont également des haut-parleurs à 2 voies. En fait, dans l'exemple présenté ici, vous pouvez voir des croisements à l'arrière de l'enceinte. Tout comme les crossovers séparés, les basses fréquences sont dirigées vers le grand woofer et les aigus sont envoyés vers le tweeter.

Le résultat est une gamme complète de sons sans distorsion ni mauvaise performance que vous obtiendriez en essayant de jouer la même gamme dans un seul haut-parleur. En d'autres termes, une enceinte à 2 voies offre un son clair et détaillé que vous n'obtiendriez pas autrement.

Dans de nombreux cas, vous n'aurez pas nécessairement besoin de composants ou de haut-parleurs coûteux pour obtenir un son de qualité. Même les haut-parleurs 2 voies économiques peuvent avoir un son très agréable !

Qu'est-ce qu'une bonne fréquence de croisement ?

La vérité est qu'il n'y a pas d'ensemble parfait de fréquences de croisement qui fonctionne pour chaque haut-parleur. Cela dépend de beaucoup de choses. Cependant, voici quelques-unes des fréquences les plus courantes qui fonctionnent bien dans de nombreux cas.

Ceci est basé sur les besoins de la plupart des systèmes audio domestiques ou de voiture, ainsi que sur ma propre expérience en matière de conception et d'installation d'enceintes.

Quelle fréquence de croisement dois-je utiliser ?

Tableau des fréquences de croisement recommandées

Type de haut-parleur/système	Crossover Freq. &Taper
Caissons de basse	70 - 80 Hz (passe-bas) – Idéal pour des basses pures et claires qui "frappent".
Haut-parleurs principaux de voiture (gamme complète)	56 - 60 Hz (passe-haut) – Bloque les basses graves qui provoquent une distorsion ou le « bas niveau » des haut-parleurs.
Tweeters ou enceintes bidirectionnelles	3-3.5KHz (passe-haut ou passe-haut/bas) - La plupart des croisements à 2 ou 1 voies (tweeter) utilisent une fréquence proche de celle-ci
Médium/woofer	1K-3,5KHz (passe-bas) - Les woofers et de nombreux haut-parleurs médium ne fonctionnent pas bien au-dessus de cette plage générale.
Système à 3 voies	500 Hz et 3,5 KHz (points de croisement du woofer/tweeter) – Similaire aux systèmes à 2 voies, la fréquence supérieure. serait le même.

Pourquoi un crossover est important pour de bonnes basses de subwoofer

Un crossover de subwoofer passif ne peut pas égaler les performances d'un filtre électronique si vous voulez de superbes basses.

Vous êtes-vous déjà demandé comment certaines personnes ont des basses pures et percutantes dans leur voiture, ou pourquoi votre caisson de basses home cinéma sonne si bien ? C'est à cause des croisements électroniques d'aujourd'hui. Contrairement aux haut-parleurs large bande, un subwoofer est particulièrement susceptible d'avoir un son de mauvaise qualité si les fréquences moyennes sont autorisées à le traverser. Le son de basse pur que vous avez entendu nécessite un bon crossover.

Un vrai subwoofer a une réponse en fréquence assez limitée (environ 20 à 100 Hz généralement), il est donc important d'en tirer le meilleur parti.

Bien qu'il soit possible d'obtenir un son de basse assez décent en utilisant une grande carte passe-bas à inductance encombrante et parfois difficile à trouver, ils ne sonnent souvent pas aussi bien qu'un crossover électronique avec une meilleure coupure qui peut bloquer les voix et les aigus.

De plus, certains incluent une fonction d'amplification des basses pour ajouter du punch supplémentaire lorsque vous voulez plus de bruit - ce n'est tout simplement pas possible avec un passif. Ils ne peuvent pas non plus gérer des niveaux de puissance élevés sans une bobine d'induction énorme et coûteuse.

Comment utiliser un crossover pour le remplissage arrière

Un problème avec un système de son stéréo utilisant des haut-parleurs arrière est que les canaux arrière peuvent "tirer" l'image stéréo derrière vous et brouiller le son. En effet, les sons plus aigus sont utilisés comme indices pour que notre cerveau sache d'où ils viennent. C'est l'une des raisons pour lesquelles vous avez tendance à tourner la commande du fader davantage vers l'avant que vers l'arrière.

Quand nos oreilles l'entendent venir à la fois de l'avant et le dos, ça ne sonne souvent pas tout à fait bien. Dans les systèmes de son surround diffusant un son surround, ce n'est pas un problème car il est déjà mixé spécifiquement pour un son exceptionnel. Cependant, l'utilisation de votre ensemble d'enceintes satellites avec un son stéréo vous montrera rapidement le problème.

Pour obtenir un meilleur remplissage arrière dans votre propre voiture ou système domestique, une astuce simple consiste à utiliser un ensemble de filtres passe-bas pour bloquer les médiums et les aigus. Essayez quelque chose comme un passe-bas 1KHz ou 500Hz et voyez ce que vous en pensez !

Lecture recommandée

Je recommande vivement le célèbre Loudspeaker Design Cookbook. C'est un excellent source d'informations comprenant des formules que vous pouvez utiliser pour créer vos propres projets audio de voiture ou de maison de niveau professionnel. Je parle d'expérience !

Pour de superbes projets et circuits de bricolage, consultez la page des produits Elliot Sound.

Plus d'articles intéressants

• Apprenez à déterminer la fréquence de croisement d'une enceinte.
• Voici un guide d'installation et de câblage des répartiteurs d'enceintes de voiture.
• Vous voulez plus de détails ? Quelle est la fréquence de croisement FC et pourquoi est-ce important ?
• Qu'est-ce qu'une bonne fréquence de croisement pour l'audio des soins ou de la maison ?
• Découvrez comment définir les fréquences de croisement du système audio de la voiture.