Speaker Design Part 1 : Thiele & Small

La récup


On m'a donné deux paire d'enceinte qui avaient l'air plutot sympa : Extraites d'une enceinte Kef, elles sont de marque DAF, et n'ont aucunes caractéristiques publiques sur le net.
J'ai décidé d'en refaire une belle paire d'enceinte hi-fi Full-range, pour faire une belle stéréo dans le garage où je vis.

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La première étape, pour concevoir une enceinte de qualité, ca va être de determiner quelles bande de frequences attribuer aux haut-parleurs.
J'ai deux DAF SP1576, qui ont l'air concu pour reproduire des frequences graves, et deux haut parleurs coaxiaux sans références, qui sont déjà équipé d'un filtre passif a leur dos. Super, du taf en moins !

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Faut commencer par le début


Pour une belle reproduction des basses je vais avoir besoin de simuler différentes enceintes avec le DAF. Pour faire ça il me faut ce qu'on appelle les paramètres Thieles/Small, ou T&S de cette enceinte.
C'est un tas de caractéristiques electro-acoustiques qui résume les propriétés d'un haut-parleur.
Par exemple, les plus signifiants :

Vas : Volume d'air équivalent à la raideur de la suspension du haut-parleur. Plus il est élevé, plus l'enceinte devra être volumineuse pour un bon rendement.
Fs : Fréquence de résonance naturelle du haut-parleur. Détermine en partie les graves reproduits (ex. : Fs basse = potentiel pour des basses profondes).
Qts : Facteur de qualité total. Indique le contrôle du mouvement à la résonance :
Qts élevé (> 0.4) : Adapté aux enceintes fermées (basses moins puissantes mais plus naturelles).
Qts bas (< 0.4) : Adapté aux enceintes avec évent (basses plus marquées).
Xmax : Course maximale linéaire de la membrane. Plus il est élevé, plus le haut-parleur peut produire de graves puissants sans distorsion.
Sd : Surface effective de la membrane. Une grande surface (Sd élevé) déplace plus d'air, idéal pour les basses.
Sensibilité : Volume produit (en dB) avec 1 watt à 1 mètre. Une sensibilité élevée (> 90 dB) = son plus fort avec peu d’amplification.

Pour mesurer ces paramètre sur mon haut parleur, je vais utiliser le logiciel REW
Plus spécifiquement, je vais utiliser sa fonctionnalité de mesure d'impédance Cette vidéo complète élégamment la documentation de REW.
Par exemple, ce schéma tiré de la doc est incomplet, il oublie de préciser la polarité des deux premiers câbles.
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Une version corrigée serait celle-ci :
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C'est dégueu mais ça marche


Je me suis donc empressée de bricoler un tas de câble et de resistances pour mesurer ça.
Voilà a quoi ressemblait mon petit setup :

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On admirera la qualité des wago, duponts, jack cassés et des torsades diverses

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J'ai utilisé une résistance de 220 Ohm pour le circuit et la sortie casque pré-amplifiée de ma carte son.
Ensuite vient la calibration sur le logiciel. Je vous épargne les captures d'écrans, mais après avoir renseignés la config et la valeur de la resistance, il y a 3 étapes à la calibration :

- Calibration en circuit ouvert

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On débranche les croco du speaker, et on les laisse se balader.
La le challenge c'est de régler manuellement les gains des entrées de la carte son pour avoir moins de 1% de diff de gain entre les deux, pour que la mesure soit bien calibrée.

- Calibration en circuit fermé

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On branche les croco entre elles, ce qui devrait normalement annuler tout signal sur l'input de mesure, hors bruit.
Ca permet de verifier que toutes les polarités sont bien cablées dans notre circuit et que tous les contacts se font bien.
Etonnament, ca à pris quelque temps sur mon tas de wago et de cables éclatés.
Mais après quelques fumées de cerveau, j'avais un bon résultat.

Astuce : Pour ne pas avoir a relancer la calibration a chaque vérification du circuit, c'est plus facile d'ouvrir le moniteur de niveau de REW ainsi que son générateur de signal côte à côte.
On peut alors plus facilement brancher, débrancher chaque câble jusqu'a bien avoir l'annulation de le mesure sur l'input principale.

- Calibration avec une impédance connue

Là, on va avoir besoin d'une deuxième résistance avec une valeur dans la même gamme que l'impédance nominale du haut-parleur.
Perso, j'ai pris une résistance de 10 Ohm.
Plutot simple, on chope chaque coté avec les croco de mesure, on lance la calibration, et c'est fini !

La mesure


On peut enfin rentrer dans le vif ! On rebranche le haut-parleur posé bien à plat, on lance la mesure d'impédance.

Et voilà le résultat :

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Sympa non ?
Mais ce graphique seul, on en fera pas grand chose. Pour calculer les T&S on va avoir besoin d'une autre mesure, en ajoutant une masse à la membrane !
Ca va permettre à REW de savoir de quelle force dispose le haut parleur, en regardant a quel point il galère a bouger cette masse.
J'ai pris un rond de plastique d'a peu près le diamètre du cache-poussière, mais n'importe quel truc a peu près rond qui fasse moins de 100g fait l'affaire.
Mon rond de plastique fait 6,3g.

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Ca devrait donner un graph similaire mais avec un impédance globale plus haute (normal, le haut parleur a un effort de plus a fournir)

Dernier petit détail : il faut que je mesure la résistance en courant continu du haut parleur.
Et petit coup de multimètre et tout roule.

Je lance ensuite l'outil de calcul des TS de REW, je lui donne mes deux mesure, la masse de mon rond de plastique, et le diamètre de la membrane.
On peut aussi lui donner la température de la pièce si on est tatillon.
Et voilà le résultat :

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Sympa non ? On se retrouve au prochain épisode pour la simulation du HP et le choix d'une charge !
UwU