Les bases de la ligne de transmission, recherche de

Ligne de transmission :
Cette charge semble bien adaptée aux haut parleurs large bande ou à ceux qui ont une
courbe de réponse étendue.
Principe d'accord sur le ¼ d'onde :
longueur de la ligne = 343/4/fz
soit pour 60 hz : 343/4/60 = 1,43 m
pour 50 hz : 343/4/50 = 1,71 m
pour 40 hz : 343/4/40 = 2,14 m
Trois types de ligne :
Étroite au départ, large à la sortie (TQWT, tapered quarter wave tube)
Droite ou constante, la surface de départ est égale à la surface de sortie (port)
Large au départ, étroit à la sortie (TL classiques ou tapered)
Histoire et Variantes :
Le Voight Pipe, inventé en 1934, ou TQWP c'est la première réalisation basée sur le
principe du quart d'onde.
TQWT-BR c'est un TQWT avec un évent bass reflex
ML-TL, Mass Loaded Transmission Line, ligne de transmission droite chargée par un évent
vers la fin de la ligne et dont les 2/3 sont remplis d'amortissant.
Comprendre le fonctionnement d'une TL :
Sur ce lien pdf, on observe les courbes de vitesse et de pression dans une TL en fonction
de trois géométries différentes, droite, évasée et conique..
Paramètres des haut parleurs adaptés à une TL :
Les paramètres Thiell et Small des haut parleurs qui influent sur la géométrie de la ligne
de transmission sont : Re, Bl, Sd et Qts. Voir ici l'influence de ces paramètres sur le
volume global..
Le principal inconvénient de cette charge étant le volume pour la plupart des haut
parleurs, sur ce lien vous trouverez une sélection de haut parleurs pour TL..
Exemple de dessins d'une ligne de transmission :
ligne droite (fig 1)
ligne repliée (fig 2)
Construction :
On trouve sur http://www.quarter-wave.com de nombreuses ressources et feuilles de
calcul sur les lignes de transmission réalisé par MJ King.. Ainsi que des plans et des
réalisations concrètes.
Une série de tables permettent de calculer une ligne de transmission :
Ex de calcul pour le sph 60X Monacor : 13 cm Fr 60 hz qts 0,42
choisir le rapport Sl/So (superficie ouverture/partie close)
dans notre cas Sl/So = 0.5
dans les tables ci dessus ou sur la page 11 du document
http://www.quarter-wave.com/TLs/Alignment_Tables.pdf
trouver la longueur de la ligne dans notre cas 123 cm ( 48.5 inch) pour 60 hz
dans les tables qui suivent extraire DZ { qui dépend de Sl/So) et DR (fonction du QT du
driver)
DZ= 74.382
DR= 0.0788
puis résoudre l'équation suivante
S0/Sd = ρ c Sd DZ DR Re / (Bl)2
soit
S0/Sd = (1.21 kg/m3)(342 m/sec)(0.008 m2)(74.382)(0.0788)(6.2 ohms) / (5.6 N/amp)2
S0/Sd = 3,836
S0 = 3,836 Sd = 3,836 (0.008 m2) = 0.030 m2 superficie du départ
SL/S0 = 0,5 donc SL = 0,015 m2 superficie évent
SL/SO détermine la longueur de la ligne et donc le volume total :
un TQWT (SL/SO = 10) sera 2 fois plus long et donc le volume double que pour un
tapered de SL/SO = 0,1
Une feuille de calcul au format Excel est disponible sur le site MJ King évitant les
calculs précédents :
http://www.quarter-wave.com/TLs/Alignment_Tables_Calculator_3_3_09.xls
La géométrie de la caisse détermine le rendement , notamment au dessous de la
fréquence de résonance mais aussi plus haut en fréquence.
Mais plus le SL/SO est grand plus de résonances indésirables apparaissent, qui peuvent
être réduites en mettant plus ou moins d'absorbant acoustique aux bons endroits ,
possible par la modélisation de la ligne par informatique et par la mesure, mais pas par
le tables.
KING conseille des SL/SO très bas ( 0,1 ...), donc petit volume d'enceinte, réponse sans
oscillations avec très peu de parasites et facile à accorder au détriment du rendement
(principe du ML).
L'amortissant rempli sans tasser le 2/3 au 3/4 de la ligne en laissant la fin vide, la
quantité finale reste à modifier à l'écoute selon la pièce et les goûts.
La position du haut parleur est très importante aussi, plus il est proche du début plus le
rendement est grand mais aussi les harmoniques, s'il est placé à la valeur donnée par la
table 4 ( valeur à ne pas dépasser par rapport au début de la ligne) les harmoniques
disparaissent mais la fondamentale aussi, le compromis proposé est autour 0,2 .
En première approche il est donc indiqué de placer le centre du transducteur au premier
cinquième de la ligne a partir du coté fermé.
MJ King dit que 0.2 de la longueur de la ligne est une bonne valeur pour SL/S0 < 1
Aussi ne pas oublier que le Qts du driver est modifié par le filtre qui va suivre... et par
l'ampli , à tenir en compte pour le calculs..
Donc choisir SL/SO entre 0.5 et 0.1 en fonction de la forme finale que vous souhaitez,
plus petit est SL/SO plus vous aurait une réponse dans le basse uniforme et un volume
petit.
MJ King préconise cependant des ratio de 0,2 voir 0,1 si cela est possible. Ceci pousse
les harmoniques plus haut en fréquence où l'absorbant réduit leur impact.
Concernant les lignes repliées, il précise : je ne m' inquiète pas trop pour les coudes, à
basse fréquence les ondes sonores ne sont pas capable de "voir" les coudes, la TL se
comportera comme une géométrie droite sans virages. Toutefois faire attention à que il
n'y ai pas de brusques changement de section.
Pour conclure MJ King dit que la seule vrai différence entre le bass reflex et la TL n'est
pas le rendement ou l'étendue de la réponse mais l'absence de traînage et de son de
boite...
Pour en savoir plus sur les problématiques de la construction d'une TL..
Amortissement :
L'absorbant genre dacron remplis entre le 2/3 et le 3/4 du tube en laissant presque vide
la fin.
La quantité d'absorbant influence sur la fréquence d'accord, donc à adapter selon la
pièce et les goûts.
MJ King dit :
"If the stuffing were only placed in the first 3/4’s of the length,the alignment table
transmission line performance would closely match the actual design’s performance."
« The tapered design, SL/S0 = 0.1, produces a nice compact enclosure with a very
uniform bass response. Using just the alignment tables, a tapered transmission line
enclosure appears to be the design with the highest potential for success. Using the
alignment tables to produce an expanding transmission line or TQWT design appears to
be a very high risk design option »
Calcul de la hauteur de l'enceinte :
On retiendra cette formule H = L/2 pour calculer la hauteur de la caisse dans le cas
d'une ligne avec un seul pli (fig 2).
Pour une hauteur plus précise il faudra tenir compte du quart de la circonférence des
cercles formés dans le pli (méthode à utiliser en cas de multi-plis). La longueur de la
ligne étant celle représentée en bleue sur la figure 3 ci dessous :
fig 3
Les autres dimensions se calculeront en fonction de SO, SL et la largeur de l'enceinte..
Fréquence d'accord :
Pour des haut parleurs ayant un Qts compris entre 0,3 et 0,6 la fréquence d'accord se
fera sur la Fs du hp.
Pour des Qts inférieur à 0,3 il est possible d'accorder de 5 à 10 hz plus haut.
Pour de Qts supérieur à 0,6 il est préférable d'accorder de 5 à 10 hz plus bas.
Ex : Qts = 0,4 Fs = 50 Fr = 50 hz
Qts = 0,25 Fs = 30 Fr = 40 hz
Qts = 0,65 Fs = 60 Fr = 55 hz
Design et volume de l'enceinte :
Pour des petits diamètres les dimensions restent raisonnables en respectant les calculs
de MJ King. Par contre à partir de 17 cm les volumes deviennent plus important. Pour
des raisons d'encombrement il peut être judicieux de rechercher à construire une ligne
repliée une ou plusieurs fois.
Concernant la possibilité de réduire les surfaces SO et SL dans les mêmes proportions
afin de diminuer le volume de la caisse, il dit : « If you reduce S0 and SL you will loose
bass output. The bigger the TL the more bass, the smaller the TL the lower the bass
output. It is a trade-off you need to make ». Si l'on réduit les surfaces le niveau des
basses va diminuer. Il faut rechercher un compromis entre dimensions et diminution des
surfaces..
Exemples de ligne repliée :
Ecoute et impressions :
J'ai réalisé plusieurs charges avec le même hp (Monacor sph 60x), un bass reflex, un
baffle plan, un TQWT et une TL. Ma préférence va à la TL. Plus de niveau pour les
basses, meilleur définition de celles ci, un médium doux et des aigus bien présents. Je
me suis passé de tweeter sur ma TL. Ces enceintes sont très agréables à écouter même à
haut niveau et ne sont jamais agressives ou fatigantes. Une absence de trainage et de
bruit d'évent augmente la définition des basses et du bas médium. Les instruments sont
mieux placés et l'image stéréo est agrandie.
Conseils :
Ne commencer pas un projet sans avoir les hp en main. Roder les puis faites des mesures
si cela vous est possible. Ensuite vous pourrez simuler votre enceinte. Pour des projets
plus précis ou pour une modélisation complète (tenant compte aussi de la pièce d'écoute
et de la position des enceintes), il faudra utiliser les feuilles de calcul Math Cad. Voir ici
sur le site de MJ King..
Avertissement : les indications et formules de calcul sont données sans garantie de
résultat mais donnent les bases d'un projet qui devra être testé et mis au point..
La ligne de transmission n'est pas un bass reflex, même si certaines constructions
possèdent un évent.
Autres ressources sur le web :
http://fullrangedriver.com/singledriver/index.html
http://www.t-linespeakers.org
http://www.quarter-wave.com/Gallery/Gallery.html
http://brinesacoustics.com/
http://www.imf-electronics.com/Home
https://mywebspace.wisc.edu/jstalnak/web/VoightPipeSpeakers/#The_Joke (mieux
sous FireFox)
https://mywebspace.wisc.edu/jstalnak/web/VoightPipeSpeakers/#The_Joke
http://www.zillaspeak.com/bib.asp
@ Phil/http://smf.petoindominique.fr/index.php?topic=456.0