2-6-6-1 : Égalisation des niveaux

Mise à jour : 20 novembre 2023, Antidote 11.

 

Atténuateur : l'égalisation des niveaux :

Les résistances d'égalisation des niveaux sont nécessaires dans pratiquement tous les cas.
Ce n'est pas parce que votre grave médium et votre tweeter ont la même sensibilité donnée par le constructeur qu'elle n'est pas nécessaire.
Les sensibilités sont mesurées à certaines fréquences, qui ne sont pas à la fréquence de coupure.
L'important est de connaître la sensibilité à la fréquence de coupure pour faire l'égalisation en niveau.
Enfin la sensibilité à prendre en compte est une moyenne des sensibilités dans l'axe, à 15, 30, 45 et 60° et des réflexions de votre pièce.
Vous n'avez aucune chance de l'estimer correctement avec la courbe de réponse des haut-parleurs.

En pratique, rien ne vaut une petite série d'essais avec plusieurs résistances et un échelonnement de 0.4 Ohms en 0.4 Ohms, ou même de 0.3 en 0.3 Ohms.
C'est même, l'essai à l'écoute, la seule solution pour avoir des résultats d'écoute de très haute qualité.
Ce pas de mise au point est de l'ordre de 0.2 dB, il est possible de descendre à 0.1 dB sur le tweeter.

Atténuateur en T, T-bridge et en Pi.

 

Atténuateur à impédance constante par 2 résistances L-PAD :

Un atténuateur L-PAD est un atténuateur à impédance constante.

En fonction du programme de calcul que vous utilisez, l'atténuation Att doit être écrite de deux façons différentes.
Si vous voulez une atténuation de -3.5 dB :

• Entrer Att = -3.5 dB pour les deux premiers programmes de calcul. Att < 0
• Entrer Att = +3.5 dB pour le troisième programme de calcul. Att > 0

Dans les outils de calculs, un test permet de toujours avoir Att avec le signe attendu par la formule utilisée.

Pourquoi deux résistances en parallèle pour R4 sur le schéma de gauche ?
Simplement pour pouvoir réaliser une précision des valeurs plus grande que la précision donnée pas les valeurs standards.
Même chose pour R5.
Le schéma de droite est plus conventionnel, et moins précis dans le résultat final.

 

A1 = 10^{( Att / 20 )}, avec Att < 0.
R4 = Z * ( 1 - A1 )
R5 = Z * ( A1 / ( 1 - A1 ) ).
J'utilise cette solution dès que l'atténuation dépasse 0.8 ou 1 dB, ou plutôt dès que la résistance en série dépasse 1.5 Ohms.

Dans le livre "Enceinte acoustique & haut-parleur", Vance Dickason présente les choses autrement, avec Att < 0.
R5 = 10^{( Att / 20 )} * Z / ( 1 - 10^{( Att / 20 )} )
R4 = Z - ( 1 / R5 + 1 / Z )^-1
Les résultats sont rigoureusement identiques aux premiers, avec une variable de calcul en moins.

Les formules du lien ci-dessous donnent aussi un résultat identique, mais avec Att > 0.
Lien vers le calcul des L-PAD atténuateurs.

Le calcul de l'atténuateur à impédance constante a été vérifié de 3 façons différentes, par trois sources différentes, pour un résultat rigoureusement identique dans les trois cas...

 

Calcul général de l'atténuation :

Le but du calcul général de l'atténuation est de calculer la puissance dans les résistances, dans le but de bien les choisir.
Une autre raison est le calcul des atténuateurs à impédance non constante.

Le haut-parleur est assimilé à une résistance pure.
C'est possible s'il est monté dans une enceinte close ou sur un baffle plan, et s'il est associé aux correcteurs d'impédance RC et RLC.

 

Avec R4 > 0 et R5 < 10000 Ohms :

Soit R4 la résistance en série avec le haut-parleur, R5 la résistance en parallèle et Z l'impédance du haut-parleur :
La résistance équivalente à R5 et Z est Req = R5 * Z / ( R5 + Z )
Si vous êtes dans le cas d'un atténuateur simple, entrez R5 = 9E99 pour être très proche de l'infini.
La résistance totale est Rt = Req + R4.

L'ampli est un générateur de tension, tension qui reste constante, quelle que soit l'impédance du haut-parleur. Le calcul respecte cette règle.
Pourtant, tout le monde parle de puissance P en watts...

Tension de calcul, Ut = racine( P * Rt ) en V.
Tension aux bornes de R4, U4 = Ut / Rt * R4
Tension aux bornes de R5, U5 = U_HP = Ut - U4

Puissance dans la résistance R4 : P4 = U4² / R4
Puissance dans la résistance R5 : P5 = U5² / R5
Puissance dans le HP : P_HP = U_HP² / Z

Atténuation du HP, Att = 20 * LOG( U_HP / Ut )

 

Avec R4 > 0 et sans résistance R5 : R5 = 9E99 dans les outils de calculs du site ci-dessous :

R4 est la résistance en série avec le haut-parleur.
La résistance totale Rt = R4 + Z.

Tension de calcul, Ut = racine( P * Rt ) en V.
Tension aux bornes de R4, U4 = Ut / Rt * R4
Tension aux bornes du HP : U_HP = Ut / Rt / Z.

Puissance dans la résistance R4 : P4 = U4² / R4
Puissance dans le HP : P_HP = U_HP² / Z

Atténuation du HP, Att = 20 * LOG( U_HP / Ut )

 

Sans résistance R4 et R5 < 10000 Ohms : R4 = 0 dans les outils de calculs du site ci-dessous :

R5 est la résistance en parallèle avec le haut-parleur.
La résistance totale Rt = R5 * Z / ( R5 + Z).

Tension de calcul, Ut = racine( P * Rt ) en V.
Tension aux bornes de R5, U5 = Ut
Tension aux bornes du HP, U_HP = Ut

Courant aux bornes de R5, I5 = U5 / R5
Courant aux bornes du HP, I_HP = U_HP / Z

Puissance dans la résistance R5 : P5 = U5 * I5
Puissance dans le HP : P_HP = U_HP * I_HP

Atténuation du HP, Att = 20 * LOG( U_HP / Ut )

 

Atténuation et puissance :

Les courbes ci-dessous servent à dimensionner les composants de l'atténuateur en fonction de la puissance de l'ampli, et uniquement à cela, en tenant compte de la puissance moyenne de la musique écoutée.

L'atténuateur est utilisé le plus souvent sur un tweeter ou un médium, ou la puissance moyenne est très faible en hi-fi.
Du temps des disques vinyle, et pour une puissance maximale de l'ampli de 0 dB (courbe rouge) :

 

• La bande de 100 à 400 Hz est à -4 dB.
• De 400 à 2000 Hz, la pente est de 3 dB/octave.
• Au-dessus de 2000 Hz, la pente est de 6 dB/octave.
• En dessus de 100 Hz, la pente est de 3 dB/octave.

Sur l'ex-forum AUDAX, Cyrille m'a indiqué la courbe bleu "POP" et la courbe verte "AES pleine bande".
La courbe rouge correspond au "Classique".
D'autre part, si vous poussez les aigus à fond, vous ajoutez 12 dB à 20000 Hz (et 0 dB à 1000 Hz).
Enfin la notion du -4 dB pour la partie horizontale est assez floue.

Vous prendrez la valeur de votre choix, je vous recommande -4 dB, quelle que soit la fréquence en SONO
Prenons un exemple avec un ampli de 100 W, l'atténuateur doit être calculé avec 100 * 10^(-4/10) = 39.8 W = 40 W
Ou encore plus simple, vous multipliez la puissance de votre ampli par 0.398 (arrondi à 0.4) pour calculer l'atténuateur.
Si votre ampli fait 500 W, vous calculez l'atténuateur à 500 x 0.4 = 200 W.
(De toute façon, même en suivant la courbe AES, et étant donné qu'une compression se coupe en dessous de 2500 Hz, nous sommes aussi à -4 dB...)

Prenons un exemple (réel) avec un grave qui fait 92 dB, une compression qui en fait 105 dB, le tout alimenté par un ampli de 150 W.
Vous calculez l'atténuation sur 92 - 105 = -13 dB.
Vous calculez la puissance à l'entrée de la compression + résistances avec 150 W - 4 dB c'est-à-dire 150 x 0.4 = 60 W.
La puissance que doit tenir la compression est 150 W - 13 dB = 150 / 10^(10/13) = 150 / 19.95 = 7.5 W.

Dites-vous bien que si, dans l'exemple ci-dessus, vous calculez votre atténuateur avec 150 W au lieu de 60 W, la valeur des résistances ne changera pas, la taille des résistances devra être plus importante, et que sur dimensionner un atténuateur n'est absolument pas un problème en termes de qualité sonore.
Le prix est simplement un peu plus élevé.

 

L-PAD : Calcul de vos résistances R4 et R5 d'atténuation.

Nous sommes dans le cas d'un atténuateur à impédance constante, un L-PAD, avec un atténuateur qui ne change pas l'impédance du haut-parleur.
Si vous avez un haut-parleur de 8.0 Ohms, et que vous vouliez 3 dB d'atténuation, une fois le haut-parleur atténué, le filtre verra toujours une impédance de 8.0 Ohms.

Impédance du haut-parleur ( en Ohms ) :
Atténuation souhaitée ( en dB ) :
Puissance de l'enceinte ( en W ) :

 

 

Impédance choisie : Calcul de vos résistances R4 et R5 d'atténuation.

Nous sommes dans le cas d'un atténuateur à impédance choisie, avec un atténuateur qui change l'impédance vue par le filtre passif.
Si vous avez un haut-parleur de 6.4 Ohms, que vous vouliez 3 dB d'atténuation et une impédance vue par le filtre de 5.7 Ohms, le calculateur trouvera les valeurs de résistances pour que votre filtre voit une impédance de 5.7 Ohms une fois le haut-parleur atténué.
Si vous entrez l'impédance du haut-parleur identique à l'impédance vue par le filtre, vous êtes exactement dans le cas du calcul à impédance constante, à la précision de la boucle de calcul prés.

Impédance du haut-parleur ( en Ohms ) :
Impédance vue par le filtre passif ( en Ohms ) :
Atténuation souhaitée ( en dB ) :
Puissance de l'enceinte ( en W ) :

 

 

Calcul de vérification d'un atténuateur :

Si vous voulez calculer un atténuateur avec juste R4 en série et sans R5, alors R5 = infini.
En pratique, entrez R5 = 9E99.

Le calcul a été très soigneusement vérifié avec R4 > 0 et R5 < 10000 Ohms, et des atténuations comprises entre 0.05 et 50 dB.
Pour les autres cas, R4 = 0 Ohm ou R5 = infini, je suis en cours de vérification, et devrait sans doute écrire une partie de calculs spécifique.
Merci de ne pas utiliser l'outil de vérification dans ces cas, surtout avec R5 = infini ou un doute est en cours d'analyse.

Impédance du haut-parleur ( en Ohms ) :
R4 ( en Ohms ) :
R5 ( en Ohms ) :
Puissance de l'enceinte ( en W ) :

 

 

Influence sur des impédances variables :

Atténuation de 3 dB :

Prenons un haut-parleur de 8 Ohms, et atténuons-le avec une seule résistance de 3.3 Ohms en série.
L'atténuation est de -3.00 dB. Impédance vue par le filtre 11.3 Ohms.
Si l'impédance monte à 16 ohms, l'atténuation tombe à -1.63 dB. Impédance vue par le filtre 19.3 Ohms.
Si l'impédance tombe à 4 ohms, l'atténuation monte à -5.23 dB. Impédance vue par le filtre 7.3 Ohms.
Variation d'atténuation = 5.23 - 1.63 = 3.60 dB.
Rapport mini / maxi sur l'impédance = 19.3 / 7.3 = 2.64.

Prenons un haut-parleur de 8 Ohms, et atténuons-le avec une résistance de 2.34 Ohms en série et 19.39 Ohms en parallèle.
L'atténuation est de -3.00 dB. Impédance vue par le filtre 8.0 Ohms.
Si l'impédance monte à 16 ohms, l'atténuation passe à -2.06 dB. Impédance vue par le filtre 11.1 Ohms.
Si l'impédance tombe à 4 ohms, l'atténuation monte à -4.64 dB. Impédance vue par le filtre 5.66 Ohms.
Variation d'atténuation = 4.64 - 2.06 = 2.58 dB.
Rapport mini / maxi sur l'impédance = 11.1 / 5.66 = 1.96.

Cette petite démonstration montre que l'on a tout intérêt à utiliser l'atténuateur à impédance constante dans tous les cas, surtout si le tweeter à une remontée d'impédance importante autour de sa fréquence de résonance.
Vue par le filtre, les dégâts sont moindres, même si la meilleure solution reste la correction de l'impédance des tweeters à la fréquence de résonance par un RLC.

 

Atténuation de 10 dB :

Prenons une compression de 8 Ohms, et atténuons-la avec une seule résistance de 17.3 Ohms en série.
L'atténuation est de -10.00 dB. Impédance vue par le filtre 25.3 Ohms.
Si l'impédance monte à 16 ohms, l'atténuation tombe à -6.37 dB. Impédance vue par le filtre 33.3 Ohms.
Si l'impédance tombe à 4 ohms, l'atténuation monte à -14.53 dB. Impédance vue par le filtre 21.3 Ohms.
Variation d'atténuation = 14.53 - 6.37 = 8.16 dB.
Rapport mini / maxi sur l'impédance = 33.3 / 21.3 = 1.56.

Prenons une compression de 8 Ohms, et atténuons-la avec une résistance de 5.47 Ohms en série et 3.70 Ohms en parallèle.
L'atténuation est de -10.00 dB. Impédance vue par le filtre 8.0 Ohms.
Si l'impédance monte à 16 ohms, l'atténuation passe à -9.16 dB. Impédance vue par le filtre 8.5 Ohms.
Si l'impédance tombe à 4 ohms, l'atténuation monte à -11.70 dB. Impédance vue par le filtre 7.39 Ohms.
Variation d'atténuation = 11.70 - 9.16 = 2.54 dB.
Rapport mini / maxi sur l'impédance = 8.5 / 7.39 = 1.15.

Pour les atténuations importantes, le L-PAD filtre fortement les variations d'impédance vue par le filtre, au point que le correcteur d'impédance à la Fc de la compression devient inutile.

 

Faites vos résistances vous-même à partir de mines en graphite :

Les résistances de haute qualité non inductive sont des composants coûteux pour ne pas dire hors de prix.
À défaut d'être hors de prix, elles étaient à tort hors de ce site.
Crossover resistor sound vous indiquera le classement à l'écoute de 11 résistances du commerce, classement de 2 à 25, 3 pour celles que j'utilise habituellement, 25 pour la résistance DUELUND en graphite.
Une information qui fait sérieusement réfléchir à une réalisation DIY.

Une marque française, LEFSON, fabrique et vend des résistances en graphite avec des connexions en argent pur.
Les prix sont élevés, mais depuis que j'ai essayé à l'écoute des résistances "crayon", et que je ne suis pas arrivé à les réaliser moi-même, je ne fais plus un bon au plafond devant les prix annoncés, avec un haut-parleur large bande de la qualité d'un DAVIS 20DE8, l'investissement est totalement justifié.

 

Les trois liens ci-dessous vous expliqueront comment réaliser vos résistances à partir de mines graphite des crayons papier.
Résistances graphite non inductifs.
Résistance de 3.0 Ohms maison.
Réalisation à partir d'un crayon.

Ne vous faites pas d'illusion, les résistances très haut de gamme et hors de prix utilisent cette solution, comme le prouve l'image ci-dessous.
Le prix de celle que je vous montre en graphite est de 35 € environ avec des liaisons en argent... (Avis à l'écoute 25)
Cela ne vous motive pas pour essayer de les faire vous-même à 2 ou 3 € ?

 

Les résistances que j'utilisais, en 10 W, lorsque j'étais avec un filtre passif. (Avis à l'écoute 3)

 

Ma réalisation :

J'ai essayé de réaliser des résistances en graphite entre 10.5 et 10.8 Ohms.
La réalisation à partir d'un crayon en bois de marque BIC ne marche pas, impossible de séparer le bois du graphite, 3 essais, 3 casses du graphite.
J'ai pris des mines nues de diamètre 2 mm en dureté HB. La mesure semblait montrer que j'obtiendrai la résistance souhaitée.
J'ai pris des piles de 4.5 V pour récupérer les languettes de branchement pour la connexion aux mines

 

Commencez à retirer les languettes des piles en tirant un bon coup dessus avec une pince plate.
Enroulez sur 1/2 tour les languettes autour d'un tournevis (ou d'un foret, d'un clou) de 2 mm de diamètre environ.
Percez les languettes pour la vis de fixation avec un clou et un bon coup de marteau. Le foret, ça ne marche pas.
Agrandissez le trou directement avec la vis à bois de fixation.
Fixez les languettes pliées sur un tasseau en bois sur deux petites cales d'épaisseur pour que le graphite ne touche pas le bois.
Alignez avec le clou ou le tournevis les deux languettes d'une résistance, vérifiez l'ajustement avec la mine, cela doit rentrer en forçant légèrement.
Mettez la mine en place en la poussant délicatement par le bout. Si vous n'en cassez pas à la mise en place, vous êtes bon. J'étais nul pour la première, bon pour la seconde...
Soudez les fils aux languettes qui sont faciles à souder. J'ai pris du câble haut-parleur de 2.5 mm².

 

C'est le moment de sortir le multimètre réglé en Ohmmètre, pour vous rentre compte que vous avez 8.3 Ohms au lieu des 10.5 à 10.8 Ohms attendus et mesurés en début de montage.
Il me reste à trouver des mines entre 2H et 7H, d'ajouter au milieu une 3^e languette réglable, et je vais obtenir la valeur voulue.
À suivre...

 

Schéma de l'atténuateur :

Les résistances R4 et R5 sont en pratique le plus souvent composées de deux ou trois résistances en parallèle.
Pour les toutes petites atténuations, R5 n'existe pas.

Quand vous arriverez à un réglage à 0.2 dB prés à l'écoute, il se passera quelque chose de magique, le son devenant bon d'un seul coup.
0.2 dB n'est pas un réglage fin, sur mon filtre actif DCX 2496 de BEHRINGER, les réglages se font à 0.1 dB prés, et c'est parfaitement audible en comparaison instantanée.
Certains disent qu'il ne faut pas couper les décibels en quatre, pour moi, les découper en 5 est le minimum!!!

 

Atténuateur à potentiomètres :

Il est plus facile de tourner un bouton pour trouver la bonne valeur d'atténuation, que de souder ou dessouder des résistances.
Je conçois parfaitement que certains d'entre vous préféreront cette solution, à la mise au point et même sur un baffle définitif.
Mais un atténuateur par potentiomètre est un peu moins bon à l'écoute que deux résistances.
Et la notion "à impédance constante" n'est pas tout à fait vraie en pratique.
Quelle importance si votre baffle est au point comme cela ?

Un potentiomètre à impédance constante a 3 points de connexion.
Un point commun au HP et au filtre, et qui est le bas de la résistance R5, point noté 1 sur le schéma
Un point à une borne du HP, et qui correspond à la jonction R5 / R4, point noté 2 sur le schéma.
Un point aux bornes du filtre et qui correspond à l'entrée sur R4, point noté 3 sur le schéma.
Schéma de branchement d'un potentiomètre à impédance constante :

JMK a utilisé les atténuateurs à potentiomètre :

J'ai eu l'occasion d'en utiliser 2 paires - par commodité (du moins le croyais-je) pour la mise au point de mes enceintes 3 voies, sur le haut-parleur médium et sur le tweeter.
Jusqu'à ce que je me rende compte de 2 problèmes :

• Ces atténuateurs sont prévus pour l'atténuation de haut-parleur 8 ohms, ce qui peut être assez loin de l'impédance qu'ils ont en réalité sur leur bande d'utilisation.
  Si l'impédance du haut-parleur est située entre 7 et 8 ohms, ça peut peut-être convenir dans un premier temps, sinon c'est un peu n'importe quoi...
• Ces atténuateurs sont donnés pour fournir une impédance constante pour un haut-parleur de 8 ohms.
  J'ai constaté à mes dépens que certaines choses étaient assez éloignées des données "constructeur" et de leurs prétentions théoriques, et donc entrepris de mesurer cette fameuse impédance théoriquement constante !

J'ai donc effectué une série de mesures.

• Avec une charge de rigoureusement 8 ohms aux bornes de l'atténuateur afin de vérifier l'impédance de l'ensemble
• Mesures aux bornes de l'atténuateur pour avoir les valeurs exactes du couple (R4, R5) en continu pour commencer, et dégrossir le problème.

 

Horreur :

• L'impédance de l'ensemble varie joyeusement de 6 à 10 ohms, selon la position du bouton de réglage !!!!!!
• Le couple (R4, R5) est très loin de ce qu'il devrait être !!

Résultat: Ces bidules atténuent bien la réponse du haut-parleur, c'est manifeste à l'écoute, mais ils en déforment terriblement la réponse, avec pour résultat une courbe de réponse absolument chaotique.

À proscrire donc à mon avis pour un usage de qualité ou hi-fi.
Et à remplacer, soit par des résistances fixes, soit par des potentiomètres 10 ou 20 ohms, en les ajustant à chaque fois à l'ohmmètre à la valeur voulue pour les essais.
Le résultat n'aura rien à voir !

Vous venez de tuer proprement les atténuateurs potentiométriques...

Bien sûr, bien sûr...
Ces bidules sont des horreurs et des aberrations en hi-fi
Ça m'a fait pas mal galérer, et quel soulagement de s'en passer.
Ceci dit ils sont utilisables en résistance variable après ajustement à l'Ohmmètre, sans problème.

Ceci dit, ces bidules sont tout à fait utilisables sur des enceintes sans prétention,la musique sera là et le son sera correct.

 

Mais

Vous aurez une sonorité différente (plus ou moins) entre les enceintes droite et gauche.
Vous perdez toute possibilité d'atteindre le meilleur du haut-parleur ainsi atténué et de vos enceintes.
Si vous voulez affiner vos réglages, vous vous heurterez à des problèmes insolubles.
Si votre système source/préampli/ampli est de bonne qualité, vous aurez sans aucun doute une belle musique, mais très en deçà de ce qu'il est possible de sortir de vos enceintes.

Ceci dit, si les fabricants de ces bidules s'en donnaient la peine, ils pourraient peut-être en faire d'une qualité acceptable, sachant que ce bidule, même bien réglé, a tout de même de grosses limites, étant donné que l'impédance réelle d'un médium ou d'un tweeter est parfois assez loin des 8 ohms pour lesquels ce bidule est fait.

 

Autotransformateur :

Branchement aux deux extrémités du bobinage, sortie sur une des 23 prises intermédiaires.

Transformateur de volume à noyau de fer double C amorphe, inductance réglable à plusieurs étages, diviseur de fréquence de haut-parleur 3,5 A, 1 paire.
Transformateur de volume de haut-parleur à haute fréquence, commutateur de haut-parleur à inductance de volume réglable, inductance à 23 niveaux.

 

Dôme Acoustique