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Choisir ses composants

Préambule

Avant d’attaquer la lecture de cet article il peut être utile de relire l’article sur le fonctionnement des filtres passifs  si vous en ressentez le besoin.

Choix d’une Self ou Bobine

C’est le composant qui pose le plus souvent problème et pour lequel on s’interroge le plus.

Une bobine est généralement composée d’un fil de cuivre  enroulé sur lui même. Ce fil est verni pour éviter le court-circuit entre les enroulements car ce sont ces enroulements autour d’un noyau qui rendent le fil inductif.

La résistance interne

Plus on voudra que la valeur de l’inductance soit élevée plus il faudra d’enroulement et donc de longueur de fil mais ces longueurs de fil n’auront pas une résistance nulle.

La valeur de cette résistance sera appelé résistance interne, souvent notée « DCR » sur les notices anglo-saxonnes.

Cette résistance interne à la self va se trouver sur le trajet du signal et pourra, par exemple, se trouver en série sur un haut-parleur de grave.

Elle aura pour effet (sur le plan électrique) de désamortir le haut-parleur, notamment en modifiant le coefficient de surtension électrique (Qes) du haut-parleur.

Ce Qes entre dans le calcul du coefficient de surtension total (Qts) qui lui même entre dans les formules de calculs de charge/alignement des haut-parleurs comme le volume d’une enceinte bass-reflex.

Le calculateur en ligne de Dominique Petoin intègre ce paramètre, je vous invite à faire quelques simulations avec pour en visualiser l’impact.

http://www.petoindominique.fr/php/mysql_menu.php

En outre une résistance en série au haut-parleur va l’atténuer et dégrader le facteur d’amortissement de l’ampli. Ce que reproche, entre autres, les détracteurs des filtres passifs vis à vis des versions actives.

Quel noyau ?

On rencontre très fréquemment les selfs dites à air. En effet leur noyau n’est représenté que par de l’air.

Ces selfs sont difficiles à saturer et sont souvent privilégiées par les audiophiles.Néanmoins pour avoir une résistance interne faible il faudra utiliser du fil de gros diamètre.

C’est pourquoi une self à air avec inductance élevée et de faible résistance interne demandera beaucoup de cuivre, elle sera donc très chère et plutôt encombrante.

Les selfs dites à ferrite sont également très populaires . La mise en place d’un noyau ferreux au centre de la self  permet d’augmenter la valeur de l’inductance à nombre de d’enroulement et diamètre de fil égal par rapport à une self à air.

Remarque : ne fixez jamais une self à air avec une vis métal qui passerait par son centre car vous modifieriez sa valeur.

Le noyau ferreux permettra donc de faire une valeur d’inductance plus élevée avec moins de cuivre. La résistance interne sera alors plus faible et la self sera bien plus économique.

Le revers de la médaille est une fragilité accrue (le noyau peut casser si on fait tomber la bobine) et ce noyau est « saturable », on peut craindre une altération du signal à forte puissance.

En pratique si on la dimensionne suffisamment bien et pour une utilisation domestique cela ne devrait pas poser de problème et vos haut-parleurs poseront sûrement problème avant la bobine mais elles sont moins appréciées des audiophiles.

Quel type de fil ?

A fréquence élevée il est décrit un phénomène électromagnétique nommé « effet de peau ». Pour faire simple le courant n’aurait tendance qu’à circuler en surface des conducteurs.

C’est pourquoi vous trouverez des selfs avec plusieurs fils tressés ou des selfs à ruban qui augmentent fortement la surface du conducteur par rapport à un fil cylindrique unique. Ainsi à fréquence élevée l’effet de peau sera limité. Néanmoins dans l’utilisation que nous en avons on ne peut pas vraiment parler de hautes fréquences, au mieux on est de l’ordre de quelques kHz. Est-ce vraiment sensible ?

Il faut savoir aussi que les selfs sont sujettes à des vibration lors du passage d’un fort courant. Les fabricants vous proposerons donc également des selfs imprégnées sous vide qui vont limiter ces vibrations.

De par leur conception, là encore, les selfs à ruban auront un avantage.

Une chose est sûre il faut au moins un bobinage sérieux et bien serré.

Le fabricant Mundorf a publié sur son site une étude réalisée par le magazine allemand Hobby Hifi à ce sujet

vibration of coils

Cas pratiques

Si les valeurs de résistance interne sont indiquées sur le schéma du filtre que vous voulez réaliser essayez de respecter au mieux ces valeurs, le concepteur ne les a pas forcément indiquées par hasard.

Une self en série sur un haut-parleur destiné à faire du grave :

Il faut privilégier (sauf cas particuliers) une DCR basse mais veillez à respecter une cohérence budgétaire entre le prix des haut-parleurs et celui des composants.

En général privilégiez une self dont la résistance interne ne dépasse pas 0.35 ohms.

Si le budget le permet et que le modèle existe préférez une self à air.

Si le budget est serré optez pour une self à noyau ferrite mais restez sur une self bien dimensionnée, personnellement je ne descend jamais sous les 1mm de diamètre dans cette utilisation.

Une self série à un medium

La première chose à faire est de regarder sur le schéma du filtre s’il se trouve une résistance (le composant cette fois) sur le trajet du signal et en série à cette self (souvent pour atténuer le dit haut-parleur de medium).

Si oui alors la DCR ne sera pas vraiment le problème. Par exemple si vous avez une résistance en série de 4.7 ohms vous pouvez opter pour une self avec 0.8 ohms de DCR et remplacer votre résistance par une 3.9 ohms, la somme des deux nous donnant les 4.7 ohms requis.

Privilégiez une bobine plus évoluée sur le plan technique (cf le passage « Quel type de fil?), c’est aussi l’occasion de vous pencher sur les selfs à ruban ou multibrins par exemple.

Une self parallèle

On dit souvent que la qualité des composants en parallèle est moins importante. Néanmoins il y a quand même des règles à respecter.

Comme expliqué précédemment s’il y a une résistance en série à votre self, comme un circuit RLC par exemple, vous pouvez déduire la valeur de la DCR à celle de cette résistance afin de choisir une self plus économique et moins encombrante.

Par contre il faut prêter attention aux selfs parallèles lorsqu’elles entrent dans la composition d’un filtre passe haut. En effet la valeur de la résistance interne peut modifier la forme de la courbe, en particulier son « roll off », et affecter également un peu la courbe de phase.

Voici un exemple de trois courbes avec le même schéma de filtrage, en l’occurrence il représente la fonction de transfert du filtre passe haut du projet Prima.

La seule chose qui change est la résistance interne de la self parallèle.

FT selon DRC

Bref : suivez bien les indications du concepteur, ou intégrez bien la valeur dans votre simulation de filtre. Si vous n’avez aucune information, privilégiez une valeur de DCR basse, comme pour une self série.

 Choix d’un condensateur

Quelle technologie ?

Il y a différentes technologies de condensateurs mais on utilisera toujours des condensateurs non polarisés.

Les plus utilisés pour un filtre passif audio sont les condensateurs à film, et plus particulièrement ceux à film polypropylène nommés MKP. Ce sera ceux à privilégier dans la plupart des cas.

Il existe d’autres types d’isolant pour les condensateurs plus haut de gamme mais qui coûteront bien plus cher : etain ou papier huilé par exemple.

Ceux là seront à la limite réservés aux condensateurs placés sur le trajet du signal, le plus souvent en série aux tweeters, mais il faudra toujours rester raisonnable par rapport au prix de l’ensemble. Et surtout avant d’investir une fortune, assurez vous que votre schéma de filtre est irréprochable.

Je ne rentrerai pas dans la polémique du « est-ce que ça s’entends? » ou « est-ce que ça vaut le coup/coût? » ou « pourquoi que sur le trajet du signal? ». Je n’ai de toute façon pas la réponse, en tout cas pas de manière documentée scientifiquement.

Tony Gee sur son site humblehomemadehifi avait publié un grand test comparatif, vous pouvez y jeter un oeil si cela vous intéresse, ce sont des tests purement subjectifs, ça vaut ce que ça vaut.

http://www.humblehomemadehifi.com/Cap.html

Souvenez-vous simplement qu’une self mal choisie peut modifier les caractéristiques d’un filtre, ce n’est pas vraiment le cas lors du choix d’un condensateur, on parlera simplement de « gamme » et là il faut raisonner ses choix en fonction du prix et de la cohérence avec l’ensemble.

Pour baisser le coût certaines personnes associent plusieurs condensateurs pour faire une valeur, en y mettant un MKP de base associé à un condensateur plus haut de gamme de faible valeur (moins cher).

Si on est dans une optique de réduction des coûts il faut d’abord s’intéresser aux condensateurs placés en parallèle. Il existe aujourd’hui des MKP à prix très raisonnables mais parfois on peut trouver des MKT (film polyéthylène) moins chers, le gain ne sera pas énorme.

Et les chimiques ?

Pour les fortes valeurs en parallèle, par exemple sur un filtre de haut-parleur de grave d’une trois voies, on peut facilement atteindre des 47uF ou plus. Dans ces conditions on peut utiliser des condensateurs chimiques (non polarisés !) qui ne coûtent presque rien. Pour faire les essais de filtre ça peut être pratique sans se ruiner.

Ils ont aussi l’avantage d’être bien plus compacts que les MKP !  En effet plus un condensateur est haut de gamme et plus il est gros en général !

Ils ont la sale réputation d’être moins solides dans le temps, néanmoins ça tient quand même pas si mal. Si vous êtes adeptes d’enceintes Vintage et que vous souhaitez restaurer le filtre intéressez vous en premier à ces condensateurs chimiques (s’il y en a). Un condensateur rincé ne rendra plus le même service ce serait dommage.

Quelle tension de service ?

Pour vous donner un ordre d’idée 100 watts RMS dans 8 ohms c’est environ 28volts RMS. (P = UxI = U²/R ; U = Racine (PxR)) , ou presque  40volts crête à crête.

Les premiers MKP sont souvent en 250 volts. Pour les chimiques ne descendez pas sous 100v, sauf dans les applications à forte puissance. Pour vous rassurer regardez la tension de service des condensateurs d’alimentation de votre ampli. Vous verrez qu’on est large !

Plus la tension sera élevée plus le condensateur sera gros…et cher, il y aura en effet plus d’isolant. De la à penser que les versions 630v seront meilleures que les 250V…

Le plus répandu reste les MKP 400V.

Choix d’une résistance

C’est encore plus facile.

Les résistances céramiques (dites type « sucre » à cause de leur forme) sont très utilisées mais certains préféreront utiliser les résistances métaloxyde (MOX).

Personnellement j’évite les MOX pour une bête raison pratique c’est que la valeur est indiquée via le code couleur à anneaux. A moins d’être bien familiarisé avec ce code couleur si vous avez comme moi une boite pleine de composants pour vos essais on a vite du mal à s’y retrouver.

Il existe d’autres types de résistances plus haut de gamme mais là encore je ne préfère pas entrer dans le débat de l’utilité de ce genre de résistances je vous laisse juger.

La question qui se pose souvent sur les résistances est la puissance. On trouve des 4watts, 5 watts, 10 watts, 20watts…

La plupart du temps, pour des enceintes à usage domestique, ce sont les 10watts qui sont utilisées. Si on veut augmenter la puissance admissible il suffit de coupler plusieurs résistances entre elles.

Règles d’association des composants

Nous l’avons abordé plus haut il est possible d’associer plusieurs valeurs pour obtenir celle désirée.

Composants en série entre eux

L = L1  + L2

C = (C1xC2)/(C1+C2)

R  = R1+R2

Composants en parallèles entre eux

L  = (L1xL2)/(L1+L2)

C = C1+C2

R = (R1xR2)/(R1+R2)

NB : On évite souvent de mettre les composants en série pour faire la bonne valeur, sauf dans le cadre de la mise au points et des essais de filtrage sur prototype. Pour ajuster une valeur de self qui n’existerait pas on peut sacrifier une self de plus forte valeur et la débobiner jusqu’à obtenir la valeur désirée. Il faut bien sûr disposer de quoi les mesurer.  

Pour finir voici une petite photo d’un échantillon de quelques composants que j’ai déjà utilisés ( et qui ont déjà bien vécu).

composants

Cédric B. (Kro)

J’ai mis le doigt dans l’engrenage lorsque j’étais étudiant en achetant mon premier matériel hifi-homecinema. Mon budget restreint, mes diverses rencontres dans la région lyonnaise, et surtout ma cursiosité m’ont rapidement poussé à chercher « comment ça marche » et à mettre les mains dans la soudure. Mon métier est vétérinaire et ma formation a peu de chose à voir avec l’audio. J’ai longtemps été animateur puis modérateur sur le forum du site www.homecinema-fr.com et c’est en grande partie grâce à internet que j’ai pu progresser et apprendre dans le domaine de l’audio. Si j’ai souhaité créer justdiyit c’est pour transmettre à mon tour, et à mon niveau, tout ce que la communauté DIY a pu m’apprendre et continue à le faire chaque jour. Alors quand Guillaume m’a proposé de s’occuper du support je n’ai pas hésité !

13 réflexions sur “Choisir ses composants

  • agno

    Hi Cédric,

    Bon article, comme toujours!
    Concernant les R sur woofer ou mid-woofer (en général //), mieux vaut choisir toujours une 20w, ça coûte quelques dizaine de centimes de plus mais au moins est-on certain qu’elle ne chauffera pas.
    🙂

    Répondre
  • Bonjour,
    A propos des composants en parallèle, vous écrivez :
    R = (R1+R2)/(R1xR2)
    J’ai sursauté !
    Les autres formules ont également besoin d’une petite correction…
    Cordialement
    Alain

    Répondre
    • Bonjour,

      Merci pour votre attention.
      1/R = 1/R1+1/R2= (R1+R2)/(R1xR2). J’en suis resté à 1/R et ai oublié d’inverser : jolie coquille !
      C’est maintenant corrigé !

      Bien à vous

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  • Hallo Cedric,
    ich habe mir sehr viele Artikel Deiner Seite übersetzt. Alles ist sehr lehrreich und zeugt von großem Wissen.
    Ich gratuliere zur ausführlichen und interessanten Darstellung. Eventuell könnte noch etwas zur Anordnung der Spulen hinzugefügt werden. Auf der dänischen Internetseite von Troels Gravesen gibt es dazu interessante Beispiele:
    http://www.troelsgravesen.dk/coils.htm

    Gruß
    Wolfgang

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  • Yannick Ayrole

    genial, il me manquait des renseignements, chapeau pour l’article

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  • millieroux benoit

    bonjour j ai remplacé le 15 pouces de mes wharfedle vs 15 par un bien plus puissant celestion ftr 15 DE 400 watts rms et malgré la lecture de differents articles je ne comprends pas ce qu il faut changer a mon filtre pour augmenter sa puissance admissible afin de pouvoir supporter la puissance requise pour le nouveau hp sur la voies du 15 pouces j a i visiblement une grosse self et un condensateur 205j 250 volts entre la voies du 15 pouce et du PIEZO et sur la voie du piezo il y a une plus pettite self et deux resistances dit sucre une 10W10RJ et une 15W3R3J pouvez vous m eclairer merci mes cordiales salutations

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    • Bonjour le condensateur de 250volts ne devrait pas poser de problème. Si la grosse self est à air non plus.
      Pour les résistances passer sur des modèles avec puissance supérieure, peut être doubler cette puissance admissible.

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  • Christophe

    Super article, très intéressant !
    Peut être allez vous pouvoir m’aider : sur mes Elipson 4240, j’ai changé résistances et condensateurs, vieux chimiques, par du neuf MKP. Mêmes valeurs, comme il faut. Pourtant, j’ai depuis une forte atténuation sur le haut médium et aigu, si bien que je dois corriger avec les boutons de l’ampli ….
    Par contre, le niveau d’extrême grave est bien remonté, comme il faut.
    J’avoue que je ne comprend pas pourquoi. Serait ce les ESR des condos ?
    Je suis un peu perdu, je ne sais pas par où chercher ..
    Merci pour votre aide !

    Répondre
  • Pinondelle

    Que faut t’il faire attention lors de l’achat d’un filtre par rapport au haut parleur ?
    Ohms / watts ou fréquence je sais pas trop ce qu’on doit respecter pour que les enceintes fonctionnent bien avec le filtre ?
    Pouvez vous m’aider

    Répondre
    • Bonjour,

      il vaut mieux éviter les filtres tout faits qui ne seront pas forcément adaptés à votre projet. L’idéal étant de dessiner un filtre sur mesure après mesures et simulation du filtre.
      Si cela n’est pas possible il vaut mieux se tourner vers des kits optimisés qu’il suffira de copier.

      Répondre
  • Alonanga

    Génial j’en ai encore besoin je suis débutant

    Répondre

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