2-1-11-1 : La hi-fi embarquée

Mise à jour : 24 mars 2024, Antidote 11.

 

Je ne serai jamais un spécialiste de la hi-fi embarquée.
Ce sujet a été rédigé par Frédéric.
Il n'y a pas d'adresse courriel, à sa demande explicite, je garde l'adresse dans un fichier.

Quelques forums hi-fi embarqués qui pourront vous renseigner :

• www.caraudiovideo.com.
• www.autoson.fr.
• http://flcaddict.1fr1.net/.

Je remercie Frédéric pour son travail de rédaction de ce chapitre.

Ce chapitre est complété par un 2^e chapitre qui explique la spécificité du calcul des enceintes hi-fi embarquées, en relation avec les outils de calculs disponibles dans le site.

 

Le Car audio, ou Hi-Fi embarquée avant tout :

Quasi tout ce qui est dit sur ce site pour la partie maison vaut pour la partie voiture dans le sens où :

• Il n'existe pas de marque meilleure que d'autres.
• Un système se juge à l'oreille et non pas à son tarif, ou à son esthétique.
• Je ne parlerais que de matériel destiné à la qualité de reproduction sonore.

La hi-fi embarquée a les mêmes buts que la hi-fi de salon, avant tout, de se faire plaisir, ressentir des émotions et sensations, se rapprocher de l'œuvre de l'artiste, ou d'un live.
Cette passion se rapproche beaucoup de la hi-fi de salon, à ceci près qu'elle est différente en plusieurs points :

• Souci d'intégration au véhicule, qui doit toujours être utilisable (et si possible aux normes de sécurité, c'est mieux).
• Asymétrie de la position d'écoute au siège principal ET asymétrie de l'habitacle.
• Alimentation en 12 Volts.
• Espace plus confiné.

Tout comme la hi-fi de salon, la qualité de la reproduction sera jugée principalement à l'oreille sur plusieurs critères :

• Les timbres.
• La scène, la hauteur de la scène, la largeur, distance et profondeur.
• La dynamique, le réalisme...
• La linéarité des fréquences reproduites.
• Aération, précision/ séparation/ focalisation des instruments...

En aucun cas le volume sonore ne sera un critère de qualité, contrairement au concours SPL.

 

Que faut-il pour débuter ?

Les systèmes les plus simples étant les meilleurs, il est totalement inutile de multiplier les haut-parleurs partout dans l'habitacle, même si la majorité des gens qui débutent et modifient leur système commencent par rajouter deux haut-parleurs à l'arrière, ce qui est une erreur.

 

Pourquoi ?

Les CD étant gravés avec deux pistes ( canaux gauche et droit) l'idéal théorique étant un autoradio et deux haut-parleurs pour reproduire les deux pistes....
Les haut-parleurs doivent être placés à l'avant du véhicule, ce qui est absolument nécessaire, l'oreille humaine étant naturellement un capteur auditif plus précis vers l'avant que vers l'arrière.

Rajouter deux haut-parleurs à l'arrière ne servira qu'à gagner quelques décibels inutiles et qui créeront une bouillie sonore plus qu'autre chose, en venant interférer avec les haut-parleurs de devant qui reproduisent déjà le même signal.
Chez soi, en hi-fi, personne ne rajoute des haut-parleurs derrière, sauf en 5.1 qui n'a rien a voir avec la stéréo.

Un autoradio seul, muni d'un mini amplificateur, arrivera très vite à saturation, et n'est absolument pas capable de contrôler correctement une membrane.
C'est pourquoi un ou plusieurs véritables amplificateurs de puissance sont nécessaires pour la hi-fi embarquée, comme dans un salon, autant pour les aigus que les graves.

Un seul haut-parleur par canal n'est pas capable de reproduire toute la bande spectrale audible, c'est pourquoi un découpage des canaux est toujours nécessaire.
La position des haut-parleurs d'origine en bas des portières n'étant pas du tout idéale pour la reproduction des aigus, les fréquences sont plus directives, les constructeurs ont amélioré les systèmes de première monte depuis quelques années :
On trouve des tweeters dans les caches rétroviseurs, dans les montants de pare-brise ou sur les tableaux de bord, ou encore en haut des portes.
La qualité s'en trouve déjà beaucoup améliorée dans le haut médium et l'aigu.
Les tweeters d'origine sont souvent filtrés au premier ordre aux alentours de 4 kHz, le haut-parleur en bas de porte n'est pas toujours filtré.

En écoutant une voiture d'origine, on se rend vite compte que le bas du spectre, reproduit par des haut-parleurs de 13 ou 16 cm chargés dans des portières, est totalement délaissé.
Une portière ne sera jamais une enceinte de maison.

En hi-fi de salon, il existe des haut-parleurs large bande qui sont parfaitement capables de reproduire toute la bande sonore du grave à l'aigu.
Le problème n'est pas dans l'existence des haut-parleurs, mais dans son acceptabilité pour l'acheteur, les préjugés ont la vie dure aussi bien en hi-fi qu'en CAR AUDIO.

 

Les différentes configurations :

La plupart des systèmes de CAR AUDIO sont donc à la base des "Kit éclaté", médium de 16 ou 13 cm + tweeter séparé, vendu avec le filtre passif.

La première étape de la plupart des gens étant de rajouter un haut-parleur d'extrême grave, un "caisson", on obtient alors un système appelé couramment par les passionnés :
Un "deux voix + sub", médium + tweeter en passif et stéréo, subwoofer en mono.
Ces systèmes peuvent largement convenir à Monsieur Tout-le-Monde, en offrant déjà une bonne qualité d'écoute.
Il est bon de filtrer le subwoofer en passe bas à 80Hz environ, la plupart des amplificateurs disposent de filtre actif intégré, et de filtrer en passe-haut le médium à 80 Hz, environ.
La qualité d'écoute n'en sera que grandement améliorée, certains autoradios de base comme les PIONEER, ALPINE ou KENWOOD peuvent le faire.

 

Pour aller plus loin :

Même si un deux voix + SUB est très correct, il peut manquer un peu de détail dans le haut médium, c'est pourquoi certains passionnés optent pour les trois Voies + SUB.
Généralement 16cm + 10cm + tweeter, mais il y a aussi des 20cm + 10cm + tweeter, ou des doubles 16cm + tweeter.
Le filtre vendu avec dispose de 3 sorties, une de plus que pour les Kits éclatés à 2 voies.
L'Ajout de vibreurs sous les sièges, en parallèle avec le SUB, est toujours possible, quelle que soit la configuration.
La stéréo étant inutile sous 100 Hz, un seul subwoofer suffit !

 

Le passage a l'actif "complet" :

Le filtrage passif c'est bien, mais c'est très limité en termes de possibilité de réglages.
Le filtrage actif est un filtrage AVANT l'amplification.
Ce filtrage nécessite un filtre, qui peut être dans l'autoradio, externe, ou interne a l'ampli.
Cela consiste à séparer les voies quand le signal est à bas niveau ( bas niveau = RCA, haut niveau = câble HP ) avec le matériel adéquat, vous pourrez gérer chaque haut-parleur indépendamment en termes de Gain ( volume ) de phase, de décalage temporel, de filtrage.
Ceci étant encore une fois identique aux systèmes maison...

 

Le matériel :

l'autoradio :

Je distinguerais 3 types d'autoradio :

• Les autoradios de bases
  Pas de filtrage actif total.
  De 0 à plusieurs paires de RCA (avant, arrière, SUB) en sortie.
  Avec sorties haut niveau aussi. (sorties directes pour les haut-parleurs).
  Toutes les marques courantes en fabriquent.
   
• Les autoradios lecteur avec filtrage actif total, très pratique pour gérer directement un 2 voies plus SUB en actif complet.
  Parfois munis de sorties optiques.
  3 paires ou parfois 4 paires de RCA pour filtrer le signal en sortie ( high medium low , ou high medium bass low
  - Les ALPINE 9813, 9815, 9835, 9833, 9853, 9855, 7998, 9887, etc. Tous à 3 sorties.
  - Les CLARION DXZ788, ou d'autre plus anciens, à trois sorties.
  - Le HX-D2 a 4 sorties, pour gérer en actif complet un système 3 voix + SUB.
  - Les PIONEER P88, P99, P945, DEX P1R, etc. Tous à trois sorties.
  - P99RS a 4 sorties, pour gérer en actif complet un système 3 voies + SUB.
  - les autoradios ECLIPSE.
  - ...
   
• Les platines pures, parfois munies de sortie optique. Pas de filtrage, avec ou sans DAC...
  - NAKAMICHI
  - BECKER
  - DENON
  - ALPINE
  - MC INTOCH

 

Les filtres actifs analogiques :

Il en existe beaucoup : MACROM 47.03, MTX, BOSS AUDIO.
Ils permettent de gérer de l'actif complet à partir d'une seule sortie RCA non filtrée.

 

Les processeurs numériques externes :

Les grandes marques ont toutes sorti des processeurs permettant une multitude de réglages numériques sur toutes les voies de tous les canaux :

• ALPINE PXA-H100, qui se connecte aux autoradios 9884, 9886, etc. Pour multiplier les réglages, mais limité au 2 voies + SUB. 6 canaux.
• ALPINE PXA-H700 et sa télécommande RUX C701 à 8 canaux, ou gestion de voix centrale.
• Les systèmes PIONEER P9 (lecteur) + Q9 ou ODR (platine ODR avec processeur RSP1 et RSP50) ou encore bien d'autres à 8 canaux.
• Le BITONE d'AUDISON à 8 canaux.
• Le DCX de chez PPI à 6 canaux.
• La chaîne SONTY ES avec sa platine C90(r) processeur XDP4000X ...  à 8 canaux.
• Le processeur ALPINE F#1 status PXA-H900, et PXA H990, avec sa source 7990  à 8 canaux.
• Les ALPINE PRA H400, H650, ...
• Le 3SYXTIE de ROCKFORD à 6 canaux.
• Le DSP6 de ZAPCO à 6 canaux.
• Le processeur HELIX à 6 canaux.
• Et bien d'autres ( JBL...)

 

L'amplificateur :

Attention à ne pas avoir trop de préjugés sur la puissance.
Un bon amplificateur est un amplificateur bien construit, bien pensé, qui délivre un son musical pour notre passion.
On trouve des amplis Auna de 10 000 Watts à 150 €, et des Tru Technology de 2x30 W à 2000 €, ou est l'erreur ? Il n'y en a pas...
Pas de marque meilleure qu'une autre, comme partout.
ALPINE fait des amplis bas de gamme et haut de gamme, comme beaucoup de marques.

Les amplificateurs se différencient par le nombre de canaux, la présence d'un système de filtrage, le type d'entrée (optique - haut niveau- RCA)...

• Les monocanaux :
  Exemple : FOCAL 1.800, XTANT 1.1..., DLS A6, AUDISON VRX 1.500 HELIX A1
  La plupart du temps recommandé pour amplifier 2 subwoofers.
  Certains sont de classe D et acceptent des impédances jusqu'à 1 Ohm.
  D'autres comme les XTANT ou POWERAMPER se vendent par paire ou quatuor pour amplifier des médiums aigus.
  Attention la plupart ne reproduisent que le grave
   
• Les deux canaux :
  Exemples : AUDISON Vrx 2.250, HELIX A2 ... DLS A6
  Peuvent se ponter pour ne faire qu'un seul canal pour un subwoofer, amplifier un kit éclaté, une paire de woofers...
   
• Les trois canaux :
  Exemples : DLS A3, XTANT X603...
  Idéaux pour un kit éclaté en passif + un SUB. Ou encore une paire de woof + un SUB.
   
• Les quatre canaux :
  Exemple : FOCAL 4.75, GENESIS PROFILE 4, PPI PCX 4800, DIAMOND audio D7401
  Amplis répandus pour leur praticité. Très utile pour un système de base en 2 voies passives + subwoofer avec deux canaux pontés.
   
• Les cinq canaux :
  Exemples : ALPINE PDX 5, PPI PCX 5800, HELIX H-500, FOCAL 5.500, DLS a5 ROCKFORD 600a5, etc.
  Ampli très pratiques, car ils peuvent gérer une installation en 2 voies + SUB full actif à eux seuls.
   
• Les six canaux :
  Exemples : DIAMOND audio D7056, HELIX A6, ZAPCO DC...
  Idem que les amplis à cinq canaux, mais ceux-ci peuvent aussi gérer un kit éclaté 3 voies.
   
• Les sept canaux rares :
  Exemple SOUNDSTREAM, DAVINCI
  Peuvent amplifier un 3 voies + SUB...
   
• Les huit canaux : A/D/S...

Les amplis peuvent être de classe A, AB ou D.
Voir le site ou WIKIPEDIA pour plus d'informations sur les classes d'amplification.
Certains amplificateurs ont des processeurs intégrés : ZAPCO DC ou NSX...

 

Les haut-parleurs :

Ne pas se fier a la puissance écrite sur les boîtes, comme toujours, un haut-parleur reçoit et transforme de la puissance, il ne crée rien.
Focal n'est pas la meilleure marque du monde.
Je vous conseille vivement l'adaptation des haut-parleurs de home dans votre voiture, leur rapport qualité prix est bien plus élevé que les haut-parleurs de car audio !!!

Attention tout de même à l'humidité l'hiver, et à la température l'été...

 

Les tweeters :

Les tweeters de car audio sont bien souvent en format 1 pouce (25.4 mm), pour l'intégration.
Les tweeters de home sont très souvent munis de flasque 4 pouces (100 mm). Et ce n'est absolument pas une raison esthétique...
Le baffle formé autour du point d'émission des ondes influe et est primordial sur la qualité sonore.
Leur position et leur orientation dans l'habitacle sont primordiales pour la scène.
Idem pour des médiums en tableau de bord.

 

Les médiums :

Pour les configurations 3 voies ce sont souvent des HP de 8 ou 10 cm de diamètre.
Leur position varie beaucoup en fonction des installations, des goûts du propriétaire, il n'y en a pas qui marche mieux que d'autres, tout dépend du montage, des réglages, du matériel !

• FRONT : Fixés sur les montants ou les caches de rétroviseur.
• DASH : Dans le tableau de bord, orienté vers le haut.
• SEATBOX : Sous les sièges, vers l'avant, un peu vers le haut.
• KICK : À gauche de la pédale d'embrayage et de l'autre côté symétriquement.

D'autres positions sont encore possibles.

 

Le woofer :

Il reproduit le grave médium en 2 voies, il reproduit juste le grave en 3 voies, ils sont souvent de 16, 18, ou 20 cm :

Très souvent en porte, l'emplacement idéal étant en bas et bout de portes, côté tableau de bord, pour bénéficier d'un théorique effet d'encoignure.
Les emplacements en milieu de porte étant moins bon selon mon expérience : Le haut-parleur à du mal a se faire oublier, scène qui bouge quand les notes descendent...
Son installation doit être très soignée, il ne doit pas y avoir de court-circuit acoustique.
La porte, qui n'est reliée à la voiture que par 2 charnières et un joint en caoutchouc, doit être alourdie pour être la plus inerte possible.
Le support doit être extrêmement rigide, MDF, contreplaqué, métal.
Les vibrations de la membrane doivent être transmises à l'air, et non pas a la porte, la porte doit être préparée avec du goudron pour alourdir ou tout autre moyen.
Dans tous les cas, gardez à l'esprit que la membrane doit faire vibrer l'air, et non pas son support...

Mettre des haut-parleurs de 20 cm en porte et faire une gigantesque préparation des portières ne sera jamais aussi efficace en grave qu'une membrane de 25 cm dans un caisson adapté.

 

Le subwoofer :

Taille allant de 20, 25, 30 cm, rarement plus pour la hi-fi.

Généralement le caisson est clos, plus simple à concevoir, moins dangereux que le bass-reflex pour le haut-parleur, la membrane est retenue par l'air.
Il est aussi moins volumineux que le bass-reflex.
Les critères importants étant le volume de charge, et l'orientation dans le coffre.
Une TRÈS SOLIDE fixation du caisson dans le coffre est primordiale pour votre sécurité, imaginez si vous faites un tonneau lors d'un accident avec un caisson de 15 kg qui se balade dans l'habitacle.

 

Le reste du matériel :

Le câblage :

Par pure sécurité et paranoïa, les passionnés de car audio surdimensionnent de beaucoup tous les câbles :

 

Alimentation, batterie - coffre :

Câble de 10 mm² généralement vendu en centre auto pour monsieur tout le monde.
Câble de 35 mm², 50 mm², voire 70 ou même 95 mm² utilisés par certains adeptes de car audio.
NE JAMAIS OUBLIER LE FUSIBLE PRINCIPAL qui doit être au plus proche de la borne positive !!!!
Gainer les endroits sensibles, voir tout le trajet du câble, dans la voiture, il est soumis aux vibrations, bien plus que dans un salon, utiliser de la gaine Nylon ou de la gaine annelée plastique.

 

Les RCA :

Les RCA utilisés en voiture sont asymétriques, le branchement de la masse avec la tresse change parfois ( masse totale, etc. ).
Ne pas confondre avec le câble symétrique qui utilise un signal en phase + déphasé pour corriger les erreurs dues aux parasites.
Les doubles et triples blindages, ne sont que des arguments commerciaux , même en triple blindage + gaine en fibre de verre dans ma voiture, j'ai encore quelques parasites...
Protégez tout de même le câble de l'usure à cause des vibrations avec de la gaine en nylon, c'est bien.

La fibre de verre n'est pas un écran contre les parasites.

 

Le câblage haut-parleur :

Même si du 0.5 mm² suffit, les passionnés utilisent plutôt du 1.5 mm² MINIMUM, et 2.5 mm² en général pour le sub.
Il existe des câbles avec des tubes en plastique à l'intérieur du cuivre pour limiter un théorique effet de peau...
Ou encore, des câbles polarisés avec des piles...
Protégez les câbles avec de la gaine en nylon.

 

Le condensateur :

Utilisé de manière controversée.
Il servirait à limiter les variations de tensions aux bornes de l'ampli.
Personne n'a réussi à prouver acoustiquement leur utilité.
Chacun choisit d'en avoir ou pas.
Un condensateur bas de gamme peut se décharger n'importe comment et détruire un ampli, pensez à mettre un fusible entre le condensateur et l'ampli, cela ne coûte pas grand-chose.
Préférez les condensateurs haut de gamme avec une gestion électronique, gage de sécurité contre les décharges inappropriées ou problèmes en général.
Les Marques HELIX / BRAX sont bien réputées.

 

L'acoustique :

Le filtrage :

Je ne vais donner que des valeurs générale, approximative, voire fausse.
Elles seront juste là pour une indication globale moyenne des filtrages effectués généralement dans les voitures françaises :

 

Deux voies :

Les woofers sont utilisés entre 80 Hz et 4000 Hz.
Les tweeters sont coupés aux alentours de 4000 Hz.

 

Trois voies :

Les woofers sont utilisés entre 80 Hz et 400 Hz.
Les médiums sont utilisés entre 400 Hz et 5000 à 8000 Hz.
Les tweeters sont coupés aux alentours de 5000 à 8000 Hz.

Le SUB est généralement coupé vers 63 ou 80 Hz.

 

Le décalage temporel :

Inutile de mesurer la distance entre vos oreilles et les haut-parleurs pour rentrer la valeur en cm, cette méthode ne sert à rien.
Toutes les ondes, quelle que soit leur fréquence, se déplacent à la même vitesse dans l'air.
Le son du SUB arrivant en retard (parce que positionné généralement dans le coffre), le son de l'avant joue en avance, il faut donc retarder le son de l'avant (ou avancer le SUB).
Idem pour les haut-parleurs de droite, le son arrive en retard, il faut donc retarder les haut-parleurs de gauche.

L'oreille humaine commence à entendre des différences de temps (des échos) qu'à partir de 35 millisecondes de décalage temporel.
En réalité, le décalage temporel nous sert à régler les problèmes de phase que l'oreille détecte malheureusement bien plus que les problèmes de retard.

35 ms correspondent à 343707 * 0.035 = 12030 mm = 12 m.
Dans mon salon j'entendais un décalage de 2 mm en comparaison presque instantané, c'est-à-dire 0.00582 ms.

 

Le déphasage :

Quand une personne parle dans l'axe de notre tête, devant nous, les sons émis nous arrivent dans les deux oreilles en phase.
La position perçue si l'on ferme les yeux est devant nous.
Quand une personne parle sur notre gauche, les signaux qui nous arrivent dans l'oreille gauche sont en avance de phase. La différence de temps et la différence de niveau sont infimes !
La position perçue est sur notre gauche.

Dans une voiture non réglée, les signaux émis par les haut-parleurs de gauche arrivent dans notre oreille gauche en avance de phase, le haut-parleur est plus proche, la différence de temps est infime et donc négligeable.
Un signal MONO sera toujours perçu à gauche du volant, donc à gauche de notre tête, alors qu'il devrait être dans l'axe de notre tête.

Et tout se complique quand on utilise le décalage temporel sur un médium, on change les problèmes de phase qui résultent a nos oreilles.
Seulement, le décalage temporel étant ce qu'il est, la différence de temps appliquée sera la même pour les ondes de 80 Hz que pour les ondes de 2000 Hz, alors que ces ondes ne sont pas identiques au niveau de leur longueur.
Il faudrait déphaser différemment selon chaque longueur d'onde !

Pour que, quelle que soit la fréquence, il n'y ait pas de problème de phases à nos oreilles, il existe des boîtiers spéciaux conçus par une personne passionnée par le CARAUDIO, qui permettent des réglages plus adaptés, car plus réfléchis...
Un égaliseur de phase existe (l'ISO B-12) qui se révélerait efficace, mais peu répandu...

Avec un filtre actif numérique, vous pouvez utiliser des "délais" qui sont constants quelle que soit la fréquence, et qui répondent parfaitement à la problématique de la mise en phase des différentes voies.

 

Dôme Acoustique