Le haut-parleur de graves ou boomer - bases

Dr.-Ing. Peter Strassacker
Email: peter@lautsprechershop.de

Un haut-parleur à cône est équipé d'un moteur composé d'un aimant et d'une bobine mobile. Prinzipbild Tiefton-Lautsprecher

Les lignes de champ magnétique cherchent le chemin qui contient le moins de résistance magnétique et se concentrent ainsi dans l'entrefer (vert) entre la plaque de pôle droite et le noyau (gris tous les deux). Dans l'entrefer se trouve la bobine mobile montée sur une bague (rouge)

Si l'on injecte du courant électrique dans la bobine (points rouges verticaux), l'aimant devient un électro-aimant et le champ magnétique (vert, de direction verticale) produit une force perpendiculaire au courant et au champ magnétique, donc une force horizontale (dirigée soit vers le haut, soit vers le bas).

La force est transmise à la membrane (en noir) qui se déplace alors soit vers la droite, soit vers la gauche (flêches bleues) .

Pour retransmettre les ondes régulièrement et efficacement, la membrane doit avoir une certaine taille (tout comme une antenne de HF). Son diamètre D optimal doit etre egale a une, soit egale a λ/2, λ etant la longueur d'onde (la longueur d'onde λ = c/f, c celerite du son (340m/s), f frequences en Hz). Pour obtenir une frequence de 20 Hz, la membrane devra donc avoir un diametre de 8,5m (1/2 * λ = 1/2 * (c/f) = 8,5).

Il faudra donc un haut-parleur de diamètre de membrane égale à 8,5m pour produire 20Hz et donc de 8,5mm pour produire 20kHz. Pour cette raison, la bande de fréquence totale à reproduire par une enceinte est divisée et répartie sur plusieurs haut-parleurs.

Un haut-parleur devant produire 20Hz n’est donc pas réalisable, contrairement à celui devant produire 20kHz. On constate donc les limites imposées par la physique.

 

Particularités du haut-parleur de grave

Les membranes sont donc trop petites pour reproduire les sons graves de manière adéquate. Il y’a, cependant, plusieurs manière d’y remédier:

La dernière solution se révèle efficace: si l'on réduit la force magnétique (ou si l'on relie le haut-parleur à une résistance intercalée), la force motrice ainsi que la puissance diminuent, sauf aux alentours de la fréquence de résonnance où la vibration y est naturelle. Il en résulte une perte de médiums et une stagnation des graves. Cependant, plus on réduit la force motrice, plus le mouvement de la membrane devient difficile à contrôler et la qualité de basse s’en trouve dégradée. Il faudra également faire attention à augmenter le volume du caisson, pour pouvoir contrôler un éventuel excès de résonnance.

Quelques exemples avec le haut parleur Alcone AC 12.

Les théories suivantes peuvent intéresser ceux qui désirent approfondir leurs connaissances théoriques. Elles ne sont, par contre, pas indispensables pour débuter les calculs concernant vos enceintes. Pour continuer, vous pouvez passer à la section "outils" en ligne (lien au sommet de la page à droite). Elle vous permettra d’effectuer vos propres calculs concernant l’enceinte appropriée à vos haut-parleurs, ou encore, d’approfondir vos connaissances.

Théories approfondies sur le moteur

Pour aller un peu plus loin: formules pour le calcul d'un moteur de subwoofer et exemples plausibles de la force motrice.

Le problème de la compression thermique

Les matériaux utilisés pour la bobine mobile possèdent un coefficient thermique relativement élevé, ce qui a pour effet de les rendre sensible à la compression thermique. Cette compression thermique, détériore la qualité de reproduction de basses à hautes puissances.

Solutions:
Utilisez un haut haut parleur avec un moteur puissant (facteur Qts plus bas que nécessaire) et reliez une résistance en série. Si vous avez des doutes en ce qui concerne le facteur d’amortissement, ce dernier ne joue aucun rôle ici, comme vous pourrez le constater plus tard. Sinon, vous pouvez utiliser la solution suivante:

Contrôle optimal à l'aide d'une nouvelle théorie de syntonisation

Récapitulons:
- la reproduction de graves se déteriore à hautes puissances (compression thermique).
- ceci peut être compensé par l'utilisation d'un haut-parleur à moteur puissant et d'une résistance en série.
- en conséquence la bobine chauffe moins, vît plus longtemps et les effets de compressions sont moins forts.
- la résistance devient nécessaire pour reproduire suffisamment de sub-graves.

L'accordement de caissons bass-reflex peut être fait d’une manière différente. Repartons sur le principe de base suivant: le contrôle s’améliore et le risque de surchauffe de la bobine diminue en fonction de l’augmentation de la puissance du moteur.

Vous pouvez voir sur le graphique ci-dessous la courbe de fréquence (en rouge) d’un subwoofer fermé équipé d'un boomer au moteur puissant.

Si on le place dans un caisson bass-reflex de même volume, l'évent peut être accordé d'après la ligne bleue. On obtiendra, alors, une courbe plus linéaire.

Si, par contre, on utilise une syntonisation plus basse (ligne verte) on obtientra une courbe étagée.

Cet accordement provoque une augmentation de la pression sonore à partir de 60 Hz, ce qui le rend utilisable uniquement en tant que subwoofer. Comme ici à gauche, avec un filtre coupant à 65 Hz, donnant comme résultat final une coupure réelle à 80 Hz (courbe du subwoofer en bleu)

Avec ce type de subwoofer, le filtre subsonique doit être réglé plus bas que ce qu’on aurait fait normalement.

Pour calculer l'accordement de manière appropriée, vous pouvez utiliser un logiciel de simulation, comme par exemple LSP-CAD (image à gauche).

Test réalisé avec le Alcone 12 SW4:
- en noir, la courbe de fréquence résultante
- en bleu pointillé, la courbe du boomer  mesurée au niveau de la membrane
(peu linéaire à cause de l'effet de l'évent à l'intérieur)
- en rouge, la courbe mesurée devant l'évent
- en noir pointillé, la courbe de phase.

Avantages de cette méthode:

Elle permet:
- un meilleur contrôle (moteur plus puissant)
- une compression thermique modérée
- moins d’échauffement de la bobine
- l’échauffement de la bobine fait baisser le point de travail
  ce qui transforme l'accordement "trop bas" en accordement normal
  Image à droite: rouge = accordement bas, vert = 33%,
  bleu = 66%, augmentation de résistance = accordement normal
- le résultat est une reproduction de graves propres et contrôlées.
- le niveau du son ne baisse pratiquement pas
- Augmentation de la durée de vie de la bobine à cause de la charge réduite.

Quelles enceintes ont été accordées de cette manière?

Les subs Sub 10-60 .

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