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1.6 Le mythe des Waes

(Ajout le 18/09/2013)
(MAJ des liens le 21/11/2016)

Le sujet a déjà été abordé partiellement dans cette autre chapitre, mais il méritait plus de visibilité !
https://sites.google.com/site/francisaudio69/le-haut-parleur/4-6-compression-thermique

La question est : quelle norme utiliser afin de définir la puissance admissible d'un haut-parleur ?

La norme AES2-1984 (r2003) définit Pn = U^2/Zmin avec Zmin égale à la valeur minimale de la courbe d'impédance.
Le signal est un bruit rose avec un ratio crête/RMS de 2 (6 dB)
Ce bruit rose est filtré en passe-bande sur une décade avec des Bu2. Le fabricant devant précisé la bande passante utilisée.

http://diy-audio.narod.ru/litr/AES2-1984-r2003.pdf
Cette norme est encore très utilisée.
Par exemple par Beyma :
https://www.beyma.com/getpdf.php?pid=18LX60V2
Malheureusement, Beyma ne respecte pas ici la norme en ne précisant pas la bande passante du filtre passe-bande appliquée au bruit rose.
Ou avec Selenium :
http://www.jblpro.com/ProductAttachments/18SWS1100_SpecSheet.pdf
Cette fois-ci, pour ce 18SWS1100, on a bien l'information de la bande passante du bruit rose utilisé (60-600Hz).

Cette norme a évoluée avec l'AES2-2012 :
http://www.aes.org/tmpFiles/aessc/20161121/aes02-2012-i.pdf
Deux différences par rapport à la norme AES2-1984 :
- La puissance est basée sur l'impédance nominale (et non sur l'impédance minimale),
- Le facteur de crête du bruit rose passe de 6 à 12dB.
Cette norme est utilisée par exemple par McCauley pour son subwoofer dual 18" M88 :
Pour une même tension U aux bornes du haut-parleur, ces deux approches (U^2/Zmini et U^2/Znominal) donneront des puissances différentes.
Voir ce document de Beyma de 2004-2006 :
http://www.dexon.cz/data/clanky/popisy/aes_rms.pdf
"Most professional component manufacturers had already changed their power capacity denomination from RMS to AES watts,
and the comparison of different models from different manufacturers was getting difficult.
As the power capacity of a model is one of the essential parameters to look at in the moment of the election, we decided to adopt the AES standard completely.
It implies a change in the final values of power of the unit, although not in the real power capacity of the loudspeaker."
En clair, la norme AES2-1984 ne donne pas un résultat représentatif, mais elle est maintenant utilisée par Beyma car elle devenue un standard !

Insistons, cette norme de l'AES (r2003 comme r2012) ne permet pas un calcul réaliste de la puissance nominale d'un haut-parleur.

Pour trois raisons :
- Il est supposé que le haut-parleur est monté à l'air libre (en "free air"), c'est à dire sans enceinte, ce qui ne correspond pas du tout au montage dans lequel le haut-parleur sera effectivement utilisé (généralement bass-reflex pour un haut-parleur de grave),
- Il est considéré que l'impédance d'un haut-parleur est assimilable à une résistance,
- Le calcul est basé sur l'impédance minimale (ou nominale), ce qui n'a rien à voir avec la courbe d'impédance réelle d'un haut-parleur.


Un exemple avec le Beyma 12SW1300Nd afin d'illustrer ce deuxième point :
https://www.beyma.com/getpdf.php?pid=12SW1300Nd
La puissance nominale annoncée est de 1200 Waes suivant la norme AES2-1984 (r2003).
Toutefois, Beyma montre également une courbe de perte de sensibilité en fonction de la puissance qui va jusqu'à 1300 W :
Cette courbe a été obtenue avec un bruit rose filtré par un passe-bande 25-200 Hz.
Dans cette plage de fréquence, la courbe d'impédance du 12SW1300Nd en free air est la suivante :
Il apparait clairement que dans la plage 25-200 Hz, l'impédance moyenne n'est égale ni à 6,2 ohm (l'impédance minimale) ni à 8 ohm (l'impédance nominale).

A ce stade, il est nécessaire de revenir à la définition de la puissance en régime alternatif.
En effet, la puissance absorbée par une impédance va dépendre non seulement de la tension et du courant, mais également du déphasage
φ entre intensité et courant.
Il est ainsi défini une puissance active :
P = Ueff * Ieff * cos(
φ )
http://fr.wikipedia.org/wiki/Puissance_active
Le coefficient
cos( φ ) est appelé facteur de puissance :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Facteur_de_puissance

L'AES a également oublié un point, c'est que l'impédance Z d'un haut-parleur, c'est... une impédance !
Autrement dit, un nombre imaginaire avec une partie réelle Zreel et une partie imaginaire Zimg, nombre imaginaire que l'on peut représenter par son module
|Z| et sa phase φ :

En écrivant Ueff = |Z| * Ieff  et sachant que cos( φ ) = Zreel /  |Z|
On obtient finalement P = Ueff  * Ueff / |Z| * Zreel/|Z| soit P = Ueff^2 / R avec R = |Z|^2 / Zreel

On notera que le pic d'impédance d'environ 230 Ohm vers 45 Hz se trouve dans la bande de fréquence 25 - 200 Hz du bruit rose qui a servie à la mesure de la compression du 12SW1300Nd.
Dans cette bande de fréquence, la "résistance" moyenne active |Z|^2 / Zreel est égale à d'environ... 78 ohm !

Cette courbe illustre également bien l'importance de considérer l'impédance d'un haut-parleur comme un nombre complexe puisque |Z| est généralement différent de |Z|^2 / Zreel.


En résumé, pour ce 12SW1300Nd, la tension maximale utilisée pour le test de perte de sensibilité avec la puissance était de racine(P*Zmin) = racine(1300*6,2) = 89,8 Veff,.
C
e qui correspond à une puissance de :
1300 W @ 6,2 ohm selon la norme AES2-1984
1008 W @ 8 ohm selon la norme AES2-2012
103 W @ 78 ohm selon le calcul présenté ici.

C'est juste "un peu" différent...

De mon point de vue, si l'AES souhaite être crédible, il serait temps qu'elle sorte une nouvelle norme prenant en compte les éléments suivants :
- mesure du haut-parleur dans la charge recommandé par le fabricant,
- prise en compte de l'impédance réelle du haut-parleur dans la plage de mesure.

Peut-être en 2025 ?

Pour être complet, d'autres normes existent comme l'IEC 60268-5 dont l'édition 3.1 avec l’amendement n°1 date de septembre 2007 :
http://www.webstore.jsa.or.jp/webstore/Com/FlowControl.jsp?lang=en&bunsyoId=IEC+60268-5+Ed.+3.1%3A2007&dantaiCd=IEC&status=1&pageNo=0
Dans cette norme :
- l'impédance nominale ("rated impedance") qui sert à la définition de la puissance électrique admissible doit être < Zmini / 80%,
- le signal utilisé est un bruit rose filtré représentant le spectre moyen de musiques et paroles de toutes sortes.
Voir l'IEC 60268-1 qui donne ce spectre moyen avec une bande passante @-6dB de 40 - 5000 Hz et des pentes 18/12 dB :

https://webstore.iec.ch/publication/1204

Pour mémoire, JBL fait allusion à la norme IEC 268-5 avec comme signal de test un bruit rose de facteur de crête 6 dB filtré par un passe-bande (voisin du précédent) :
http://www.jblpro.com/pub/technote/spkpwfaq.pdf
Pour des haut-parleurs dont la bande passante est limitée (par exemple une compression), la puissance nominale est déterminée à l'entrée du filtre passif recommandé par le constructeur.

Contrairement à l'AES, l'IEC donne la possibilité de mesurer le haut-parleur avec l'enceinte recommandé par le constructeur :
"the loudspeaker under test, mounted as specified; loudspeaker drive units shall be tested without baffle, unless an enclosure is specified by the manufacturer."

Contrairement à l'AES où la bande passante du bruit rose utilisé se limite à une décade, l'IEC prend en compte une bande passante plus large avec un signal déduit d'une moyenne de musique et de paroles.

En résumé, la norme IEC est plus concrète que la norme AES (utilisation possible d'enceinte, signal de test).
Reste l
a définition de l'impédance à prendre en compte pour le calcul de la puissance nominale qui reste surréaliste...




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