Filtres pour enceinte et puissance dissipée

Le domaine des fréquences audibles pour une oreille d'une vingtaine d'année est de l'ordre de $20 Hertz$ à $20\ kiloHertz$, soit $3 d\acute{e}cades$ ce qui n'est pas rien. A titre de comparaison le domaine de sensibilité de l'il, exprimé en longueur d'onde de la lumière dans le vide, est de $0,4$ à $0,8 \mu m$, soit une octave. L'ouie est un de nos sens les plus affinés et il est dommage qu'on le détruise en écoutant de la musique à des niveaux trop importants. Malheureusement il existe une tendance qui fait fabriquer des enceintes faisant beaucoup de bruit, à défaut de bonne musique. De la sorte un seul haut-parleur ne peut pas couvrir toute la bande passante de l'oreille et une enceinte acoustique comprend, au minimum, deux haut-parleurs et souvent plus.

Envisageons le cas le plus simple de deux transducteurs. On a un grave-medium et un tweeter. Le grave-medium va encaisser la plus grande partie de la puissance jusqu'à $2$ à $3 kHz$ et le tweeter le peu qui reste au dela. La puissance maximale que peut supporter une enceinte acoustique est spécifiée par une norme. En gros on injecte un bruit blanc filtré, dans le domaine grave par un filtre à $6 dB/octave$ passe-haut de fréquence de coupure à $-3 dB$ de $50 Hz$ et dans le domaine supérieur par un filtre passe-bas à $-12 dB/octave$ de fréquence de coupure à $-5 dB$ de $500 Hz$. La puissance maximale est dissipée aux alentours de $150 Hz$.

Le haut-parleur de grave dissipera ainsi une puissance plus faible dans l'extrême grave où la puissance est limitée par le débattement de l'équipage mobile comme vu au 7.4. Dans le domaine du medium c'est la puissance thermique limite dissipée dans la bobine mobile qui fixera la limite. Le tweeter, quant à lui, recevra ainsi une puissance très faible et ne risquera pas de griller selon les normes. En effet la bobine mobile d'un tweeter est plus petite et dissipe une puissance moindre. Malheureusement l'enceinte est alimentée par un amplificateur qui est capable de fournir la puissance limite supportée. Si la musique contient un fort niveau d'aigu, ce qui se produit souvent avec de la musique électronique le tweeter ne supportera pas cette surcharge et grillera. C'est pour cette raison, entre autres, que l'on utilise plutôt des tweeters piézoélectriques qui sont plus robustes mais fournissent un son de moins bonne qualité dans les enceintes de sonorisation.

Les filtres pour enceinte doivent absorber le moins possible d'énergie pour ne pas perturber le fonctionnement. En particulier il ne faut pas mégoter sur la qualité des condensateurs : les électrochimiques sont à proscrire absolument. La tension de service doit être choisie suffisamment élevée pour ne faire courir aucun risque à l'élément. Pour les bobines il faut choisir du fil de diamètre suffisant pour que la résistance résiduelle soit inférieure, au moins, au dixième de l'impédance nominale. Par ailleurs on évitera les noyaux magnétiques qui amènent des pertes de puissance. D'après ce que nous avons déjà vu il est inutile de mettre un filtre passe-haut du second ordre sur un haut-parleur de medium, un simple condensateur suffit. Le filtre passe-bas pourra être du second ordre avec un circuit de BOUCHEROT pour lisser l'impédance du haut-parleur aux fréquences élevées.

On voit que la réalisation d'une enceinte acoustique alimentée par un seul amplificateur pose des problèmes pas toujours faciles à résoudre. L'auteur conseille, ce que les fabricants ne font pratiquement jamais, de faire des enceintes amplifiées avec un amplificateur par type de haut-parleur. Le medium-grave étant alimenté par un amplificateur de forte puissance et le tweeter par un amplificateur de puissance plus faible qu'il est capable de supporter. Le filtrage se fait avant les amplificateurs et ne pose aucun problème car on travaille alors avec de faibles signaux et des impédances purement résistives. Les filtres de toute sorte, à base d'amplificateurs opérationnels, sont bien connus et ne posent aucune difficulté. En revanche, pour assurer une bonne stabilité aux fréquences élevées pour les amplificateurs de puissance, il sera bon de mettre en parallèle sur chaque haut-parleur le circuit de BOUCHEROT adapté; cela ne coûte que quelques Francs(de l'ordre de un euro) et évite les accrochages en haute fréquence néfastes pour la qualité du son et la durée de vie des haut-parleurs.

Cette solution impose d'avoir un préamplificateur séparé, mais le problème de la liaison de l'amplificateur de puissance avec les enceintes par des cables de fort diamètre est résolu puisque l'on a seulement quelques décimètres à franchir. Le reste du signal se transmet à faible puissance par du cable blindé normal. Les puristes pourront même utiliser une liaison balancée pour éviter de capter les parasistes de la ligne. On trouve dans le commerce des amplificateurs de puissance intégrés pour des puissances comprises entre $10$ et $100 W$ de très bonne qualité et d'un prix très raisonnable pour que la réalisation d'une enceinte multiamplifiée ne soit pas un gouffre financier. En plus on peut choisir des haut-parleurs qui n'ont pas le même rendement puisqu'on peut les égaliser électroniquement, ainsi on pourra marier des haut-parleurs au son de bonne qualité sans contrainte.
Certaines enceintes haut- de gamme du commerce sont vendues "prêtes pour la biamplification". En fait le filtre pour le grave-médium a une entrée séparée du filtre pour le tweeter. Les deux pouvant être mis en parallèle dans le cas d'un seul amplificateur. Cette méthode est à proscrire car il y a toujours entre le haut-parleur et l'amplificateur un filtre passif cher et dont l'efficacité est sujette à caution. Il vaut mieux utiliser un filtre actif avant les deux amplificateurs montés sur l'enceinte.