Auteur Sujet: Adaptation d'impédance acoustique/électrique, analogie électricité/hydraulique  (Lu 8082 fois)

LeChacal619

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Bonjour à tous

Voilà je me pose bcp de questions en ce qui concerne l'adaptation d'impédance depuis que j'ai vu le post intéressant suivant sur la fabrication de câbles DIY (haute-qualité). Je me suis naturellement posé la question, si les câbles peuvent être de plus ou moins bonne qualité, quels sont les paramètres à prendre en compte pour la qualité du câble. Je me suis vite aperçu que les critères en jeu sont la capacitance, l'inductance, et la résistance du câble, sans compter bien évidemment le blindage de celui-ci.

Ceci dit, j'ai également constaté que lorsqu'un câble, a résistance équivalente, a une faible inductance, il a une grande capacitance, et inversement lorsque sa capacitance est faible son inductance est plus élevée.... Se pose alors le dilemne suivant : faible inductance ou faible capacitance ?

Ici un projet pour fabrication de câble a faible capacitance (la plus faible de tout les câbles auxquels il est comparé, notamment des câbles de 13 a 500$/foot, soit environ 30cm. !).

http://diyaudioprojects.com/Power/DIY-Braided-Speaker-Cables/

Ici un projet pour fabrication de câble a faible inductance (dans la moyenne des câbles auxquels il est comparé cette fois...) :

http://diyaudioprojects.com/Power/Low-Inductance-DIY-Speaker-Cables/

Quelqu'un a-t-il une explication, y a-t-il une caractéristique a préféré selon les fréquences a transporter par le câble ? Je pencherai pour un câble a faible inductance pour les hautes fréquences (puisque l'inductance empêche la bonne transmission des hautes fréquences : c'est un filtre passe-bas naturel). Quant a la capacitance du câble, je pense qu'elle n'a pas d'influence.... Mais je n'expliquerai pas pourquoi, du moins pas tout de suite ;)

Aussi, je suis amené a une autre réflexion intéressante a laquelle je n'ai toujours pas de réponse : l'adaptation d'impédance.

En acoustique, on considère qu'un pavillon représente une adaptation d'impédance, et on fait souvent l'analogie de cette adaptation d'impédance acoustique par une analogie électrique. Alors je ne peux m'empêcher de me poser la question suivante : comment adapte-t-on l'impédance électrique ? Le fait d'utiliser un câble de résistivité extrêmement faible sur un ampli dont les circuits imprimés ou les câbles internes ont des résistances plus élevés n'est-il pas plus maladroit que d'utiliser des câbles de même résistivité ? L'adaptation d'impédance ne se fait-elle pas sur la résistivité linéaire ou surfacique du câble, et non sur sa résistivité "totale" ?

Exemple : un câble de résistivité 0,01 Ohms/mètres, a une résistance de 0,1 Ohms pour 10 mètres de câble, et qu'on branche un deuxième câble en série de résistance 0,001 Ohms/mètres de 100 mètres, donc de même résistance totale (0,1 Ohms), l'adaptation d'impédance est-elle correcte ? (a mon avis non, puisque selon moi c'est les Ohms/mètres qui comptent...).

En effet, en hydraulique (par analogie), si la tension représente une pression statique, l'intensité un flux hydraulique (donc un débit massique), et la résistance linéique une perte de charge linéaire (donc par exemple une résistance par frottement sur les parois d'un tube), la résistance représente la perte de pression (donc de tension), et l'adaptation d'impédance représente l'adaptation de frottement, donc l'adaptation du diamètre du tube (pour un tube de même matière, la résistance dépend du diamètre du tube et de la vitesse du flux). On aurait donc, pour adapter correctement la résistance, besoin de faire varier PROGRESSIVEMENT le diamètre du tube, donc la résistance du câble. Or, brancher un câble directement sur une cosse plaqué or ne me semble pas être une adaptation progressive de la résistance électrique des conducteurs...

Qu'en pensez-vous ?

LeChacal619

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Après recherche, je suis tombé sur l'inévitable wikipédia :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Adaptation_d%27imp%C3%A9dances

"Le problème général consiste à transmettre un signal depuis une source jusqu'à une charge (ou récepteur) distante de cette source. Le problème est résolu par l'utilisation d'une ligne de transmission entre cette charge et cette source. La source et la charge présentent en général une résistance interne R ( généralement R = 50 ohms pour les signaux RF, et R = 600 ohms pour les signaux audio...).

Le principe fondamental est le suivant : En connectant sur la charge de résistance R , une ligne de transmission d'impédance caractéristique R, on retrouvera à l'autre extrémité de la ligne la même résistance R. Autrement dit, la source et la charge de résistance R seront « adaptées » si la ligne qui les relie possède une impédance caractéristique de même valeur. L'adaptation sera conservée quelle que soit la longueur de la ligne.

Par contre, si la charge présente une résistance différente de l'impédance caractéristique de la ligne, on aura des phénomènes d'ondes stationnaires [...]"

Il faut donc que la terminaison de la source (les connecteurs donc) aient la même impédance caractéristique que la ligne de transmission (le câble) et que la terminaison de la charge (les bornes du HP) pour éviter les réflexions des ondes électriques et donc la perturbation du signal/création de distorsion, au niveau électrique !

http://fr.wikipedia.org/wiki/Imp%C3%A9dance_caract%C3%A9ristique

La schématisation du câble est très intéressante je trouve... On voit bien que celui-ci peut se décomposer, comme je le pensais, en 2 composantes R et L en série sur le câble (résistance et inductance du câble) + un condensateur entre le + et le - du câble (la fameuse capacitance). Par contre pour le choix du câble maintenant, pour déterminer l'impédance caractéristique des bornes de connexions des amplis, des HP, ou des câbles, et de pouvoir adapter le tout de façon a transmettre au mieux l'information originale de manière analogique, ca reste une autre paire de manches...
« Modifié: mars 14, 2011, 22:02:10 pm par LeChacal619 »

LeChacal619

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Une petite apparté supplémentaire :
Citer
Distribution de signaux vidéo

Dans le cas de distribution de signaux amplifiés, le critère principal est la distorsion minimale, en particulier due aux échos de désadaptation. L'adaptation des lignes aux deux extrémités est primordiale, plus que le transfert d'énergie, le principe est alors d'utiliser des sources et des récepteurs d'impédance précisément égale à celle des lignes.

Dans le cas, par exemple, de distribution de vidéo (en studios et régies), la source est d'impédance 75 ohms, ainsi que le coaxial, et chaque utilisateur branché sur la ligne (moniteur, scope, modulateur...) est en haute impédance, et une résistance de 75 ohms ferme la ligne principale. La source « voit » donc toujours 75 ohms..
Si la source est d'impédance 75 Ohms et qu'on y branche un câble de 75 Ohms, il faut si j'ai bien compris que la résistance de 75 Ohms soit branchée en parallèle du câble coaxial non ? De sorte que la résistance équivalente du coaxial + résistance = (75+75)/2 = 75 = impédance de la source ?
« Modifié: mars 15, 2011, 20:46:04 pm par LeChacal619 »

almat

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Salut LeChacal,

Tout d'abord pour les câbles HP, le lien de réfrérence :
http://www.roger-russell.com/wire/wire.htm

Pour ton dernier truc les 75 Ohms, tu me sembles faire une confusion entre impédance caractéristique et impédance, ton câble s'il est 2 fois plus long il fait combien ?

@+
Alain

LeChacal619

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Dans le dernier post, seules les 2 dernieres lignes sont de moi. Les autres sont des extraits de wikipédia (je l'édite pour les mettre en italique).

Je ne sais pas justement, quelle est la différence entre impédance caractéristique et impédance ? Pour moi le câble a 75 Ohms de résistance quelque soit sa longueur (impédance caractéristique donc). C'est ce que j'ai cru comprendre dans l'article wikipédia...

LeChacal619

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L'impédance caractéristique d'une ligne de transmission idéale (c'est-à-dire sans perte) est définie par

Z_c = \sqrt{ \frac{L}{C} }

où L et C sont respectivement l'inductance et la capacité par unité de longueur de la ligne.

C'est donc bien indépendant de la longueur... Donc mon post sur les 75 Ohms en parallèle est une mauvaise compréhension de l'article, je me suis trompé ^^. Mettre en série le câble de 75 Ohms sur la source de 75 Ohms n'entraînera pas une impédance de 150 Ohms puisque les impédances caractéristiques ne s'aditionneront pas, et la fermeture au niveau de la source par une résistance d'impédance caractéristique 75 Ohms me paraît cohérente (une résistance le plus élevé possible j'imagine pour qu'un minimum d'intensité la traverse).

Dans le cas des câbles des projets DIY que j'ai cité, le premier correspond a une impédance caractéristique de 12,4 (http://diyaudioprojects.com/Power/DIY-Braided-Speaker-Cables/)

Le second a une impédance caractéristique de 0,87.... (http://diyaudioprojects.com/Power/Low-Inductance-DIY-Speaker-Cables/).

Si on branche les 2 câbles en série, les impédances caractéristiques étant largement différentes, il y aura obligatoirement des ondes stationnaires qui se créeront...

Maintenant, comment déterminer l'impédance caractéristique de la source ? Quant à celle du HP je pense qu'elle est facilement mesurable.

En admettant que la source est une impédance caractéristique de 300 Ohms, et que le HP est une impédance caractéristique de 70 Ohms, il faudrait, je pense, adapter progressivement cette impédance, plutôt que d'utiliser un câble d'impédance caractéristique aléatoire (0.87 ou 12.4 ou autre) et d'avoir des varaitions d'impédance caractéristique brutale (300 => 0,87 => 70).

Bien sûr, c'est un exemple, mais c'est ce que je pense. C'est un peu comme en aéraulique, pour éviter le bruit, on ne réduit jamais trop brutalement la section d'une gaine : on adapte progressivement le diamètre par une réduction.

Exemple graphique :

On ne fait pas :
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                         |
                         |
                         |___________________

                         ____________________
                         |
                         |
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mais plutôt :

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                            \
                                \
                                    \_____________

                                     _____________
                                    /
                                /
______________   /

C'est un peu le même principe que pour les pavillons... Changer brutalement d'impédance, c'est à dire passer une zone de forte variation de pression sur une petite surface (cone du HP), a une zone de faible variation de pression sur une grande surface (la pièce d'écoute) d'un seul coup entraîne des réflexions et une perte d'énergie, alors que le pavillon permet de minimiser les réflexions et de maximiser le rendement en adaptant progressivement l'impédance acoustique...

Non?
« Modifié: mars 15, 2011, 20:49:55 pm par LeChacal619 »

almat

  • Invité
Salut LeChacal,

T'es la spécialiste du cheveu coupé en 4
 :d :d :d

Je ne sais pas si tu as remarqué l'échelle des fréquences des 2 exemples de câbles, je me demande s'il faut vraiment s'embêter à vouloir dépasser les 100KHz ...
 :mrgreen:

Pour les câbles de HP, l'article que je t'ai mis en lien est une référence ...

@+
Alain

LeChacal619

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Les courbes sur les graphes sont des simulations réalisées par ordinateur, pas des mesures expérimentales. D'ailleur, elles ne prennent pas en compte le câble une fois branché, mais seulement le câble branché sur un HP d'impédance 8 Ohms. Ca ne veut rien dire pour moi, un HP de 8 ohms ne permet pas de déterminer l'impédance caractéristique du HP, dont la valeur peut varier énormément et être énormément différente de celle du câble.

D'ailleur, quelle est la distorsion engendrée par les câbles ? On n'en sait rien ... Prenez un câble mal isolé sans blindage, et faites lui faire des aller-retour en collant chaque partie entre elles. Il va forcément y avoir des problèmes audibles, pourtant le câble, lui, est le-même, et la simulation sur PC obtiendra les mêmes graphiques. Ces problèmes, réels, seront engendrés par les champs électromagnétiques engendrés par la TENSION et par l'INTENSITE qui parcouront le câble, et qui se transmettront entre parties de câbles par induction, créant/modifiant ainsi l'intensité du câble sur cette même partie et donc MODIFIANT le signal en créant de la distorsion.

J'ai vu le lien que tu m'as envoyé, en résumé j'ai retenu qu'aucune expérience sérieuse n'avait jamais été faites pour déterminer qu'un câble est ADAPTE a l'installation.

Il est facile de "démonter" complètement toutes les conditions expérimentales des tentatives infructueuses de tests ABX pour vérifier les différences d'aubilité entre différents câbles. Premièrement, on ajoute entre la source -> câble -> HP, un appareil permettant de switcher de câble. Cet appareil n'est pas virtuel, et l'électricité est obligée de le traverser. Encore une fois, aucune prise en compte de l'impédance caractéristique sur ces expériences. De même, aucun résultat VISUEL sur les mesures effectuées, ni la précision des appareils, ni les schémas de mesure.

L'oreille, tout comme n'importe quel appareil de mesure, possède une résolution, variant entre chaque individu. Encore une fois, ce n'est pas parce que la variation de la variable mesurée est trop faible pour être "détectée" par l'appareil de mesure, que la variation ne pourra jamais être détectée, et encore moins que la variation n'existe pas.

Je m'explique :

Un appareil de résolution l'unité (qui ne peut mesurer qu'une variation de 1).

La variable réelle vaut 0.6 dans les conditions (1) (avec un câble A). La variable mesurée par l'appareil vaut 1 (arrondi a l'unité).

Dans la deuxième expérience on se trouve dans les conditions (2) (avec un câble B), la variable réelle vaut alors 1,4. La variable mesurée par l'appareil vaut 1 (arrondi a l'unité).

Conclusion du test : aucune différence perceptible. Maintenant reprenez le même test, mais avec une variable réelle qui vaut 0.2 de plus, le même appareil de mesure, les mêmes conditions de mesure. Dans les conditions (1), la variable réelle vaudra 0.8 et l'appareil indiquera 1. Dans les conditions (2), la variable vaudra 1.6, et l'appareil indiquera 2 : BINGO !

Il y a une différence perceptible. Vous voyez bien qu'il ne faut pas faire de conclusion trop hâtive sur l'échec d'un test ABX et la réalité de l'expérience. Avec un test ABX, vous pouvez conforter votre idée que les câbles ne changent rien, en aucun cas vous ne pouvez "prouver" rigoureusement qu'aucune différence n'existe, et encore moins qu'aucune différence audible ne peut exister !

De même, pour enfoncer un peu plus le clou, les conditions de ces tests ne sont pas rigoureuses, encore une fois a cause de la présence de ce fameux "switch" ajouté dans le câblage entre la source et la charge.

Encore mieux, j'ai vu un passage ou il est question de l'usure d'un câble, disant qu'un câble ayant fonctionné longtemps pourrait (en raison d'un certain "rôdage") avoir de meilleures qualités/caractéristiques. On voit même qu'il est question de réaction avec l'isolant du câble : sa couleur change, etc.

Si cette variation de caractéristique n'était pas simplement dû a la réaction causée par les variations de températures ou autre (champs magnétiques...), et que cette réaction de l'isolant entraînerait une variation de sa qualité (constante de permittivité diélectrique) qui entraînerait une variation de la capacitance du câble, qui entraînerait une variation de l'impédance caractéristique, qui entraînerait (selon que l'impédance caractéristique se rapprocherait ou s'écarterait de celle de la source et de la charge) une désadaptation d'impédance ou au contraire une meilleure adaptation ?

LeChacal619

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J'ai trouvé sur un forum d'électronique quelques explications supplémentaires au sujet des adaptations d'impédance :

http://www.abcelectronique.com/forum/showthread.php?s=e0c7ee958a0937c788371956166e3308&t=65717&page=2&pp=10

Citer
Il y'a aussi la fréquence de travail et la longueur d'onde de la ligne.

Lorsqu'on travail a une frequence très inférieure a la longueur d'onde de la ligne, l'adaptation n'est pas utile. C'est le cas en audio.

Par contre, lorsque la fréquence de travail ne devient plus négligeable devant la longueur d'onde de la ligne, il est necessaire d'adapter pour ne pas avoir de problème de réflexion, c'est le cas de la HF.

Exemple facile a mettre en oeuvre :

une corde tendu entre 2 piquets.
- cas 1 : frequence de travail négligeable devant la longeur d'onde :
on agite très lentement la corde => toute la corde se met a bouger en même temps. L'onde de propage quasi instantannément sur la corde.

- cas 2 : fréquence de travail non négligeable devant la longeur d'onde :
on agite d'un coup sec la corde => une onde va se propager le long de la corde, et va arriver un certain temps apres l'exitation. Une fois arrivée au bout, (la corde n'est pas adapté) l'onde va repartir dans l'autre sens et on va se la reprendre plus ou moins fort dans la main.


Dans le Cas2 il est donc nécessaire d'adapté sans quoi le transmetteur va se reprendre du signal dans la figure, ce qui a pour conséquence de fournir moins de puissance au récepteur (c'est pas encore trop gênant) et de risque de cramer le transmetteur en lui faisant absorber une puissance pour laquelle il n'est pas prévu.

Il semble donc que dans le cas de l'audio, l'adaptation d'impédance ne soit pas utile, puisque les longueurs d'onde sont extrêmement longues devant la longueur d'onde du câble (pour une longueur d'onde de 20khz, on a avec une vitesse de propagation de 1/2 x la célérité de la lumière un quart d'onde qui fait une longueur de 1875 mètres. Pour une longueur de câble de quelques mètres a quelques dizaines de mètres, on a donc une longueur de câble insignifiante par rapport a la longueur d'onde des fréquences audio.

Donc il suffirait d'avoir un gros câble a faible résistance (impédance).... Mais ca ne me rassure toujours pas quant à l'adaptation des impédances et ne m'explique pas non plus comment intéragit le câble entre le + et le -... Pour éliminer au maximum les intéractions entre câble on pourrait bien sûr les séparer et les croiser de façon perpendiculaire pour éviter une induction de courant par champ magnétique entre les 2 fils... (élimination de la capacitance du câble) mais ca reste rocambolesque a mettre en oeuvre (déjà que j'utilise des câbles bien trop long de mauvaise qualité enroulés et croisés n'importe comment les uns sur les autres, câbles RCA et câbles de puissance mélangés  :lol:)

almat

  • Invité
Salut LeChacal,

Bon je crois que tu as trouvé la réponse, mais je crois également que tu continues de te compliquer la vie ...
 :d

Pour te dire mes câbles de modulation ne sont même pas blindés, 8 câbles fins toronnés, le top du top d'après HPS, pas vu de différence avec un simple câble à 2€ ...
Mais ils sont plus beaux et moins longs.
 :d

Pour les câbles HP, je ne peux en dire plus que ce que est écrit sur le lien que je t'ai proposé.
Ingé McIntosh ça pose quand même :
http://www.roger-russell.com/

Je pense que les audiophiles qui crisent sur ce genre de question feraient mieux d'examiner sérieusement les véritables améliorations possibles de leurs systèmes.
 :d

@+
Alain




LeChacal619

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Je pense que les audiophiles qui crisent sur ce genre de question feraient mieux d'examiner sérieusement les véritables améliorations possibles de leurs systèmes.

+1 ;).

Bien entendu je ne crise pas sur ce genre de détail, juste je me pose des questions et j'essaie de comprendre si, d'après quelques raisonnements logiques, je peux me faire une idée si oui ou non je pense qu'il est possible que cela influence la qualité du système. Après, si j'arrive a me convaincre par la théorie, je teste en pratique (je ne suis pas du tout du genre a dépenser 10€ pour un câble si je ne pense pas que cela améliorera l'écoute).

Et puis j'aime bien me  :refl:  :ptdr:

almat

  • Invité
>> Et puis j'aime bien me
 :ptdr:

almat

  • Invité
Le Chacal,

Un lien qui va peut-être t'intéresser :
http://diyaudioprojects.com/Technical/American-Wire-Gauge/

On peut déduire de ce doc et du lien que je t'ai donné, qu'il est préférable d'avoir un câble assez gros constitué de plusieurs brins que d'un seul.

@+
Alain

LeChacal619

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 :lol: Moi je n'arrive pas a faire cette conclusion. Qu'est-ce qui te permet de dire ça ??

almat

  • Invité
Salut Le Chacal,

Assez gros pour réduire la résistance et constitué de câbles assez fin pour atténuer ou éliminer l'effet de peau d'après le second lien ...

@+
Alain