Comprendre les caractéristiques techniques des enceintes


Les caractéristiques des enceintes acoustiques peuvent être présentées et spécifiées de nombreuses manières différentes, ce qui rend la décision d'achat plus compliquée qu'elle ne devrait l'être. Il est donc essentiel de bien comprendre le jargon technique utilisé pour présenter des enceintes acoustiques afin de s'assurer que le produit que vous achetez est bien adapté à vos besoins. Pour les enceintes passives, la puissance continue maximale admissible (en watts) est probablement le paramètre le plus important pour garantir un fonctionnement sûr et une bonne qualité sonore.

Toutefois, avec des enceintes actives, dont la conception est différente, il y a plusieurs paramètres à prendre en compte. L'objectif de cet article est de clarifier quelques-uns de ces paramètres et d'expliquer les relations entre eux. En bref, le watt n'est pas égal au niveau de pression acoustique. Voyons pourquoi.

La signification de la sensibilité du transducteur

Tout d'abord, un haut-parleur est un transducteur, il convertit un signal audio électrique en ondes sonores. Dans une enceinte, chaque transducteur possède un ensemble de caractéristiques techniques, et l'une d'entre elles s’appelle la sensibilité. La sensibilité d'un transducteur est une mesure de la relation entre la puissance électrique qui lui est fournie et la pression acoustique générée en sortie (SPL). La sensibilité d'un transducteur se mesure en décibels (dB), à un mètre de l'appareil, en lui fournissant un watt (soit 2,83 volts pour un transducteur ayant une impédance de 8 ohms) de puissance électrique. Par exemple la caractéristique technique peut afficher 87 dB (1 W/1 m). On peut comparer entre elles les valeurs de sensibilité de différents transducteurs, car les fabricants audio ont tous adopté le protocole de mesure ci-dessus.

Plus la sensibilité d'un transducteur est élevée, plus il générera d’énergie acoustique avec une certaine puissance d'entrée (en watts). Des mesures de sensibilité de 88 dB (1 W/1 m) sont à peu près moyennes et toute valeur inférieure à 84 dB (1 W/1 m) est considérée comme médiocre. On recherchera une sensibilité égale ou supérieure à 92 dB (1 W/1 m).

Rappelons ici aussi que pour augmenter de 3 dB le niveau de sortie d'un transducteur, il faut doubler la puissance de l'amplificateur. Pour augmenter la sortie de 6 dB, il faut multiplier la puissance par quatre, etc. Par exemple, si un transducteur possède une sensibilité d'environ 88 dB (1 W/1 m), vous aurez besoin de deux watts pour obtenir 91 dB à 1 mètre.

Notez également que les chiffres de sensibilité des transducteurs sont utilisés pour calculer le niveau maximal d'un transducteur à une distance donnée avec une puissance d'amplification donnée. Cela n'indique en rien une bonne ou une mauvaise qualité du son.

À propos du rendement du transducteur

La sensibilité et le rendement des transducteurs sont liés mais pas équivalents. Dans les discussions générales entre non-techniciens, les deux termes sont souvent confondus. Le rendement est le rapport entre la puissance électrique d'entrée, provenant de l'amplificateur, et la puissance de sortie acoustique du transducteur. Il s’exprime généralement sous forme de pourcentage plutôt qu'en watt par mètre, unité correspondant à la sensibilité.

Il faut savoir que les transducteurs ne sont pas très efficaces pour convertir la puissance électrique des amplificateurs en puissance acoustique. Le rendement des transducteurs se situe normalement autour de 0,1% - 2%, ce qui veut dire que la majeure partie de la puissance envoyée à un transducteur est perdue (résistance mécanique, friction, chaleur, etc) et non restituée sous forme de son.

Limites physiques des transducteurs

À ce stade, vous vous demandez peut-être pourquoi les fabricants ne produisent pas des transducteurs aussi sensibles que possible. La réponse est qu'il faut consentir à un certain nombre de compromis pour obtenir une valeur de sensibilité élevée. Par exemple, si on allège le cône du transducteur pour améliorer la sensibilité, la membrane conique sera moins rigide, ce qui aura tendance à augmenter la distorsion globale. Souvent, les concepteurs de transducteurs doivent réduire la sensibilité afin d'éliminer les accidents indésirables dans la courbe de réponse du transducteur. Les conceptions optimales sont le résultat de compromis équilibrés. En bref, deux paramètres limitent la puissance d’un transducteur.

Limitations thermiques. Une puissance excessive fait chauffer les bobines mobiles (une bobine mobile est constituée d'un enroulement de fil qui met en mouvement la membrane conique d'un transducteur proportionnellement à l’intensité du signal qui le traverse), jusqu’au point où elles peuvent se dilater et frotter dans l'entrefer de l’aimant. La chaleur peut déformer les bobines mobiles, ramollir les adhésifs, brûler les résistances du filtre passif, etc. En outre, un transducteur perd généralement 3 dB de sensibilité quand il se rapproche de ses limites, et ce phénomène est connu sous le nom de compression de puissance.

Débattement mécanique. Une puissance excessive peut pousser le transducteur à effectuer de grands débattements, plus importants que ceux pour lesquels il est conçu. La bobine mobile du conducteur peut alors sortir de l'entrefer de l'aimant, se désaligner et ne jamais revenir à sa position initiale.

Que se passe-t-il si on augmente la distance de mesure

Plus vous vous éloignez d'un transducteur (appelé scientifiquement « source ponctuelle »), plus le niveau sonore perçu (volume) que vous entendrez sera faible. Le son se propage dans l'air et au cours de ce processus, une partie de l'énergie est perdue sur la distance. La règle générale est que chaque fois que vous doublez la distance, vous percevez un quart du niveau sonore original. Mathématiquement, dans une situation sans réflexions sonores (rayonnement en champ libre), le niveau sonore d'une source ponctuelle diminue de 6 dB chaque fois que vous doublez la distance. Ce principe est appelé la loi du carré inverse de la distance. En outre, notez que dans le cas des line arrays (« ligne source » et non « source ponctuelle »), le niveau sonore diminue théoriquement de 3 dB chaque fois que la distance est doublée. Ce comportement propre aux lignes sources est particulièrement marqué au-dessus de 1 kHz.

Pour illustrer cette loi du carré inverse de la distance, si vous alimentez un transducteur d'une sensibilité nominale de 86 dB (1 W/1 m) par un amplificateur de 100 watts, il produira un niveau sonore de 106 dB pour une mesure à 1 mètre. Doublez la distance à 2 mètres, et le niveau sonore mesuré chutera de 106 à 100 dB. Si vous doublez à nouveau la distance, soit 4 mètres, le niveau de pression sonore diminuera encore de 6 dB, à 94 dB.

Qu’est-ce que le niveau de pression acoustique (SPL)

Diverses personnes peuvent percevoir un niveau sonore différemment, c'est pourquoi il est très utile de mesurer objectivement les niveaux sonores et de les exprimer numériquement. Pour comprendre ce qu'est le niveau de pression acoustique, nous devons d'abord comprendre ce qu'est la « pression acoustique ». La pression acoustique (p) est la variation moyenne de la pression atmosphérique causée par le son, exprimée en pascal (Pa).

Le niveau de pression acoustique (SPL) décrit la pression d'une onde sonore, exprimée en décibels (dB) par rapport à la pression de référence de 20 µPa (micro-pascals) ou N/m2. En d'autres termes, c'est le rapport entre la pression acoustique absolue et un niveau sonore de référence dans l'air. 0 dB SPL est le seuil moyen d'audition des sons à la fréquence de 1 kHz pour les jeunes adultes en bonne santé.

Aujourd'hui, la plupart des fiches techniques des enceintes mentionnent deux valeurs SPL différentes qui sont définies différemment.

  • La pression acoustique crête (Lpeak) est la pression acoustique instantanée maximale mesurée pour une durée très courte.
  • La pression acoustique continue équivalente est le logarithme du rapport entre un niveau de pression acoustique RMS donné, pendant un intervalle de temps donné, et la pression acoustique de référence.

En outre, les conditions dans lesquelles les mesures ont été prises devraient toujours être indiquées avec la valeur SPL, afin d'être scientifiquement valides et reproductibles. Exemple : sortie acoustique maximale mesurée avec signal sinusoïde à court terme, dans l'axe, en demi-espace, moyennée de 100 Hz à 3 kHz, à 1 mètre.

À propos des caractéristiques techniques des enceintes actives

Les enceintes actives possèdent généralement un transducteur par bande de fréquences, chacun alimenté par un amplificateur de puissance dédié et précédé d'un crossover électronique travaillant au niveau ligne pour séparer le signal audio en ses différentes bandes de fréquences, chacune reproduite par un transducteur dédié. Cette approche permet l'utilisation de filtres actifs complexes travaillant sur le signal d'entrée de bas niveau, en se passant des crossovers passifs et des compromis qu’ils amènent.

Vous aurez remarqué que les fabricants de systèmes d’enceintes actives n'indiquent jamais la sensibilité, ni le rendement ou l'impédance de l’enceinte. Pourquoi cela ? Parce que ces enceintes sont conçues comme des « systèmes » complets, dans lesquels le fabricant a soigneusement choisi la sensibilité optimale du transducteur pour s’adapter au mieux à chaque section d'amplificateur de puissance du système. Pour ces systèmes, les caractéristiques techniques réellement importantes sont les valeurs de niveau de pression acoustique – en gros, le niveau sonore que ces systèmes peuvent générer, à une distance donnée.

Arrivé à ce point de l’article, vous comprenez désormais certainement que la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance ainsi que la sensibilité, le rendement, l'impédance et les limites physiques du transducteur sont autant de paramètres sur lesquels le concepteur peut agir. Lors du développement d'une enceinte active, les ingénieurs en R&D sélectionneront le bon ensemble de paramètres pour atteindre certaines caractéristiques cibles (niveau de pression acoustique crête et en continu).

Conclusion

Dans les conceptions d’enceintes actives, il existe un très grand nombre de combinaisons de paramètres d'amplificateurs de puissance et de transducteur pouvant techniquement conduire aux mêmes caractéristiques de niveau de pression acoustique. Les transducteurs de plus faible sensibilité nécessiteront davantage de puissance d'amplification et vice-versa, une impédance de transducteur différente nécessitera une capacité de sortie d'amplificateur différente, etc.

Il convient également de noter qu’augmenter une puissance d'amplification (watts) revient beaucoup moins cher que de concevoir un transducteur de sensibilité plus élevée (dB/W/m). Un transducteur peu coûteux peut être couplé à un amplificateur de puissance de sortie plus élevée pour un coût de production potentiellement inférieur à celui d'un transducteur de qualité, de haute sensibilité, couplé à un amplificateur de puissance à faible sortie.

Dans les systèmes d’enceintes actives, les caractéristiques techniques numériques les plus pertinentes, liées au son, sont les valeurs de niveau de pression acoustique. En fin de compte, n'oubliez jamais que la qualité du son et la fidélité de la reproduction sont les aspects les plus importants sur lesquels vous devez vous concentrer lorsque vous choisissez une enceinte active !

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