Page 5 : CHOIX DU HAUT-PARLEUR GUITARE

Le choix du haut-parleur guitare est aussi important que tout ce qui le précède (guitare & ampli). Ainsi le meilleur ampli et la meilleure guitare au monde ne pourront sonner, si HP & caisson sont inadaptés ou de mauvaises qualités. Cela signifie aussi qu'un ampli de moins bonne qualité pourra mieux sonner...
Attention ! voir sécurité & recommandations avant une intervention.

DIFFERENCES AVEC LE HAUT-PARLEUR HI-FI :
La différence est d'abord dans l'approche, il ne s'agit pas de reproduire aussi fidèlement que possible un enregistrement, mais d'apporter une modification sonore adéquate d'un instrument de musique. La bande passante produite n'a pas besoin d'être aussi large et aussi plate qu'en hifi, notamment dans les aigus (2kHz à 6kHz). Cela apporte une couleur sonore. Le MI-grave a une fréquence de 82Hz et la note le plus aiguë se situe vers 1kHz, au-delà ce sont des harmoniques produites par la guitare, jusqu'à environ 10khz. Mais la principale différence du HP guitare est dans l'apport supplémentaire de chaleur (distorsion harmonique). Ainsi un amplificateur très chaud à fort gain, n'a pas besoin d'un HP aussi chaud que celui utilisé dans un amplificateur vintage.

CONSTITUTION :
Un haut-parleur pour ampli guitare doit résister à de fortes pressions acoustiques, c'est pourquoi leurs aimants, qui constituent la partie motrice, sont importants et la suspension de la bobine mobile sous la membrane (le spider) est plus ou moins rigide. La suspension de joint entre la membrane et le saladier, est suffisamment rigide pour exercer une force de rappel nécessaire de façon à pouvoir fonctionner en caisson ouvert.
Des avancés on put être réalisé grâce aux progrès de tous les matériaux le constituant : métaux, matériaux magnétiques, polymères (colles), etc...

Le choix de l'aimant et des membranes, procure des couleurs de son différentes selon les matériaux utilisés.
Matériaux magnétiques par ordre de chaleur : Alnico, Néodymium, Céramique.
La courbe ci-dessus montre la saturation du champ magnétique B en fonction du "courant" magnétique H, pour un Alnico5. La courbure de saturation est très similaire à celle des tubes. L'Alnico5 est aussi utilisé dans les micros guitares...
Matériaux de membranes et tube mobile par ordre de chaleur : Papier, Kapton, Alu,...
Ainsi la chaleur sonore du haut-parleur est dut aux matériaux magnétiques et aussi au choix de ses membranes. L'un pouvant rattraper le manque de chaleur de l'autre.
Mais ce n'est pas la seule explication, un HP guitare capable d'apporter de la chaleur au son, est conçue pour pouvoir travailler en zone non linéaire. Cela est réalisé au niveau du moteur électromagnétique, via la bobine. Il y a moins de spires dans l'entrefer. La formule d'induction donne : d/dt = U / N, avec = flux traversant 1 spire, U= tension aux bornes de la spire et N= nombre de spires. Ainsi pour un U fixé, et à une fréquence donnée, si N diminue, alors la saturation du flux est accentuée.

RACCORDEMENT :
Le raccordement du haut-parleur est primordial, car la moindre impédance parasite influe sur la réponse de votre système. Le choix du câble sera de préférence bifilaire de forte section, 1.5mm2 à 2.6 mm2 et son alliage sera de préférence en cuivre, voire en cuivre désoxygéné pour les fortes longueurs. On veillera à respecter la polarité si l'on désire éviter un déphasage.

- Le câblage de plusieurs HP en SERIE ajoute l'impédance de chaque HP.
Exemple: 3 HP en série de 4R chacun, donne 12R de charge totale.
Ce câblage est à éviter si vous voulez garantir la sécurité de la charge de l'amplificateur, cas où par accident un des HP lâche.

- Le câblage de plusieurs HP en PARALLELE divise l'impédance totale par le nombre de HP.
Exemple: 3 HP en parallèle de 15R chacun, donne 15/3 soit 5R de charge totale.

- Le câblage de 4 HP de même impédance chacun, en SERIE et PARALLELE est la configuration la plus avantageuse sur bien des plans. L'impédance totale est celle d'un seul HP.
Exemple: 4 HP en Série / parallèle de 15R chacun, donne 15R de charge totale.
Autres avantages :
- La superposition de la réponse en série à celle en // bien que légère, est existante.
- Enfin la possibilité d'utiliser 2 paires de HP différents, de préférence complémentaire en fréquence. Une paire qui favorisera les basses, une autre les aigus, ou alors, des paires de chaleurs différentes, pour un résultat optimal. La disposition sera de préférence en X, afin d'éviter le couplage de 2 HP identiques... On veillera à ce qu'ils soient compatibles en niveau sonore et Vb. (voir exemple de compatibilité ci-dessous)

Remarque : si vous avez 2 vraies sorties de puissance, le câblage en STEREO est intéressant. Les HP sont alors séparés en deux voies distinctes, avec de préférence un minimum de couplage.

Son remplacement :
Le type de haut-parleur permet de déterminer un son plutôt clair, polyvalent ou saturé.
En cas de remplacement il faudra respecter l'impédance et la puissance admissible.
Une impédance plus forte que celle prévue par l'amplificateur, n'a pas de conséquence majeure, et ne provoquera qu'une très légère perte de puissance ainsi qu'une perte dans les aigus. Par contre une impédance plus faible que celle prévue risque de griller le transformateur de sortie. La puissance, Pe, d'un HP doit toujours être supérieur à celle de l'ampli. Un Pe élevé éloignera le seuil de saturation du HP. Un HP neuf nécessite une période de rodage pour s'assouplir. Le SPL crête dépend de Pe, mais aussi de SPL. Donc attention à la compatibilité de niveau acoustique en cas de rajout de HP ou caissons.
SPL crête = 10*LOG(Pe) + SPL, avec Pe en W et SPL en dB/W/m.

Exemple de compatibilité : Eminence Legend GB12 à un SPL crête = 10*LOG(50) + 101 = 117 dB, et Celestion G12T75 à un SPL crête = 10*LOG(75) + 97 = 116 dB. De plus, les paramètres Vas et Qts sont très similaires, ce qui permet un caisson en commun.

PARAMETRES:
SPL = efficacité acoustique du HP, en dB/1W/1m.
Pe = puissance électrique du HP, en Wrms.
Bande passante (+ ou - 3 dB) : réduit toujours celle de l'ampli. On passe de 40Hz-10kHz à 60Hz-8kHz. Sa réponse fréquentielle à une caractéristique plus élevée dans les aigus (entre 2kHz et 4kHz), à l'exception de certaines gammes professionnelles (voir courbe de réponse et sensibilité).
Re = résistance DC de la bobine mobile < Z nominal, en ohm.
Le = inductance de la bobine mobile mesurée à 1kHz, en mH.
Mms = masse (en gm) de l'équipage mobile, membranes et sa réactance de rayonnement de l'air, et bobine mobile. Il doit être faible pour un bon rendement.
Mms = 1/(((2*PI*Fs)^2)*Cms)
Rms = toutes les pertes mécaniques (pertes par frottement internes des suspensions, pertes par rayonnement acoustique de la membrane, etc.), en N*s/m.
Cms = compliance des suspensions des membranes (spider et suspension périphérique), qui représente l'effet ressort. La compliance CMS est l'inverse de la raideur des suspensions, s'exprime en mm/N. CMS = 1 / Mms*(2*PI*Fs)^2 , ou encore :
Cms = Vas / (p0*v^2*Sd^2) , avec p0=1.18 kg/m^3 densité de l'air et v=344 m/s, vitesse du son à l'ambiante..
Fs = fréquence de résonance du HP à l'air libre, où l'impédance augmente à Zmax. Fs est un indicateur pour les basses, en Hz. Fs = 1/(2*PI*(Mms*Cms)^(1/2))
Vas = volume d'air équivalent à l'élasticité de la suspension, Cms. Il varie en fonction de la température et de l'humidité. Vas=140000*Cms*Sd^2, avec Sd en cm^2, Vas en litres.
Vd = volume d'air du cône en mouvement, Vd=Xmax*Sd, en litres.
Sd = surface effective du cône, en cm^2, avec Sd proche de PI*R^2, avec R=D/2 et D=diamètre du cône.
Xmax = déplacement linéaire (crête) de la bobine dans l'entrefer dans une direction, en mm.
Xmech= c'est le déplacement linéaire crête à crête, le double de Xmax si le HP est conçu pour la Hifi.
BL = flux de densité magnétique B dans l'entrefer avec une longueur L, de fil de bobine. Un BL élevé signifie une efficacité élevée. Il représente le moteur du HP, la force (en N) pour déplacer le cône par unité d'intensité, s'exprime en Wb/m ou T*m.
Qes = facteur de qualité Q électromagnétique ou électrique, à la résonance.
Qes =(Re/BL^2)*(Mms/Cms)^(1/2)
Qms = facteur de qualité Q mécanique à la résonance.
Qms = (1/Rms)*(Mms/Cms)^(1/2)
Qts = (Qes*Qms)/(Qes+Qms) ou 1/Qts=1/Qes+1/Qms, Qts est le coefficient de surtension total du haut-parleur.

Paramètres calculés:
SPL crête = 10*LOG(Pe) + SPL, avec Pe en W et SPL en dB/W/m.
Vb = volume interne du caisson, Vb = Vas / ( (Qtc/Qts)^2 - 1), en litres.
Fc = fréquence de résonance en caisson, Fc > Fs, mais avec une impédance < Zmax.
Fc = Fs*Qtc/Qts=Fs*sqrt((Vas/Vb) +1), en Hz.
Qtc = total Q incluant le caisson, Qtc=Qts*sqrt((Vas/Vb) +1).
Facteur Q de qualité du système total: (Q total = Qts ou Qtc suivant le cas)
0.6< Q total < 0.707, très précis, bonne réponse des bass, tenue en puissance correcte.
Q total = 0.707, compromis optimal entre précision, réponse des bass et tenue en puissance.
0.707< Q total <0.8, précision et réponse des bass correct (avec pic), bonne tenue en puissance.
0.8< Q total <1.1, moins précis, réponse des bass assez correct (avec pic), très bonne tenue en puissance.
BL/Mms = accélération par unité d'intensité, doit être élevé pour une bonne définition, en T*m/kg ou m/s^2/A (unité SI).
EBP = Fs/Qes = efficacité en largeur de bande produite. Plus il est faible plus le HP aura besoin de travailler en caisson. En ouvert, EBP > 50 et 0.6 < Qts < 0.8
N0 = référence d'efficacité du HP, en dB/1W/1m, N0*100 représente le rendement %.
N0 = 4*PI^2/v^3*Fs^3*Vas/Qes, Vas en m^3, v=344 m/s, vitesse du son à l'ambiante.
Rendement total = 10*LOG(N0) + 112, en dB, le 112dB est la référence d'un HP idéal mesuré à 1m.

COMPARATIF :
Entre les principaux HP guitare Celestion, Fane, Electro-voice, Eminence et Jensen...
(optimisation des paramètres calculés...)

LE CAISSON GUITARE, SONO, HI-FI :
Qu'il soit ouvert ou fermé, le choix de ses matériaux, de sa forme (avec ou sans angle), de son volume Vb choisi à partir du Qt désiré, et de ses dimensions est primordial.
Petit aparté "acoustico-culturel" de la proportion dorée ... (voir aussi Théorie constructale d'Adrian Bejan : elle permet de définir la forme optimale de n'importe quel objet : un rêve d'ingénieur ! Elle est aussi une nouvelle lecture des formes crées par la Nature...)

La proportion dorée :
Elle est aussi appelée proportion divine, ou nombre d'Or. Il codifie un rapport d'harmonie que l'on retrouve chez tous les êtres vivants (végétaux, animaux, humains). Or, harmonisation signifie équilibre des forces, complémentarité et interpénétration. Les exemples sont multiples et variés : rythme de croissance de la vie, rythme de développement spiralé des feuilles autour de la tige, progression en spirale d'une ammonite fossile... L'esprit de respect des proportions de la Nature, se retrouve dans les applications acoustiques de hautes qualités et dans les constructions anciennes de part le Monde: temples, pyramides, théâtres, cathédrales,... Sa modélisation mathématique est plus récente. C'est au moyen âge que Fibonacci, propagandiste en pays chrétiens des chiffres indo-arabes, inventa la série qui porte son nom et qui tend vers le nombre d'Or, noté . Les propriétés mathématiques de sont remarquables. En m'inspirant de la définition d'Euclide (III siècles av.J.-C.), il permet de diviser une longueur en 2 segments les plus inégaux qui soient, S + s, de telle sorte que le rapport entre le plus grand et le plus petit soit égal au rapport entre la somme des 2 et le plus grand. Soit S > s, S / s = (S + s) / S = . Remplaçons par , on obtient 1+ 1/ = , ou encore ^2 - - 1 = 0, cette équation a alors pour unique solution positive = (1+sqr5)/2, soit environ 1.618...le nombre d'Or. D'un point de vue angulaire il correspond à 360°/Phi soit environ 137.5°. On peut aussi le définir comme le plus irrationnel des nombres irrationnels, d'où son intérêt en acoustique et dans le "vivant".
Applications de en caisson ou salle d'écoute forme similaire :
Il s'agit de minimiser les résonances acoustiques internes du caisson sur ses 3 axes, surtout celles < 1kHz. Les fréquences, F, entre 2 faces // sont de la forme: F = k*v / (2*d), avec v=344 m/s, vitesse du son à température ambiante, d=distance entre les 2 faces à parcourir en aller/retour par l'onde acoustique, k est un entier positif correspondant à l'ordre harmonique. Il est clair que pour éviter les concentrations de résonances, on à intérêt à ce que, d, soit le plus irrationnel possible, d'où .
Voici 3 exemples de répartitions des écarts de résonances pour 59 litres (2 bons et 1 affreux) :

Fichier de calcul Excel avec graphes des modes de répartitions pour caisson ou salle d'écoute rectangulaire, à télécharger.

"La musique est au temps ce que la géométrie est à l'espace, autrement dit, le dessin dans le Temps." Francis Warrain

Les vibrations :
Elles apparaissent à fort volume. Ce sont des vibrations mécaniques basse fréquences transmise par le saladier à la face avant du caisson. Cela arrive quand le saladier n'est pas assez rigide (matériau et épaisseur du saladier) ou quand le joint de fixation du HP est trop souple, ce qui provoque un contact direct des vibrations du saladier à la face avant. Pour éviter ce problème, on pourra rajouter au joint existant, un joint supplémentaire absorbant.
Les vibrations peuvent aussi venir du manque de rigidité de la face arrière, on pourra alors la renforcer par des armatures en bois par exemple.

Matériaux du caisson :
Il est trés conseillé de suivre les principes de bases d'acoustique. Eviter si possible d'utiliser le même matériau sur 2 faces principales en //. C'est le même principe qu'en salle d'écoute : la partie émettrice sera en matériau dense, la scène, là où sont placé les amplis et instruments ; la partie réceptrice, fond de la salle, sera en matériau absorbant. Dans le cas du caisson, la face avant sera plutôt dense (en médium), le panneau arrière sera plutôt absorbant (en aggloméré). Les faces intermédiaires pourront être en médium ou latte...
On peut utiliser de la mousse ou absorbant acoustique pour amortir les résonances, mais en très faible surface, pour ne pas perdre en rendement et couleur. Le mieux est de s'en passer, si possible.

En caisson ouvert l'idéal est de placer le combo contre un mur (partie émettrice de la salle de concert) à la distance optimale calculée, pour minimiser les résonances..

LES FABRICANTS DE HP GUITARES :



REPARATION :
La durée de vie d'un haut-parleur guitare à puissance nominale est plus courte qu'en hi-fi en moyenne de 5 à 10 ans. Sa réparation consiste à remplacer tous les éléments le constituant, autre que le saladier et l'aimant. Le choix du kit d'origine est primordial. Par exemple, un dôme central inadéquat, modifiera la réponse en fréquence dans les médiums... En région parisienne le réparateur/fournisseur de kit est H.P.Services à Vitry sur Seine.

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