Veuillez garder vos distances !
Comment les bobines dans les filtres de fréquences déteignent les unes sur les autres
Qu'en est-il des bobines de réactance ?
Elles sont constituées d'un fil de cuivre enroulé et recouvert d'un vernis et réduisent le courant alternatif qui les traverse à mesure que la hauteur ou la fréquence augmente. Leur capacité à bloquer plus ou moins les harmoniques est due au magnétisme. Tout conducteur électrique, y compris le fil de cuivre, génère un champ magnétique autour de lui lorsqu'il est traversé par un courant électrique. Et c'est justement ce champ magnétique qui induit des tensions contraires dans le conducteur, tensions qui augmentent constamment avec la fréquence du courant alternatif.
Mais voici les "petits caractères" : le champ magnétique généré par une bobine atteint également les inductances voisines, dans lesquelles il induit des tensions alternatives. Lors de la reproduction musicale, chaque bobine du filtre transmet donc des signaux à d'autres bobines situées à proximité, ce qui peut avoir des répercussions sur le son des enceintes acoustiques. Un montage expérimental devait donner une première impression sur le caractère audible ou négligeable de cette induction étrangère.
Un générateur de sons
était la source de signaux et un amplificateur envoyait ses sons sinusoïdaux de un à deux watts à travers une bobine avec une résistance de charge en amont. La bobine servait en quelque sorte d'émetteur et une deuxième bobine était placée à proximité pour servir de récepteur. Les extrémités des fils étaient reliées au pôle positif et au pôle négatif d'un haut-parleur. Il est difficile de croire à quel point les sons sinusoïdaux étaient clairement audibles dans le haut-parleur jusqu'aux hautes fréquences, et ce sans aucune connexion électrique entre l'amplificateur et le haut-parleur.
Cette expérience a montré que l'influence mutuelle des bobines sur un filtre n'est pas anodine. Mais que faire ?
L'expérience rend intelligent
Les changements de position des bobines ont montré que l'ampleur des interférences dépendait principalement de deux facteurs que l'on peut contrôler soi-même : la distance entre les bobines et leur orientation géométrique. Et pour être à peine audible, une tension d'induction d'un millième de la tension initiale de l'amplificateur s'est avérée appropriée, ce qui correspond à un rapport signal/bruit de 60 décibels. En d'autres termes, si l'amplificateur envoie 10 volts dans la bobine de l'émetteur, il ne devrait pas y avoir plus de 10 millivolts mesurables sur la bobine du récepteur. Il s'agissait maintenant d'essayer de positionner les bobines de manière à ce qu'elles se laissent mutuellement en paix. Pour cela, un millivoltmètre a remplacé le haut-parleur de l'illustration ci-dessus et deux inductances différentes ont d'abord servi de cobayes : les différents types de bobines disponibles chez Intertechnik avec 4,7 mH comme émetteur et une bobine à air avec 0,47 milliHenry comme récepteur. Les deux sont des inductances typiques pour des enceintes avec une impédance de 8 ohms - la grande pour les woofers, la petite pour les médiums et les tweeters.
En principe, la répartition inverse des rôles est également envisageable, c'est-à-dire une petite inductance comme émetteur et une grande comme récepteur. Mais dans la pratique, ce cas est plutôt rare, car en règle générale, les courants les plus élevés passent par les grandes bobines devant les woofers. Le diagramme suivant illustre la quantité d'énergie électrique qui est proportionnellement transmise aux différentes branches du haut-parleur d'une enceinte à trois voies.
Si un crossover sépare à 400 Hz et 3,5 kHz, le haut-parleur de graves recevra en moyenne environ 56 % de la puissance fournie par l'amplificateur, le haut-parleur de médiums environ 34 % et le haut-parleur d'aigus 10 % lors de la reproduction musicale. La courbe rouge du diagramme qui en est à l'origine est basée sur des analyses spectrales de divers enregistrements pop, rock, jazz et classiques.
La répartition de la puissance du bruit rose ou du bruit IEC et DIN ne doit servir ici qu'à des fins de comparaison, car ces types de bruit sont sans doute connus de certains.
Champ de fuite et inductance
Les expériences ont montré que la sensibilité d'une bobine (de réception) aux tensions parasites induites par des tiers augmente avec son inductance. Même dans le cas d'un placement ou d'un alignement optimal, une distance de 20 mm ou plus entre les bobines voisines est souvent nécessaire pour réduire les signaux parasites à -60 dB. Cela est particulièrement important pour les inductances dans la plage des moyennes fréquences, d'autant plus que les bobines de haut-parleurs de graves diffusent également des signaux de moyennes et hautes fréquences dont elles privent en grande partie le haut-parleur de graves lui-même en raison de son inductance.
Les études ont mis en évidence les relations suivantes : avec une inductance double de la bobine émettrice (10 mH au lieu de 4,7 mH), la distance minimale indiquée dans les tableaux suivants est réduite d'environ 30 %. En revanche, lorsque l'inductance de la bobine émettrice était réduite de moitié, la distance minimale augmentait d'environ 50 % par rapport aux valeurs indiquées dans les tableaux.
Pour les bobines réceptrices, c'était l'inverse : si leur inductance était doublée de 0,47 mH à 1,0 mH, il fallait une distance plus grande d'environ 50% par rapport à la bobine émettrice. Si l'inductance de la bobine réceptrice n'était que de moitié, sa distance par rapport à la bobine émettrice devait être inférieure d'environ 30% à ce que l'on peut lire dans les tableaux suivants.
Voici maintenant les distances minimales obtenues à l'aide du montage expérimental décrit ci-dessus, en commençant par les bobines rondes ou en forme de rouleau.
Bobine en forme de rouleau en pos. X A1 à A3 : orientation de la bobine réceptrice par rapport à la bobine émettrice .
A1 A2A3
| Pos.X | Bobine de l'émetteur | A1 Alignement LU32/26 | A2 Alignement LU32/26 | A3 Alignement LU32/26 |
| 1 | HQS 32/26 | 37 | 10 | 0 |
| 2 | COT 92/39 | 50 | 15 | 0 |
| 3 | DR 56/35 | 63 | 15 | 0 |
| 4 | HQP 56/35 | 55 | 20 | 0 |
| 5 | HQP 62/47 | 63 | 28 | 0 |
| 6 | HQ 58/46 | 67 | 36 | 0 |
| 7 | HQ 43/45 | 65 | 37 | 0 |
| 8 | DR 56/61 | 75 | 58 | 0 |
| 9 | TO 10 | 5 | 38 | 5 |
| 10 | LU 92/39 | 41 | 6 | 0 |
| 11 | LU 120/55 | 43 | 18 | 0 |
Distance minimale entre les bobines en millimètres pour une tension parasite de -60dB.
Pos. X : Position ou emplacement de la bobine émettrice de 4,7 mH.
A1, A2, A3 : orientation de la bobine réceptrice (0,47 mH, LU32/26) par rapport à la bobine émettrice adjacente
Les bobines dont la désignation commence par HQ, DR ou P ont des noyaux de ferrite de différents types, COT désigne une bobine à noyau de poudre Corrobar, TO une bobine à noyau toroïdal et LU des bobines à air. Les bobines d'air sans matériaux magnétisables à proximité de leurs enroulements (voir pos. 10 et pos. 11 dans le tableau) génèrent autour d'elles un champ magnétique de fuite aussi fort que les bobines à noyau, et les deux variantes nécessitent des distances comparables par rapport à leurs collègues sur l'aiguillage. Le sens d'enroulement du fil de cuivre des bobines voisines a une grande influence : s'il est le même pour les deux, comme dans le cas A1, il faut laisser une grande distance entre les bobines, alors que si les enroulements sont perpendiculaires entre eux, comme dans le cas A3, les bobines peuvent même éventuellement se toucher sans se gêner. La bobine toroïdale TO 10 (voir pos. 9 dans le tableau) semble ici un peu à part, ce qui est dû à son enroulement spécial de fil autour du noyau annulaire.
Quelles sont les distances minimales qui résultent d'un changement de position de la bobine émettrice?
Bobine en forme de rouleau en position Y A1 à A3 : orientation de la bobine réceptrice par rapport à la bobine émettrice.
A1A2A3
| Pos.Y | Bobine de l'émetteur | A1 Alignement LU32/26 | A2 Alignement LU32/26 |
A3 Alignement LU32/26 |
|
1 |
HQS 32/26 | 16 | 64 | 0 |
| 2 | COT 92/39 | 55 | 95 | 3 |
| 3 | DR 56/35 | 45 | 105 | 0 |
| 4 | HQP 56/35 | 40 | 90 | 0 |
| 5 | HQP 62/47 | 43 | 97 | 7 |
| 6 | HQ 58/46 | 48 | 107 | 0 |
| 7 | HQ 43/45 | 36 | 100 | 0 |
| 8 | DR 56/61 | 50 | 105 | 0 |
| 9 | TO 10 | 13 | 13 | 10 |
| 10 | LU 92/39 | 56 | 90 | 0 |
| 11 | LU 120/55 | 60 | 100 | 0 |
Distance minimale entre les bobines en millimètres pour une tension parasite de -60 dB.
Pos. X : position ou orientation de la bobine de l'émetteur avec 4,7 mH
A1, A2, A3 : orientation de la bobine réceptrice (0,47 mH, LU32/26) par rapport à la bobine émettrice voisine
Si l'on modifie la position de la bobine émettrice, la règle est à nouveau la même : si le sens d'enroulement de la bobine émettrice et de la bobine réceptrice est le même, comme cette fois pour A2, une très grande distance est nécessaire pour qu'elles n'interagissent pas de manière audible. Ce n'est que si leurs enroulements sont perpendiculaires, comme c'est le cas pour A3, que les bobines peuvent se rapprocher. La bobine toroïdale Torobar TO 10 (pos. 9 dans le tableau) constitue à nouveau une exception en raison de son enroulement de fil spécial autour du noyau annulaire.
Toutes les bobines de réactance ne sont pas rondes ou en forme de rouleau. Et ce sont surtout celles dont le noyau magnétisable est en tôle de transformateur ou de fer qui se sont révélées un peu particulières en termes de dispersion, comme le montrent les données de mesure suivantes.
Bobine de transformateur et bobine à noyau en I en tant qu'émetteur A1 à A3 : orientation de la bobine réceptrice
par rapport à la bobine de l'émetteur
Pos. X
Pos. Y
A1A2A3
Pos. Z
| Pos.X | Bobine de l'émetteur | A1 Alignement | A2 Alignement | A3 Alignement |
| 1 | I 78 | 5 | 85 | 3 |
| 2 | I 96 | 16 | 90 | 3 |
| 3 | I 130 | 34 | 105 | 0 |
| 4 | I 150 | 40 | 110 | 5 |
| 5 | FE 96 | 20 | 20 | 0 |
| 6 | FE 130 28 | 19 | 0 | 0 |
| Pos.Y | Bobine de l'émetteur | A1 Alignement | A2 Alignement | A3 Alignement |
| 1 | I 78 | 5 | 63 | 63 |
| 2 | I 96 | 7 | 77 | 5 |
| 3 | I 130 | 20 | 90 | 5 |
| 4 | I 150 | 29 | 98 | 5 |
| 5 | FE 96 | 0 | 33 | 25 |
| 6 | FE 130 | 0 | 0 | 35 |
| Pos.Z | Bobine de l'émetteur | A1 Alignement | A2 Alignement | A3 Alignement |
| 1 | I 78 | 0 | 0 | 72 |
| 2 | I 96 | 0 | 0 | 81 |
| 3 | I 130 | 0 | 8 | 90 |
| 4 | I 150 | 0 | 3 | 92 |
| 5 | FE 96 | 10 | 50 | 5 |
| 6 | FE 130 | 18 | 60 | 0 |
Distance minimale entre les bobines en millimètres pour une tension parasite de - 60 dB.
Pos. X à Z : position de la bobine émettrice avec 4,7 mH
A1, A2, A3 : orientation de la bobine du récepteur (0,47 mH, LU 32/26) par rapport à la bobine de l'émetteur.
Le "I" dans les désignations des bobines correspond à un noyau en forme de barre en tôle de transformateur, le "FE" à des noyaux de transformateur usuels en forme de lettre E
C'est ainsi qu'il faut faire :
Les illustrations ci-dessous montrent comment positionner au mieux les bobines sur les filtres de fréquences afin qu'elles se gênent le moins possible les unes les autres. Vue d'en haut.
Bobine en forme de rouleau Bobine en forme de rouleau
Sens de l'enroulement
Les bobines voisines s'influencent le moins lorsque leurs enroulements sont perpendiculaires. Les flèches bleues illustrent le sens d'enroulement.
Bobine de transformateur et bobine de rouleau Noyau I et bobine de rouleau
De même, le sens d'enroulement des bobines avec un noyau de transformateur ou avec un noyau en I doit être perpendiculaire à celui de la bobine voisine.
Si possible pas comme ça !
Émetteur DR56/61 Récepteur HQ40/30
avec 4,7mHavec 2,7mH
268mm
L'influence s'est avérée étonnamment importante lorsque la bobine du récepteur (ici HQ 40/30) présentait également une inductance élevée et que les deux bobines étaient positionnées quasiment tête-bêche. Une distance d'environ 27 cm était nécessaire pour obtenir une tension parasite de -60 dB !
Conclusion
Lorsque le courant alternatif circule, les bobines d'inductance nécessaires aux haut-parleurs envoient de l'énergie magnétique dans les autres bobines du crossover et induisent dans celles-ci des tensions alternatives qui peuvent nuire au son du haut-parleur. Cette caractéristique ennuyeuse est plus ou moins inhérente à tous les types de bobines, qu'elles aient ou non un noyau magnétisable.
Il est toutefois possible de réduire considérablement les effets négatifs de cet effet en positionnant et en orientant les différentes bobines de manière à ce que leurs directions d'enroulement soient perpendiculaires les unes aux autres et en laissant quelques centimètres supplémentaires entre les inductances en cas de doute.
Mais de quels cas douteux s'agit-il ?
Si, dans les basses fréquences, on utilise par exemple plusieurs grandes inductances qui, rien qu'en raison de leurs dimensions, rendent difficile un placement et un alignement optimaux sur la platine d'aiguillage, il s'agit d'un tel cas douteux. Les champs magnétiques puissants de bobines de basses très proches peuvent même se moduler mutuellement, ce qui entraîne alors des bruits parasites très particuliers.
Et les grandes inductances (1,0 mH et plus) dans la branche des médiums devraient être particulièrement sensibles aux interférences des bobines des woofers, car la sensibilité des bobines réceptrices augmente avec leur inductance. De plus, les dispersions, même de grandes inductances, ne contiennent pas seulement des fréquences basses, comme on pourrait le croire, mais presque tout le spectre audible.
En revanche, les bobines de la branche des tweeters seront plus sensibles aux bobines en série devant les haut-parleurs de médiums qu'aux grandes inductances pour les basses. Du moins lorsqu'elles sont orientées vers les grands collègues comme recommandé précédemment. En effet, plus l'inductance de la bobine émettrice est grande et plus celle de la bobine réceptrice est petite, moins l'effet de dispersion électromagnétique est important.
Si les dimensions de la platine d'aiguillage ne permettent pas une distance suffisante entre les bobines, il est recommandé d'utiliser des platines séparées les unes des autres, par exemple une pour les basses et une seconde pour les moyennes et hautes fréquences.
Berndt Stark
