Bande passante
enceinte accoustique
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Une page où on va vous parler de la fréquence minimale qu'un haut parleur peut reproduire
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"Quelle est la bande passante de cette paire d'enceintes accoustiques?" Et la personne me montre une paire de haut parleurs à brancher sur l'ordinateur. "Est ce qu'elle peut reproduire des basses de 20Hz?"

Répondre à la question est plus difficile que cela n'en a l'air. Un vendeur vous dira: "mais bien sûr que ces enceintes peuvent reproduire toutes les fréquences de 20 à 20.000Hz, c'est indiqué sur la notice." Un client vous dira: "t'es con ou quoi? Des petites enceintes comme cà, c'est de la merde, c'est bien simple!"


Image 1:
Découpe d'un haut parleur avec en rouge vif la bobine mobile dans le champ magnétique (voice coil). Le champ magnétique est le plus intense quand la bobine est au repos, au milieu de l'entrefer.

La réponse est plus complexe que cela. Envoyons un son de 20Hz dans le haut parleur. On n'entend rien, c'est normal, pour entendre des fréquences si basses, il faut un grand déplacement d'air que ces petites enceintes ne peuvent pas produire. Et par "grand", j'en refère au déplacement d'air d'un orgue d'église.


Image 2:
Le sinus (signal électrique) qui est envoyé à l'enceinte accoustique.

Augmentons le volume. On n'entend toujours rien, jusqu'au moment où la limite du haut parleur est atteinte. Là il peut se passer deux choses: soit la membrane frappe le bord du du haut parleur et on entend un tac-tac-tac très rapide, soit la bobine grille et ca sent très fort le brulé. Généralement les deux effets se produisent simultanément.

Le but de ce test n'est évidemment pas de griller le haut parleur, mais de tester s'il peut reproduire les basses fréquence. C'est pas grave, vous avez toujours l'autre haut parleur qu'on peut tester. Envoyez un signal de 20Hz, mais avec une puissance à 50%.


Image 3:
La déviation mécanique du cône du haut parleur quand on applique le sinus (puissance de 50%).

Un haut parleur est construit de telle manière que quand le signal devient fort, la déviation de ma membrane devient moins importante, c'est une forme de compression automatique pour éviter que la membrane ne frappe le bord du haut parleur quand le signal est très fort. Quand la bobine sort du champ magnétique (entrefer) l'effet du champ magnétique devient plus faible et la bobine dévie moins pour un courant donné. Le sinus ne ressemble plus à un sinus, mais à une forme très applatie. La déformation peut être différente pour les amplitudes positives et négatives. La sensibilité de la membrane au signal électrique dépend de la déviation instantanée.

Ajoutons maintenant à cette fréquence de base un signal sur une fréquence qu'on entend très bien, par exemple du 440Hz. Il va se produire un effet bizarre: le signal de 20Hz va moduler le signal de 440Hz. En effet, le haut parleur va reproduire correctement le 440Hz au moment où la déviation de la membrane est minimale et pratiquement rien reproduire quand elle est maximale.


Image 4:
Nous avons superposé sur le signal électrique de 20Hz un signal d'une fréquence plus élevée et de faible amplitude. L'amplitude du signal électrique est constante.

Image 5:
La déviation mécanique dépend du champ magnétique, qui est moins fort quand la bobine sort du champ. L'amplitude de la fréquence élevée dépend du signal de basse fréquence.

Image 6:
On obtient une modulation du signal haute fréquence par le signal basse fréquence.

On entend un trémolo de 440Hz qui varie à la fréquence de 40Hz. Il s'agit d'une forme d'intermodulation qui apparait dans tous les systèmes non-linéaires quand on mélange deux fréquences. Dans la plupart des cas, cette intermodulation n'est pas désirée (on tente de l'éviter en haute fidélité), mais dans certains cas bien spécifiques elle est recherchée: par exemple les modulateurs (récepteurs radio,...) où on mélange deux fréquences pour en récolter les produits.

Pour mesurer rapidement les caractéristiques d'un amplificateur (linéarité), on se base souvent sur le taux d'intermodulation. C'est une mesure facile, mais il n'y a pas de standard pour la mesurer (quelle fréquence basse et haute, quelle amplitude des deux signaux).

Et pour répondre à la question: bien sûr que le haut parleur ne peut pas reproduire la fréquence de 20Hz, pourtant on peut se rendre compte de sa présence par le trémolo qui est présent (coupez le 20Hz et laissez le 440Hz et vous remarquerez toute suite la différence).


Image 7:
Le battement est un phénomène physique naturel (mécanique ondulatoire).

L'intermodulation n'est pas la même chose que le battement: le battement apparait quand deux fréquences voisines sont mélangées: parfois le son se renforce, parfois il est atténué. La fréquence du battement est la différence entre les deux fréquences. Le battement est un phénomène naturel (interférence destructive et constructive) et n'est pas causé par une distortion du signal.

Certaines marques de haut-parleur très chères et pas très bonnes (je veux parler ici de Bose) font des démonstrations avec des sources musicales adaptées pour gommer les imperfections des enceintes. C'est un fait que Bose se base sur l'écoute (de pièces musicales spécialement sélectionnées) pour vendre ses hauts parleurs et ne publie aucune courbe de réponse. Il y a 20 ans, j'ai tracé la courbe de réponse d'une enceinte Bose, et je peux vous dire que ce n'était pas fameux...

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