CORRECTION D' IMPEDANCE TWEETER (1)

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C'est quoi ?

Quel est son intérêt ?

Comment la réaliser ?

Comment la mettre au point ?

Quel est son impact sur l'écoute ?

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La plupart des tweeters présentent une courbe d'impédance telle que celle-ci:

L'impédance est faible et constante jusqu'à l'approche d'une fréquence de résonance. Autour de la fréquence de résonance, la courbe d'impédance évolue en forme de cloche avec un maximum à la fréquence de résonance. Au-delà de la zone de résonance l'impédance remonte plus ou moins fortement.

La résistance au courant continu,

la fréquence de résonance,

l'impédance maximale à la fréquence de résonance,

la largeur de la "cloche"

et la remontée d'impédance observée en fin de spectre,

sont des paramètres qui diffèrent d'un tweeter à l'autre et parfois même au sein d'une même référence.

La correction d'impédance a pour but de linéariser la courbe au niveau de la fréquence de résonance.

L'action n'est pas portée sur le tweeter lui-même mais indirectement en lui adjoignant un circuit qui a pour but de compenser les variations de l'impédance du tweeter.

Le but est de passer de la courbe initiale en rouge à la courbe en vert...

Mais attention...

Certains tweeters ont une courbe d'impédance fortement accidentée ou irrégulière. C'est le cas des moteurs et compressions, de certains vieux tweeters...

Parfois l'impédance évolue de manière tellement irrégulière qu'il est impossible de la linéariser.

D'autres tweeters ont une courbe d'impédance nativement linéaire.

C'est le cas des AMT et de certains tweeters à ruban.

Ces tweeters n'ont besoin d'aucune correction d'impédance, ils sont purement résistifs ou quasiment.

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Tous les filtres passifs sont conçus pour fonctionner avec une charge purement résistive. La théorie et le calcul des filtres passifs imposent cette condition.

Ce qui signifie que pour obtenir la totale efficacité d'un filtre il faut le charger par un circuit purement résistif.

Lorsque le filtre se voit chargé par un circuit d'un autre type son action est altérée, la pente théorique du filtre est "chahutée" et réduite. Le filtre perd de son efficacité.

Le graphique repris ci-dessous montre l'effet d'un filtre chargé par un tweeter classique dont l'impédance n'est pas linéarisée.

La pente théorique du filtre (trait en pointillé) est dégradée et la réjection du spectre sous la fréquence de coupure du filtre est réduite.

La perte d'efficacité du filtre (delta vert) sera d'autant plus importante que la fréquence de résonance du tweeter sera proche de la fréquence de coupure du filtre et que l'impédance max. du tweeter sera élevée.

En conséquence, l'intermodulation produite dans cette zone sera plus importante.

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Il s'agit de compenser la variation de l'impédance autour de la fréquence de résonance du tweeter. Cette variation en forme de cloche est équivalente à la variation de l'impédance d'un circuit RLC de type "bouchon", les composants, résistance, self et capacité sont montés en parallèle. L'impédance d'un tel circuit est maximale à sa fréquence de résonance.

Pour compenser cette variation de l'impédance (en forme de cloche), il faut adjoindre au tweeter un circuit qui introduira une variation inverse c'est-à-dire qui réduira l'impédance de la même manière (la même cloche inversée). C'est le circuit RLC série qui réalise cette compensation.

Le circuit RLC série est un "réjecteur" (il court-circuite certaines fréquences), son impédance est minimale à sa fréquence de résonance.

Le circuit RLC parallèle est un "bouchon" (il s'oppose au passage de certaines fréquences), son impédance est maximale à sa fréquence de résonance.

C'est le circuit RLC série qui permet de compenser la variation de l'impédance du tweeter.

Si l'on place un circuit RLC série parfaitement calibré aux bornes du tweeter l'impédance vue par le filtre sera linéaire et purement résistive. Les deux cloches s'annulent.

Le but est de mettre au point le circuit RLC série qui permettra de compenser parfaitement la "cloche" d'impédance du tweeter.

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Le circuit RLC série à placer en parallèle sur le tweeter doit avoir la même fréquence de résonance que le tweeter à corriger, la même bande passante et le même amortissement.

Pour calculer le circuit, je me réfère à l'outil informatique mis à disposition par Dominique Pétoin sur son site.

Voici le lien pour atteindre le chapitre concerné.

Attention, il faut s'intéresser au correcteur RLC "série".

calculateur RLC série...

Ce calculateur fournit d'excellents résultats mais je conseille toutefois de vérifier, voire d'affiner les valeurs via une mesure d'impédance.

La construction industrielle des enceintes acoustiques ne permet d'affiner de tels circuits par contre nous, DIY, nous pouvons le faire... C'est ce qui fera la différence et le très haut niveau qualitatif de nos enceintes.

J'effectue la mise au point du correcteur avec l'aide de LIMP/ARTA.

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EXEMPLE PRATIQUE...

Je viens de réaliser un projet d'enceintes basé sur le tweeter SB Acoustics SB26ADC. Voici comment j'ai procédé pour calculer et ajuster le correcteur en question...

Il faut préalablement relever la courbe d'impédance du tweeter et sa valeur Rdc.

Les premières données à encoder dans la feuille de calcul sont:

Z max à la fréquence de résonance (@ Fr) = 7,26 ohms

et la valeur de Rdc (Re) = 3,27 ohms (valeurs relevées sur l'exemplaire ...158).

Après avoir encodé ces valeurs on exécute le calcul...

L'application fournit alors la valeur de l'impédance à laquelle il faudra relever la bande passante du circuit, soit F1 et F2...

Il faut maintenant relever F1 et F2 (fréquences pour lesquelles Z = 4,872 ohms)...

Pour trouver F1 et F2 il faut reporter la valeur de Z = 4,872 ohms sur la courbe d'impédance mesurée initialement.

Avec LIMP, il suffit de placer le curseur sur 4,872 ohms avant et après Fr...

Fréquences relevées:

F1 = 470 Hz

F2 = 862 Hz

Ces valeurs sont encodées dans le calculateur...

Une fois ces informations encodées le calculateur peut fournir les réponses attendues...

Le circuit sera théoriquement composé...

d'une self de 1,62 mH,

d'un condensateur de 38,56 µF

et d'une résistance globale de 5,95 ohms.

La valeur de la résistance globale (5,95 ohms) correspond à la valeur de la résistance de la self (Rdc de L6) + la valeur de la résistance ajoutée (R6 sur ce schéma).

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Il ne reste plus qu'à tester ce circuit et vérifier son efficacité...

Ici, LIMP est d'une aide précieuse...

La trace jaune est la courbe d'impédance du tweeter, la trace verte celle du circuit RLC (la résistance R6 n'est pas placée de manière à bien mettre en évidence la fréquence de résonance du circuit LC testé).

Pour ce premier test, j'ai mis environ 38 µF et 2 mH...

Le résultat n'est pas mauvais mais la mesure montre que la fréquence de résonance du circuit LC ne correspond exactement à celle du tweeter.

Pour faire glisser la fréquence de résonance vers une valeur plus élevée j'ai choisi de diminuer la valeur de la self en la débobinant. Cette méthode permet d'obtenir un réglage précis.

Je n'ai pas mesuré la valeur de la self ajustée, c'est en la débobinant progressivement que la fréquence correcte a été atteinte (environ 1m de fil éliminé).

A ce stade on peut placer la résistance et ajuster sa valeur si nécessaire.

Voici la mesure réalisée sur le circuit avec R= 5,6 ohms (valeur théorique).

Le résultat est très correct mais j'ai aussi testé R = 4,7 ohms...

Finalement, j'ai retenu la version avec R = 4,7 ohms.

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SCHEMA DU FILTRE CORRECTEUR D'IMPEDANCE...

REMARQUE à propos du filtre RLC série...

J'ai souvent lu que ce circuit ne devait pas être obligatoirement réalisé avec des composants de qualité car il n'est pas sur le chemin du signal.

C'est une hérésie!

Démonstration par l'absurde...

Supposons qu'un composant de notre circuit RLC présente une résonance dans le spectre utile et que de ce fait une partie du spectre soit court-circuitée. C'est évident, cette partie du spectre ne pourra pas être reproduite par le tweeter car elle aura été éliminée du signal. Les schémas équivalents repris ci-dessous montrent bien que de telles pertes sont possibles.

C'est la preuve qu'un circuit parallèle est tout aussi intrusif qu'un circuit série.

Il est indispensable d'utiliser, dans tous nos circuits, des composants neutres, de qualité et ayant des coefficients de perte très faibles.

Pour compléter l'information, voici quelques rappels à propos des composants...

Les composants; les condensateurs, les selfs et les résistances ne sont pas parfaits.

Les selfs ne sont pas des inductances pures, les condensateurs ne sont pas purement capacitifs et les résistances électriques ne sont pas purement résistives.

La technologie de ces composants implique l'introduction d'éléments "parasites" que les schémas équivalents mettent en évidence.

Voici le schéma équivalent d'un condensateur...

Un condensateur, c'est une feuille isolante (un diélectrique) prise en sandwich entre deux feuilles conductrices. Le tout est enroulé pour réduire l'encombrement et les feuilles conductrices sont prolongées par des fils de raccordement.

Le diélectrique n'est pas parfaitement isolant, il y a donc une résistance qui apparaît en parallèle de C, c'est R leakage.

Les condensateurs sont faits de feuilles conductrices enroulées, il a donc une inductance qui apparaît, c'est L esl.

Les matériaux conducteurs utilisés ont une résistance électrique, c'est R esr.

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Voici le schéma équivalent d'une self...

Une self, c'est un fil conducteur isolé enroulé sur un support magnétique ou non magnétique.

Le fil conducteur présente une résistance électrique, c'est Rw.

Le fil isolé et enroulé voit ses spires collées les unes aux autres. Ceci fait apparaître un effet capacitif entre les spires, c'est Cw.

Et l'isolant enrobant le fil n'est pas parfaitement isolant, il a une résistance électrique, c'est Rl.

Ceci montre bien l'importance du choix des composants.

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Pour le choix de la self de notre circuit correcteur RLC, il faut être attentif à la valeur de sa résistance propre.

Attention, les valeurs publiées par les constructeurs ne sont pas précises...

Dans la plupart des cas nous serons amenés à ajouter une résistance en série dans le circuit pour obtenir l'amortissement adéquat du circuit LC.

C'est le composant noté R du RLC.

La self ne doit donc pas être réalisée avec du fil de grande section comme c'est souvent le cas dans nos filtres passifs.

La résistance propre de la self participe aussi à l'amortissement du circuit. Il faut juste veiller à ce que la résistance de la self soit inférieure à la résistance d'amortissement totale.

L'ajout d'une résistance supplémentaire permettra de régler la correction de manière optimale.

Ce critère élargit le choix de la self et permet de réduire son coût.

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Ce circuit peut s'avérer d'une grande utilité mais il ne faut pas le mettre en oeuvre de manière systématique. Il mérite d'être testé mais pour ma part, à l'avenir, je passerai d'abord par une évaluation de son efficacité via XSim.

Je sais que XSim donne d'excellents résultats et que ses représentations graphiques sont fiables. Lors de cette petite étude, un passage par XSim aurait indiqué qu'avec ce tweeter la correction n'était pas utile.

En vert, la courbe de réponse sans RLC,

en rouge la courbe de réponse avec RLC

Les mesures suivantes n'ont fait que confirmer le peu d'impact du correcteur...

Bien que les relevés semblent fort similaires, j'ai mesuré une atténuation supplémentaire à la fréquence de résonance de l'ordre de 6 dB.

Ce n'est pas négligeable mais dans le cas présent cette amélioration ne s'est pas révélée audible.

Pour ces tests, la fréquence de coupure du BT3 placé sur le tweeter était de 2.000 Hz.

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Dans d'autres cas, le gain pourrait être considérable et améliorer la transparence du rendu sonore.

L'effet escompté est une réduction, qui peut être importante, de l'intermodulation entre le tweeter et la section "médium" ou "grave-médium".

Ce correcteur d'impédance sera d'autant plus utile si:

- l'impédance à la fréquence de résonance du tweeter est élevée.

- la fréquence de résonance du tweeter est élevée et proche de la fréquence de coupure du filtre placé sur le tweeter.

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Je ne manquerai pas de publier d'autres expériences plus significatives.