TP n°3 Conception d`une enceinte active 2 voies

TP n°3
Conception d'une enceinte active 2 voies
1. Introduction
La majeure partie des enceintes acoustiques disponibles dans le commerce utilisent plusieurs hautparleurs, chacun spécialisé dans la reproduction d'une partie du spectre audio. Le boomer (ou
woofer) est conçu pour reproduire la partie la plus basse du spectre, entre 20 et quelques centaines
de Hz. Le médium se charge de reproduire la décade intermédiaire (entre 500 et 5 kHz) tandis que
le tweeter s'occupe de la partie la plus haute du spectre. Sur les systèmes à deux voies, seuls deux
haut-parleurs sont utilisés et le boomer est alors dimensionné pour reproduire une partie du spectre
normalement confié au médium dans les systèmes à trois voies.
Pour reproduire correctement le son sur l'ensemble du spectre audio, des filtres doivent précéder les
haut-parleurs. Ces filtres ont plusieurs rôles :
– séparer le spectre audio en plusieurs bandes de fréquences, chacune adaptée au haut-parleur
correspondant dans l'enceinte,
– il ne doit pas y avoir de recouvrement d'une partie du spectre entre les différents hautparleurs de l'enceinte pour éviter tout problème d'interférence sonore,
– compenser les décalages temporels entre les haut-parleurs si les points d'origine du son pour
les différents haut-parleurs ne sont pas situés dans le même plan vertical. Ceci permet au son
d'être émis majoritairement vers l'avant et non pas vers le bas ou le haut,
– enfin, ces filtres ne doivent pas modifier le module et la phase du signal audio transmis.
Dans ce TP, nous traiterons le cas d'une enceinte acoustique active à deux voies, dont le schéma de
principe est reproduit sur la figure 1 ci-dessous. Le travail consistera a développer les filtres à
mettre en œuvre au sein de l'enceinte. La conception des étages de puissance ne sera pas abordée.
Figure 1: schéma simplifié de l'enceinte active 2 voies.
Le système est doté d'un filtre passe-bas pour aiguiller le bas du spectre audio vers le boomer. La
fonction de transfert associée est Hb(p). De la même manière, on définit la fonction de transfert
Hh(p) pour le filtre passe-haut utilisé pour commander le tweeter. Pour avoir un recouvrement
correct du spectre, la relation suivante doit idéalement être respectée :
H ( p)=H b ( p)+ H h ( p)=1
(1)
En pratique, un tel résultat est difficile à obtenir, notamment sur la phase. Si celle-ci ne peut être
constante tout au long du spectre audio, les variations de phase constatées sur Hb(p) et Hh(p) doivent
être confondues à proximité de la zone de croisement pour éviter les phénomènes d'interférences
sus-mentionnés.
Les questions 2a, 2b, 3a, 3b, 3c, 4a doivent être préparées avant la séance de TP.
2. Filtre passe-bas
La cellule élémentaire à utilisée est représentée par son schéma électrique ci-dessous :
Figure 2: filtre passe-bas du 2nd ordre.
a. Calculer la fonction de transfert du filtre. Recherche la valeur de la fréquence de coupure à -3 dB
et tracer un diagramme de Bode en module et phase avec les asymptotes correspondantes.
b. A partir des résultats précédents et plus précisément en observant les coefficients associés au
polynome présent dans le dénominateur de la fonction de transfert, préciser quel type de filtre est
mis en œuvre.
c. Effectuer le même travail avec PSPICE. Les résultats obtenus sont ils identiques aux calculs
effectués à la question 3a ?
d. Deux exemplaires de ce filtre sont cascadés pour obtenir le filtre passe-bas Hb(p) de la voie grave
de l'enceinte. Simuler le filtre en question sous SPICE et extraire le diagramme de Bode résultant.
La fréquence de croisement est fixée à f0 = 2,94 kHz pour l'ensemble des simulations du TP.
3. Filtre passe-haut
La première partie de ce filtre, nommée H2(p), est représentée sur la figure 3.
Figure 3: schéma électrique de la 1ère partie du filtre passe-haut.
a. Calculer les fonctions de transfert H1(p) puis H2(p).
b. Tracer le diagramme de Bode en module et phase de H2(p). A quelle famille de circuit appartient
H2(p) ?
c. Le filtre passe-bas complet utilise la sortie du filtre passe-haut. Le schéma électrique du filtre est
représenté sur la figure 4. Déterminer l'expression analytique de la fonction de transfert Hh(p).
Figure 4: schéma électrique permettant de synthétiser le filtre passe-haut.
d. Comparer le résultat avec le même circuit simulé sous SPICE.
4. Conclusion
a. Comparer les courbes de gain et de phase du filtre passe-haut et passe-bas à proximité de la
transition : la condition (1) est-elle respectée ?
b. en effectuant le calcul analytique Hb(p) + Hh(p), quel est la fonction de transfert résultante ?
Conclure.
Et en bonus, le schéma électrique de l'enceinte qui a été construite en page suivante.
A
B
C
D
E
F
K5
C36
+
R39
1R5
R40
1R3
1
2
3
3
C42
220n
Ampli1
2
GND1
5
2
5
GND1
1
T3
BD712
470uF 25V
D7
1N4001
R382
1
22k
R25
10k
TL072
3
1
RA2
10k
R29
820R
C27
R21
10k
2
6n8
R28
100k
C29
22µ
3
15V
A+
P1
10k
2
2
D6
1N4001
220n
R34
1R3
T2
BD711
R35
1R
J1
7
6
1
8
1
J1gnd
5
C33
220n
3
1
6V 2RT
GND1
GND2
2
4
D9
1N4001
C41
100µ / 25V
3
D4
1N4148
C17
1n
-15V
1
1
U3A
TL072
R44
5M6
R45
150R 3W
1
2
3
2
R33
1R5
GND2
15V
2
1
T5
BC517
2
Strap
C40
10µ / 35V
O
2
3
3
R9
1M
2
8
1
2
470E
R10
12
3
2µ2
C16
2
K2
RCA
+
3
4
+
1
C31
J2gnd
1
Tweeter
Alim Rel
D3
1N4148
5
6
2
220n
4
1
S1 Sélecteur
1
RE1
-
4
-15V
J2
2
1
C45
Ampli2
D5
1N4001
C32
+
Output
-
2
U5
TDA2030
GND2
470uF 25V
GND2
1
R27
470R
5
4
U4B
TL074
1
4
4
R20
10k
5
R30
2
5
T1
BD712
1
R19
10k
R32
1R3
10k GND2
1µ
C28
7
8
+
3
11
-
1n
6
7
+
11
6
1
R31
1R5
1
Sortie filtre
passe-haut
U3B
-
R16
38k3
C30
220n
+
2
U4A
TL074
-
C25
R17
38k3
1
2
3
C44
+
4
K6
470uF 25V
10k
R26
R24
10k
R18
C39
220n
GND1
2
10k
R23
R42
1R3
220n
A+
10k
R22
38k3
5
C43
470uF 25V
15V
1
3
+
C23
1n
T4
BD711
1
R41
1R5
C37
C26
1n
GND1
R43
1R
3
R14
38k3
C35
22µ
A-
R13
38k3
R36
100k
D8
1N4001
3
11
8
U6
TDA2030
R37
820R
2
6n8
Boomer
220n
4
3
C20
1n
4
9
10
4
R12
38k3
C22
1n
+
R11
38k3
C21
1n
14
12
C24
C38
+
Output
-
4
13
-
C19
1n
1
+
C18
1n
U4C
TL074
R381
2
-
11
U4D
TL074
RC38
2
470R
-15V
RA1
10k
10k
3
1
R15
2µ2
C34
A-
220n
Sortie filtre
passe-bas
1
1
Title
Enceinte Active
Size
A3
Date:
A
B
C
D
E
Document Number
Monday, February 16, 1998
Rev
C
Sheet
F
1
of
2