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Les tweeters piezos électriques

Mise à jour : 2012-02-11.


Pourquoi un tweeter piezo ?

Si vous voulez faire rigoler un Audiophile pur et dur, dites lui que vous avez des tweeters piezo sur vos enceintes...
Cette technologie de tweeter à très mauvaise presse a cause de très mauvaises utilisations en SONO très bon marché.
D'autre part dans le milieu des Audiophile, le "Pas assez cher mon fils" est assez fatal.

Je ne suis pas venu aux tweeters piezo par hasard.
PHY-HP vend un tweeter de cette technologie, monté dans un pavillon acier de sa fabrication. Il n'est pas apprécié des Audiophiles, certainement à tord, ou alors les avis viennent de gens qui l'ont utilisé hors de son domaine ou il est bon.

J'ai utilisé un tweeter piezo à mes début dans le large bande, lorsque je n'arrivais pas a marier avec un filtre passif un tweeter réputé, un FOSTEX T925. C'est là que j'ai compris la nécessité de ne pas filtrer le large bande, et de raccorder le tweeter à la coupure naturelle du large bande. Cette méthode est bien admise aujourd'hui parmi les Audiophile.
Avec la multi amplification active j'ai essayé de marier un tweeter lui aussi réputé, un FOSTEX FT66H a mes B200 de VISATON, sans résultat. J'ai préféré rester sans tweeter que d'en rajouter un qui apportait plus de pertes de de gains.
Finalement, et après pas mal d'égarement, je reviens à une solution qui me convenait bien il y a 15 ans, mais avec pas mal d'arguments et de rigueur en plus.

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Mesures :

Courbe d'impédance et de phase électrique d'un tweeter piezo.
Notez l'échelle de 8000 Ohms à gauche, et la variation de phase électrique à 90° au dessus de 2000 Hz.

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Courbe d'impédance et de phase électrique du même tweeter, avec le branchement ci-dessous
Impédance et phase électrique sont parfaitement linéaire.
L'ampli ne devrait pas être perturbé par le haut-parleur, ni risquer un accrochage à haute fréquence.

C'est volontairement que j'ai représenté un condensateur dans le haut-parleur piezo, car il en est proche, sans être exactement un condensateur pur.
Si vous ne mettez la résistance de 8.2 Ohms en série avec le tweeter, vous risquez l'accrochage haute fréquence. Vous pouvez mettre une valeur jusqu'a 100 Ohms sans le moindre problème.
Si vous ne mettez pas la résistance de 8.2 Ohms en parallèle, l'ampli verra une impédance très variable, et vous ne pourrez pas filtrer votre HP en passif.
En partant du principe que les amplis préfèrent les impédances constantes, j'ai mis les deux résistances en filtrage actif.

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Pour donner un chiffre plus précis sur la sensibilité, je ai du ajouter 0.7 dB de gain du filtre actif sur le tweeter avec 15 Ohms en parallèle et 8.2 Ohms en série, par rapport a celui du VISATON B200. Les amplis sont identiques, NAD 3020 sur l'un, 3020i pour l'autre.
(J'ai mesuré avec 8.2 Ohms, et j'ai monté 15 Ohms tout simplement parce que je n'avais qu'une résistance de 8.2 Ohms...)

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Fréquences d'utilisation d'un tweeter piezo :

Yves m'a envoyé les réponses sur train d'onde d'un tweeter piezo à différentes fréquences.
C'est un tweeter MONTOROLA "de l'époque" car il doit avoir 30 ans. C'est costaux ces HP...
Le conseil est de prendre un tweeter qui résonne bas, un médium tweeter, et de le filtrer haut en fréquence, à plus de 10000 Hz, et à pente raide, le 18 dB/octave est le minimum. (Avec mon filtre actif, j'ai préféré le 18 dB/octave Butterworth avec raccord à -5 dB type JLMC au 24 dB quel qu'il soit)
Regardez la première sinusoïde vers le haut, le conseil d'une fréquence de coupure haute est parfaitement visible.

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Filtre pour tweeter piezo électrique :

Daniel est un intervenant de la première heure sur ce site.
Après une longueur période d'absence, il nous revient avec la clef d'utilisation des tweeters piezo avec un filtre passif.


1 - Simulation par capacité

On assimile un tweeter piezo à une capacité de valeur C.

  • KSN1005, cette capacité vaut 0,12µF (0,118 mesuré au C-mètre)
  • KSN1117 (double tweeter), cette capacité vaut 0,24µF (0,243 mesuré au C-mètre sur les deux exemplaires du combo), c'est le double de la valeur précédente et cela correspond à la mise en parallèle de deux cellules piezzo (deux capacités en parallèle s'ajoutent !).

Valeur de l'impédance en fonction de la fréquence :

Fréquence 4 800 6 600 10 000 13 730
Z mesuré 200 100 65 54
Z calculé 138 100 66 48

On voit que la corrélation n'est pas trop mauvaise à partir de 6 000hz, cela correspond aussi à la technologie des tweeters piezo.


2 - Calcul réseau de compensation (général, souvent utilisé pour lisser la remontée d'impédance des HP)

A une résistance de 8,2 ohm en série avec le tweeter, on associe en // une résistance identique en série avec une inductance qui est calculée pour que,  vu de la source de tension, le réseau soit équivalent à une seule résistance de 8,2 ohm. Lorsque la fréquence augment l'impédance de la capacité diminue, celle de l'inductance augmente, il y a compensation.

Schéma :

image919.jpg

Z1 = R + 1/jωC  d'où Z1 = (1+jωRC)/ jωC
et
Z2 = R + jωL

En //, l'impédance équivalent est telle que :
1/Z1 +1/Z2 = jωC/(1+jωRC) + 1/(R + jωL)

D'où
Z = R x [1 + jω (L/R +RC) - LCω2)/(1 + jω (2RC) - LCω2)

On remarque que cette impédance est strictement égale à R, si et seulement si, la relation suivante est vérifiée :
L/R = RC ou encore L = R2C.

Je n'ai pas essayé la self : Elle est de très petite valeur, le un tweeter piezo n'est pas tout à fait un condensateur pur.
Yves me fait remarquer que le schéma est inutilement compliqué ? Une self de plus a bricoler soi même...


3 - Application numérique

Dans le cas du d'un tweeter KSN1117, les calculs donnent :

Valeur de R Ohms 8,2    
Valeur de C Farad 2,43 E-07 0,243 µF
Valeur de L Henri 1,63 E-05 0,016 mH

Cette inductance est relativement facile à fabriquer,  il suffit d'enrouler quelques spires autour d'un cylindre de diamètre 12mm et d'en vérifier/ajuster la valeur a l'Inductance mètre.


4 - Cas pratique : filtrage de deux piezo KSN1117 en parallèle (ce qui correspond à 4 cellules piezo en parallèle).

Pour l'usage de deux tweeters piezo KSN117 connectés en parallèle, il convient de doubler la valeur de la capacitance (deux capacités en // ; soit encore 2 x 0,243µF = 0,486µF), ce qui donne le tableau suivant :

Valeur de R Ohms 8,2    
Valeur de C Farad 4.86 E-7 0,486 µF
Valeur de L Henri 3,27 E-05 0,033 mH

Cette inductance de faible valeur est facile à fabriquer,  il suffit d'enrouler quelques spires, et un peu plus que précédemment, autour d'un cylindre de diamètre par exemple de 12mm et d'en vérifier/ajuster la valeur a l'inductance mètre.

Le tweeter et son réseau étant équivalent à une impédance de 8,2 ohm, le calcul habituel des filtres s'applique.


Schéma du tweeter piezo, atténué et filtré pour un usage Hi-Fi :

  • A : Filtre à 24 dB/octave. Un filtre à 18 dB/octave marche encore mieux (donc sans L4), mais il ne faut pas descendre au 12 dB/octave ni au 6 dB/octave.
    Calcul du filtre sur 8.2 Ohms, la valeur de la résistance en parallèle s'il n'y a par d'atténuation.
    Calcul sur l'impédance équivalente à R4, R5 et 8.2 Ohms s'il y a un atténuateur.
    Fréquences de coupure supérieure à 10 000 Hz pour un usage Hi-Fi de haute qualité.
     
  • B : Atténuation à impédance constante, calculé sur 8.2 Ohms.
    Si vous n'avez pas besoin d'atténuer, vous supprimez R4 et R5.
     
  • C : tweeter piezo avec les deux résistances de protection. La résistance série peut monter jusqu'a 100 Ohms sans le moindre problème.

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Un cas réel :

Dans le cadre de mon application, un système 3 voies sur baffle plan avec un B200 en presque large bande et un tweeter piezo dans les aigus, j'ai retenu à l'écoute le filtre à 18 dB/octave raccord à -5 dB de Jean Michel LE CLEAC'H : JLMC.
Les fréquences de coupure sont à 7540 Hz sur le B200 et à 9870 Hz sur le tweeter piezo. La fréquence centrale à -5 dB est à 8630 Hz.
C'est dans ces conditions que j'ai les meilleurs résultats chez moi.

Plus les écoutes ont lieu, plus je suis satisfait de ce tweeter.
Quand vous ne faites plus d'écoute pour savoir si votre tweeter est doux, agressif, soyeux  ou métallique, que vous êtes surpris disques après disques par la justesse des timbres des instruments par rapport a ceux entendus au concert, alors vous avez un système particulièrement fidèle. C'est tout ce qu'on lui demande.
Bonnes écoutes...


Exemple de filtres :

A 24 dB/octave :

C'est le filtre utilisé par Yves sur un FOSTEX FE166E monté dans une sphère ELIPSON à résonateur et un tweeter piezo MONTOROLA.
Les pentes sont à 24 dB/octave de chaque coté.
La partie correction d'impédance du FE166E (au centre du schéma) est spécifique à l'enceinte utilisée.

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A 18 dB/octave :

Les essais sur mon filtre actif m'ont fait préféré le filtre à 18 dB/octave par rapport à celui à 24 dB/octave.
Pour des raisons de simplifications je ne souhaite pas, au stade actuel de la mise au point, filtrer le large bande.

  • 0.68 uF et 2.7 uF ont été mis au point à l'écoute. (0.47 < 0.68 > 0.82 > 1.0 --- 3.3 < 2.7 > 2.5 > 2.2)
  • 0.15 mH a été mis au point à l'écoute. (0.20 < 0.15 > 0.10).
  • R4 et R5 ne sont pas installés.
  • Coupure entre 11143 Hz et 9686 Hz, suivant que l'on prend 0.68 uF et 0.15 mH ou 2.7 uF et 0.15 mH comme référence de calcul.
  • Branchement en opposition de phase, branchement en phase non écouté actuellement.
     
  • Sur le FE164, il y a 2 mH et 3.9 Ohms. (Des retours sur un FE167E donnent entre 1.5 et 2.2 mH, et entre 3.9 et 5.6 Ohms.)
  • Correcteur d'impédance RC sur le FE164 pas encore mis en place.

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Avec un filtre actif BEHRINGER DCX 2496 :

Large bande VISATON B200 : Filtrage : BUT18 à 7640 Hz. Gain 0.0 dB. Polarité : Normal. Ampli : NAD 3020 I
Tweeter piezo : Filtrage : BUT18 à 9870 Hz. Gain 0.7 dB. Polarité : Normal. Ampli : NAD 3020

Égalisation dans le DEQ au dessus de 4000 Hz. Ma pièce et la distance d'écoute rentrent directement en ligne de compte.
Avec ces réglages, j'obtiens la courbe ISO 2969 X au point d'écoute.

en dB 4 kHz 5 kHz 6.3 kHz 8 kHz 10 kHz 12.5 kHz 16 kHz 20 kHz
Droit -2.5 -1.5 -2.5 -3.0 +2.0 +5.0 +1.0 -2.0
Gauche +1.0 0.0 +1.0 +1.0 +2.0 +5.0 -5.5 -0.5


retour_menu.jpg precedant.jpg navigation_filtre.jpg suite.jpg 05_v.jpg


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