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Mesure des paramètres T&S d'un HP : Fs, Re, Qms, Qes, Qts et Sd

Mise à jour : 28 juin 2019.


Formulaire de calcul des paramètres T&S, 1/5
Je vous conseille d'avoir lu ce chapitre et le suivant, avant de l'utiliser.


Votre HP est-il dans la base de données ?

Je vous recommande de mesurer vous même les HP en votre possession, car les paramètres peuvent varier de façon assez importante, surtout pour les marques les moins sérieuses.
Si vous n'avez pas le matériel de mesure, les données constructeurs sont la seule solution.

Paramètres de THIELE et SMALL, classés par marque et diamètre, en 2 ou 3 clics de souris seulement.


Placement du HP :

La mesure des paramètres THIELE et SMALL ne devrait se faire que le haut-parleur monté sur un baffle plan CEI suspendu, et loin de toutes les surfaces réfléchissantes.
Je mesure le plus souvent les HP posés par l'aimant sur deux ou trois boites de conserve, le tout posé sur une table. Ce n'est pas idéal, mais c'est très rapide a mettre en place.

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Mesure de Re :

Re est la résistance de la bobine mobile du haut-parleur au courant continu.
Ce n'est pas l'impédance du HP comme je le vois parfois dans les données T&S des HP rentrés dans la base temporaire.
Pour le logiciel ARTA dont je parle ci dessous, Re c'est Voice coil Résistance (Ohms).

Je voudrai vous sensibiliser au pourquoi du besoin d'une mesure très précise de Re :
Sur mes ALTEC 420-8B mesurés directement dans leur enceinte close :

  • Si Re = 5.00 Ohms, Qts = 0.66
  • Si Re = 5.10 Ohms, Qts = 0.68
  • Si Re = 5.20 Ohms, Qts = 0.70

Dans le calcul d'une enceinte avec évent, le volume est de la forme VB = N * Vas * Qts2
Entre un Qts à 0.66 et un Qts à 0.70 vous faites une erreur de 0.702 / 0.662 * 100 - 100 = 12.5%.
Vous faites cette erreur de 12.5% parce que vous n'avez pas mesuré Re avec une précision inférieure à 0.2 Ohms.
Notez que pour un Qts divisé par 2, l'erreur est aussi de 12.5%. 0.352 / 0.332 * 100 - 100 = 12.5%.

Certains internautes sur les forums vont chipoter les alignements avec une précision bien inférieure à ces 12.5%, en utilisant les paramètres constructeurs qui sont encore moins précis en pratique.
Mesurez vos HP rodés, et mesurez les bien.


Mesure avec un multimètre :

Le premier réflexe est de mesurer Re avec un multimètre.
Si c'est un modèle performant à 100 € environ, s'il a une pile neuve, pour un ou deux HP, ça peut marcher à 0.1 Ohms près.
Mais la mesure vers 2 à 2.2 Hz avec ARTA LIMP donne une valeur un peu plus faible.
Qui a la vérité, le multimètre ou ARTA LIMP ? J'ai un multimètre ITC-920.


Mesure avec une batterie :

La résistance Re de la bobine doit être mesurée très précisément.
J'ai utilisé, par le passé une pas trop vieille batterie de voiture de 12 V comme source de tension continue qui ne s'écroule pas pendant la mesure.
Le HP était branché en série avec une résistance de 68 Ohms.
Même si la mesure dure 1 à 2 minutes, la tension de la batterie ne s'écroule pas, donc la mesure des tensions aux bornes de la résistance et du HP sera précise et fiable.
La pile de 9 V d'un multimètre n'a pas la même fiabilité...

Imaginez que vous releviez U1 = 10.5 V aux bornes de la résistance de 68 Ohms et  U2 = 1.5 V aux bornes du HP.
Le courant qui traverse le circuit est I = U1 / R = 10.5 / 68 = 0.154 A.
La résistance de la bobine est Re = U2 / I = 1.5 / 0.154 = 9.71 Ohms.
Il y a un calcul direct, en remplaçant I par sa valeur dans l'équation de RCC qui donne :
Re = R * U2 / U1 = 68 * 1.5 / 10.5 = 9.71 Ohms.

Vous allez me dire comment être sur de la valeur de la résistance de 68 Ohms ?

  • Première méthode, vous utilisez votre multimètre pour mesurer directement le courant dans le circuit.
    Avec I et U2, vous calculez directement Re.
    (Avec la batterie dont la tension ne s'écroule pas pendant les mesures, vous avez le temps...)

  • Deuxième méthode, vous mesurez au multimètre une résistance de 680, 820 ou 1000 ohms : La précision sera bonne, le courant demandé pendant la mesure est faible.
    En mettant en série la résistance de 680, 820 ou 1000 ohms et celle supposée de 68 Ohms, et en appliquant la méthode ci dessus (la résistance de 68 ohms remplace le haut-parleur), vous mesurerez précisément cette résistance de 68 ohms.
    Puis connaissant exactement cette résistance de 68 ohms, vous pourrez mesurer précisément Re.

La résistance de 68 Ohms doit être assez puissante :
Dans notre exemple, 0.154 A et 10.5 V, la puissance dissipée par la résistance est de 10.5 * 0154 = 1.6 W.
Une résistance cimentée de 5 ou 10 W est nécessaire, mais nous avons tous ça en stock pour la mise au point des filtres passifs...


Mesure avec ARTA LIMP aux très basses fréquence :

L'idée consiste à dire que l'impédance entre 2 et 3 Hz n'est pas différente de celle en courant continu.
Il suffit de faire démarer la mesure à 2 Hz, en changeant Fstart, et de faire démarrer l'échelle à 2 Hz dans Setup et Graph.
Le curseur jaune placé avec le bouton droit de la souris à 2.10 ou 2.20 Hz vous indique directement la valeur de Re à utiliser : En bas à gauche de l'image, Cursor: 2.20 Hz, 6.60 Ohms, -13.7 deg.

Mesure de Re aux très basses fréquences

Sans batterie, et même avec un multimètre à 100 €, c'est la mesure par ARTA LIMP à 2.10 ou 2.20 Hz qui me semble être la plus fiable.
Je regarde s'il ne faut pas prendre deux points, un à 2.20 Hz, et un à 10 Hz, pour estimer la position exacte du troisième point à 0 Hz en prenant une échelle linéaire en fréquence : Essais en court.

Dans l'état actuel des choses, c'est la mesure avec une bonne batterie qui vous donne la plus grande garantie d'une mesure précise.


Mesure de Sd :

Sd, c'est la Surface du diaphragme, la surface de la membrane qui pousse l'air.
La question que vous vous posez tous est : Ou s'arrête la membrane et ou commence le châssis ?

Entre la membrane et le châssis il y a la suspension extérieure de la membrane.
Au plus prés de la membrane, la suspension bouge comme la membrane.
Au plus prés du châssis, la suspension ne bouge absolument bas.
Au milieu de la suspension, la suspension bouge de la moitié de ce que bouge la membrane.
C'est donc à la moitié de la suspension que se mesure le diamètre qui permet de calculer Sd.

Un simple mètre ruban suffit pour mesurer le diamètre, avec une précision de 2 mm environ, ±1 mm.
Pour bien prendre le diamètre, prenez un repère sur deux trous de fixation diamétralement opposé du châssis.
Soit D le diamètre en centimètre, Sd = Pi * D2 / 4 avec Pi = 3.14159. Sd est en cm2.
Le logiciel ARTA vous demande le diamètre, la base de données HP vous demandera la surface.

Si le milieu de la suspension est difficile à définir, vous pouvez faire la moyenne entre le bord fixe de la suspension et le bord fixé à la membrane. Ce n'est pas forcément plus facile, tout dépend du HP.
N'oubliez pas que la suspension a une partie collée sur la membrane. Cette partie collée, c'est encore la membrane.
N'oubliez pas que la suspension a une partie collée sur le châssis. Cette partie collée, c'est encore le châssis.

Enfin, pour ceux qui mesurent eux même un HP dont les constructeurs indiquent les paramètres T&S, il n'y a théoriquement aucune raison pour que vous ayez un Sd différent de celui du constructeur.
Aucune ?
Pour avoir vérifié j'en suis beaucoup moins sur aujourd'hui, certains fabricants indique la surface en mesurant l'extérieur de la suspension...

Je peux comprendre, avec les tolérances de fabrications des HP, qu'il y ai des différences sur Fs, Qms, Qes, Vas.
Une différence sur Re est plus difficilement compréhensible (Erreur sur le nombre de tours de fil sur la bobine, ou sur le diamètre du fil ?).
Une différence sur Sd est théoriquement totalement incompréhensible.

Il faut se dire une chose, les petits fabricants de HP ne sont pas meilleurs que nous les amateurs en terme de mesures.
Ils ont les même intérrogations, la même non connaissance des difficultés des mesures précises.


La mesure du diamètre au mètre ruban présente une petite difficulté avec une petite partie métallique au bout du ruban qui à un déplacement de 1 mm environ.
Vous ferez moins d'erreur en prenant le "0" à 10 cm, et en retranchant les 10 cm à la mesure ensuite.
Gardez en tête que Sd sert au calcul du Vas, et le Vas sert au calcul du volume de l'enceinte : Ne vous trompez pas sur Sd.
Gardez aussi en tête qu'à 1 ou 2 mm près 10 personnes qui mesurent le même HP n'auront pas les même valeurs...


La mesure est une discipline enseignée dans un DUT de mesures physique, il y a des pièges à connaitre.
J'ai entendu parler d'une formation, ou d'une sensibilisation, à la mesure dans mon entreprise, ou chaque participants devaient mesurer la même pièce avec le même pied à coulisse au 1/50e de mm.
Chacun notait son résultat sur un papier, sans le dire à son voisin.
Quand tout le monde avait mesuré, le formateur demandait les résultats de chacun, pour les marquer au tableau.
Un bon moyen de se rendre compte qu'un pied à coulisse au 1/50e n'est réellement capable que de 0.2 mm, et que votre mètre ruban au 1/2 mm n'est réellement capable que de 5 mm...


Mesures par logiciel :

Un tutoriel pour la mesure des paramètres de THIELE et SMALL avec ARTA limp.png, tutoriel écrit et commenté par des membres du forum MELAUDIA.

La courbe d'impédance est donnée directement par le logiciel : ARTA limp.png dans mon cas.
La version gratuite ne permet pas d'enregistrer les résultats. Tout le reste est identique à la version payante.
Il suffit de mettre le curseur sur la courbe pour lire directement en bas à gauche les valeurs numérique recherchées.
J'ai limité la fenêtre entre 5 et 500 Hz, mais il est parfaitement possible d'aller jusqu'a 20kHz.

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La méthode est rigoureusement celle décrite à la fin du chapitre, si ce n'est que les mesures sont faites avec le PC, enregistrées avec un logiciel, et restituées à la demande.

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ARTA LIMP va plus loin que ça, et vous évite tout les calculs.
Il suffit de faire la première mesure à vide, de cliquer sur Overlay puis Set as overlay, et de faire une deuxième mesure avec la masse additive.
Plus aucun calcul, pas de tableur ou de calcul en ligne, le résultat arrive tout seul :

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Quelle masse additive ? Je faits dans l'ultra simple, soit je pique des billes de verre à mon gamin, soit je prends des petits cailloux dans le jardin, que je pèse avec un pèse lettre ou avec une balance plus précise.


Mesures à l'ancienne :

La mesure des paramètres T&S du HP, c'est la mesure de points particuliers sur la courbe d'impédance.
Si vous savez mesurez et trouver ces points particuliers, vous aurez les paramètres T&S du HP.

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Il vous faut un générateur de fréquences sinusoïdales, une résistance d'environ 1000 Ohms (560, 680, 820 ohms conviennent aussi), le haut-parleur, et trois fils de liaison soudés.
La résistance de 1000 Ohms limite fortement le courant qui circule dans le circuit. Le générateur est assez puissant.
Et si votre résistance fait 680 Ohms au lieu de 1000, cela marche aussi...

A une fréquence données vous mesurez la tension U aux bornes de la résistance de R=1000 Ohms avec un multimètre.
Vous calculez I = U / R.
Puis vous mesurez U1 aux bornes du HP, sans rien changer sur le montage et sur le générateur.
Vous calculez Z = U1 / I.
Sachant que I = U / R, ==> Z = U1 * R / U.
Si vous vous arrangez pour générer un courant de 10 mA pendant la mesure, vous lisez directement la la résistance en Ohms en mesurant la tension aux bornes du HP.

Avez vous vérifié que votre multimètre était capable de mesurer une tension a la fréquence du générateur ?
Ce serai dommage de passer du temps à mesurer pour rien...


Formulaire de calcul des paramètres T&S, 1/5
Je vous conseille d'avoir lu ce chapitre et le suivant, avant de l'utiliser.


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Dôme acoustique : La conception des enceintes acoustiques.


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