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Etude de la conception d'une enceinte SONO avec LSPCAD Lite 1.0

Il n'est pas si difficile de réaliser sa propre enceinte , il faut respecter quelques règles élémentaires et être un minimum bricoleur , savoir travailler le bois et avoir les outils nécessaires.
Pour la réalisation de la caisse vous avez toutes les infos sur ma page 'mes réalisations persos' ainsi que sur la page générale sono . Dans ce chapitre je vais donc vous expliquer l'utilisation de LSPCAD qui vous permettra de:
_Affiner les dimensions globales de la caisse et des events.
_Estimer le rendement exact dans les graves de votre future réalisation.
_Estimer la tenue réelle en puissance suivant les fréquences.
Et bien d'autres paramètres encore...





La première chose à faire est d'installer LSPCAD Lite 1.0 dispo en chargement sur ce site sur la page générale Sono.Après avoir dézippé le fichier dans un répertoire temporaire vous suivez l'installation qui ne doit pas poser de problèmes.
Ceci étant fait il va vous falloir vérifier que votre HP est déjà dans la base de donnée du logiciel , en effet LSPCAD connait un certain nombre de HP dont la série pro Beyma , ainsi que d'autres marques.Cependant vu le nombre énorme de HP différents existants sur le marché il est provable que vous devrez vous même rentrer les paramètres de votre HP (si celui ci n'est pas dans dans la base) et l'ajouter à cette base.Pour ce faire un logiciel est fourni avec LSPCAD il s'agit de Speaker unit 1.51...

Speaker unit 1.51

Sur cet exemple il s'agit du Beyma 15G450/N qui n'est pas dans la base car c'est un modèle plus récent.Je vais donc rentrer les paramètres manuellement.Il vous faut donc tous les paramètres de votre HP sans cela il vous est impossible de continuer.
Décocher l'option 'crosscalc' car ceci permet d'ajuster les calculs au fur et à mesure que vous entrez les données mais du coup cela modifie les paramètres que vous avez précédement rentrés. Remplir les champs en faisant attention que les unités données par votre constructeur soient les mêmes que celle demandées ici sinon vous devrez faire des conversions.(par exemple Beyma donne Sd = 0.088 m2 or il faut rentrer la valeur en cm2 or 0.088 m2=8.8dm2=880cm2)
Remplisser déjà: Manufacturer Nom de la marque.Model Modèle du HP.Sd (Cone area) Surface de la membrane[cm2].Vas (Equivalent volume )[litre].Qms(Mechanical Q-value).Qes(Electrical Q-value).Qts(Total Q-value).Pmax(The maximum, termal limited input power)Puissance RMS maximale[W].Xmax(The maximum linear excursion, NOTE peak to peak value) valeur crête à crête du Xmax [mm].Mms(Moving mass including surrounding air)Masse de l'équipage mobile[g].fs(Resonance frequency in free air )Fréquence de résonance[Hz].Re(Voice coil resistance)Résistance minimale de la bobine[W].Le(Voice coil inductance)Inductance de la bobine[mH].BL(BL factor)Puissance de l'aimant[N/A].

Attention pour le paramètre xmax en effet vous devez rentrer ici une valeur crête à crête or les constructeurs donnent en général une valeur à +/- donc il faut alors multiplier par 2 ; par exemple ici le Beyma est donné pour xmax (+/-) 6.5mm donc j'ai rentré ici 6.5x2 soit 13mm. Attention donc à ce paramètre , il est très important.
les autres paramètres peuvent être rentrés si vous les avez sinon ils devraient se calculer tout seul (par exemple ici j'ai juste rentré le Mms et le Mmd s'est calculé tout seul.Certains paramètres peuvent rester sans valeur (undef.)

Une fois les paramètres de votre HP rentrés (vérifiez deux fois toutes les valeurs ça évite de graves erreurs) sauvegardez les dans la base (save as...) nommez votre fichier comme la référence de votre HP avec 8 caractères maximum . (par exemple ici 15G450N.unt ).Ceci étant fait vous voici prêt à commencer les calculs...




Exécutez LSPCAD Lite 1.0 , ....En sono selectionnez bass reflex
Choisir toujours bass reflex pour de la sono , cela correspond à une caisse munie d'évents..

La première chose à faire est de charger les paramètres du hp que nous venons de faire , pour ce allez dans 'driver unit' et 'load' puis chercher le nom de votre HP (dans l'exemple ici 15G450N.unt)

paramètre de la caisse & eventsEnsuite vous devez entrer les dimensions de votre caisse et de vos events....pour ce faire aller dans le menu 'box' ...
Entrez le volume utile en litre (=dm3) de votre caisse , le diamètres des events (ou bien leur surface s'ils ne sont pas ronds) puis ensuite leur longueur et enfin leur nombre total .

Pour mon exemple J'ai 2 events de 10cm de diamètre et de 11cm de profondeur.
et il s'agit d'une caisse dont le volume intérieur est de 62cm x 5Ocm x 39cm soit 120900cm3 soit 120.900dm3 soit 120.900 litres , à cela il faut enlever le volume occupé par le HP lui même (pour un Beyma 15G450/N on a 'Volume displaced by driver 6 l' donc on enlève 6l soit environ 114litres . On enlève ensuite le volume occupé par les tasseaux... on a (toujours pour mon exemple) 4 tasseaux de 3cm x 3 cm x 64cm plus 4 tasseaux de 3cm x 3cm x 44cm plus 4 tasseaux de 3cm x 3cm x 33cm soit donc 4 x 576cm3 + 4 x 396cm3 + 4 x 297cm3 soit donc en litre (en arrondissant) 2.3 + 1.6 + 1.1 = 5 litres donc on a 114litres - 5 soit 109litres. Et encore on pourrait compter la place occupée par les poignées encastrées ainsi que les HP d'aigues que j'ai dans cette réalisation. On va dire que l'on a 108litres utiles...

Setup pour les mesuresAllez ensuite sur 'Meas. setup' .Sur cette fenêtre vous indiquez quelle est la puissance qui va être délivrée au HP.(plus exactement la puissance équivalente sous 8ohms sans tenir compte de l'impédance réelle du HP c'est pour cela qu'on parle plus volontiers de tension au borne du HP car la tension est indépendante de l'impédance contrairement à la puissance.)
Pour commencer prenons 1w et laissons les autres paramètres par défaut.







Vous voici maintenant prêt à voir les courbes ... la plus interessante est la courbe suivante :

Courbe de rendement à 1m dans l'axe du HP.

Sur cette courbe on voit le rendement de l'enceinte à 1m dans l'axe du HP à 2.83v (1w/8ohm) sur la courbe noire.Ce rendement est la somme du rendement du HP lui même (courbe bleue) et des évents (courbe rouge).On voit donc l'importance énorme des évents dans les basses fréquences.
Pour encore mieux voir l'importance des évents modifions la longueur de ces derniers et mettons 5cm au lieu de 11cm , immédiatement la courbe est recalculée et voici le résultat:

En réduisant la longueur des évents

On voit bien que l'on gagne du rendement dans la zone des 50Hz à 100Hz (jusqu'a +2dB ) mais on perd à 40Hz et en dessous (-4 dB à 30Hz) or quand on sait qu'il faut doubler la puissance pour gagner 3dB on voit que la taille des évents est très importante.En fait ici on peut choisir de mettre les évents à 5cm car en sono on évite de descendre en dessous 40Hz pour du 38cm pour avoir une bonne tenue en puissance.Pour ma part je laisse 11cm car c'est un HP que je vais aussi utiliser en HP Hifi donc je veux avoir la meilleure bande passante même en dessous 40Hz.

Sachant que le HP doit pouvoir tenir 600w mettons 350w (pour commencer gentiment) en remettant la longueur des évents à 11cm puisque c'est mon choix:
Pression acoustique à 350w
Voici donc la pression acoustique que l'on a (à 1m dans l'axe du HP) pour 350w (équivalent 350w/8ohms).
A 40Hz j'ai 120dBa et ensuite un peu plus , ce niveau me convient tout à fait... reste à savoir si le HP peut réellement tenir à cette puissance...pour ce au niveau thermique pas de problème puisque le hp (ici un BEYMA 15G450/N je rappel) est donné pour 600w mais au niveau mécanique? pour le savoir regardons la courbe 'Cone excursion' et mettons 300w , on retrouve la courbe de la page sono si vous vous souvenez!...

15G450/N Beyma à 300w dans 108-110litres

Le trait rouge indique le maximum mécanique du HP , quoi qu'il arrive le hp ne pourra pas dépasser cette limite car elle correspond à l'élongation maximum lorsque les suspensions sont tendues au max (=saturation mécanique).Le graphique simule quand à lui l'élongation qu'il serait nécessaire d'avoir et on voit que le hp ne peut pas suivre à toutes les fréquences à cette puissance (ici 300w). On voit que la zone située entre ~45Hz et ~65Hz sature le hp mécaniquement on aura un peu d'écrêtage cependant comme on ne dépasse pas beaucoup le maximum il n'y a pas de danger pour le hp.On voit d'autre part que plus on descent en fréquence plus on dépasse le maximum: en dessous de ~33Hz (trait bleu) le HP est saturé , ensuite plus on descent en fréquence plus on fait forcer le hp ; à 20Hz il n'est pas garanti que les suspensions du hp résistent... On voit donc que si on concentre toute la puissance entre ~45Hz et ~65Hz la puissance maximale (mécanique) du HP devient =300w environ .Pour des musiques comme la techno il n'est pas rare d'avoir des impulsions de basses entre 40 et 80Hz donc nous pourrions alors être limité bien avant les 600w rms donnés par le constructeur pour ce type de musique ce qui est normal .De même il sera préférable d'avoir un filtre passe-haut pour supprimer les fréquences en dessous 40Hz pour une utilisation à forte puissance pour éviter de saturer le HP mécaniquement ou même de le détruire.


Mettons maintenant 600w...
Cone excursion à 600w

On voit qu'il est risqué de concentrer cette puissance vers 50-60Hz où bien en dessous de 35Hz ; par contre entre vers 40Hz et après 90Hz on voit que mécaniquement le HP supporte , vers 100Hz et + il pourrait mécaniquement supporter plus mais c'est thermiquement qu'il ne pourrait pas dépasser longtemps 600w.Cependant des pointes de courte durée de 1000watts rms >100Hz ne poseraient par exemple pas de problèmes . (Puissance impulsionnelle)

Mettons maintenant 40w rms (utilisation chez soi en hifi par exemple):

excursion à 40w rms
La on voit que toutes les fréquences sont utilisables sans restrictions . Cependant il est à remarquer qu'à 20Hz (infra bass) le HP est légèrement saturé et qu'il est à son maximum mécanique.


Ceci m'amène à une petite conclusion sur la puissance :
On a vu que le HP supporte mécaniquement des puissances différentes suivant les fréquences : à 100Hz il peut tenir mécaniquement 1000w (de façon impulsionnelle pour éviter la surchauffe) en utilisation Sono (>40Hz) il peut tenir 300w alors que à 20Hz il descent à 4Ow rms maxi....La démonstration est faite que la puissance d'un HP dépend des fréquences que l'on utilise et de la dimension de la caisse et des évents. cqfd.
Maintenant si j'étais un vendeur malhonnête je pourrais dire que ce HP est un HP de 2000w en considérant qu'il peut tenir une puissance impulsionnelle de 1000w rms soit 2000w crête (en effet la puissance crête sinusoïdale = 2 x puissance éfficasse rms) et quelle ne serait pas alors la réaction du novice faisant saturer son HP (à 20Hz) avec son ampli hifi de 50w rms..vous voici dorénavant un peu mieux informé pour répondre à ce cas de figure.
il est noter également que je me suis servi pour mon exemple d'un HP qui se situe parmi les plus puissants dans la gamme des 38cm toutes marques confondues donc ne vous étonnez pas de trouver des résultats inférieurs avec d'autres HP de 38cm.(Je précise que ce modèle 15G450/N BEYMA coûte entre 2000 et 2100frs le boomer seul.)

Bref suivont notre exposé sur LSPCAD avec le graphique d'impédance du HP:

Courbe d'impédance du HP

On voit ici l'impédance réelle du HP dans son caisson , la courbe est différente de celle donnée par le constructeur qui elle , était mesurée en volume infini...Ici le volume de la caisse est de 108litres.L'intérêt de cette courbe est de savoir sur quelles fréquences l'ampli va souffrir , en effet plus l'impédance est basse plus l'intensité dans le HP ve être importante et plus l'ampli devra fournir.
On voit bien sur cette courbe que les 8 ohms théoriques ne se retrouvent qu'à 3 points (3 fréquences) .C'est entre ~35Hz et ~45Hz et après ~150Hz que l'ampli va être le plus sollicité mais de toute façon on est toujours au-dessus de l'impédance minimale donnée par le constructeur Re=5.7 ohms pour ce HP.

La dernière courbe indique la vitesse de l'air dans les évents.(qui ne devra pas dépasser 15/20 m/s si possible , même aux fortes puissances dans les graves)




Vous pouvez à tout moment modifier des paramètres à la volée (volume de la caisse , dimensions des évents , puissance , et même changer de HP pour essayer virtuellement plusieurs HP dans votre caisse...)donc vous voici paré pour créer vos propres enceintes. Vous pouvez aussi mettre 2 boomers dans le même volume il faut juste le signaler dans 'driver unit' et indiquer si votre branchement est parallèle ou série (parallèle en général).. bref ce petit logiciel peut rendre bien des services .


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