Introduction à l`électricité pour la sonorisation But du cours

Introduction à l’électricité
pour la sonorisation
But du cours
Connaître assez au sujet de
l’électricité pour effectuer des
bonnes connexions et trouver
des solutions à des problèmes
communs.
Attention: L’électricité peut tuer!



Ne jamais réparer
l’équipement qui est
branché au mur.
Ne jamais utiliser
l’équipement qui n’est
pas branché dans une
prise avec une bonne
mise à terre
Ne pas utiliser
l’équipement
électrique dans un lieu
humide
Les éléments de base
Ampérage. Symbole I. La quantité de
courant électrique. Mesuré en Ampères
(A).
 Voltage. Symbole E. La force
électromotive. Mesuré en Volts (V).
 Résistance. Symbole R. La résistance au
courant électrique. Mesuré en Ohms (W).

La loi d’Ohm





E=IxR
I = E/R
R = E/I
Exemple: 100 V passe
dans une résistance de
20 W. Combien de
courant est dans le
circuit?
Solution: I= E/R I =
100/20 = 5 A
Les multiplicateurs








Pico – 10-12
Nano – 10-9
Micro – 10-6
Milli – 10-3
Kilo – 103
Mega – 106
Giga – 109
Terra – 1012
5 pΩ = 0.000000000005 Ω
5 nΩ = 0.000000005 Ω
5 µΩ = 0.000005 Ω
5 mΩ = 0.005 Ω
5 kΩ = 5000 Ω
5 MΩ = 5,000,000 Ω
5 GΩ = 5,000,000,00 Ω
5 TΩ = 5,000,000,000,000 Ω
Utiliser un multimètre
Multimètre analog ou
digital
 Utile pour mesurer:

– Voltage
– Résistance
Mesurer ampérage
avec la loi d’Ohm
 Comment mesurer la
continuité

Série/parallèle
Les sources de
voltage s’ajoutent en
série
 Les sources de
voltage ne s’ajoutent
pas en parallèle.

Les résistances
Tout fil a une résistance
Les plus gros fils ont moins de résistance que les
plus petits
 Les petits fils d’haut-parleur augmentent la
distorsion, surtout dans la qualité des basses
fréquences.
 Il y a plusieurs sortes de résistances qui sont
introduits expressément dans un circuit. Deux
sortes communes


– Résistances au carbone
– Résistances avec bobines
– Résistances en film de métal
Code de couleur des résistances
Noir
 Brun
 Rouge
 Orange
 Jaune
 Vert
 Bleu
 Violet
 Gris
 Blanc

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Deux bandes = valeur
Troisième bande =
multiplicateur
4ème bande = tolérance
•Pas de bande = 10%
•Argent = 5%
•Or = 1%
Résistances en série
Résistances en parallèle
Exemple:

Trouvez la résistance du circuit suivant:
Exemple no. 2

Trouvez le voltage de la source si l’ampérage
dans R1 est 10 A.
Les inductances
Utilisent le champ magnétique d’une bobine de
fil pour résister aux variations de courant.
 Une inductance représente un court circuit s’il
n’y a pas de variation dans le courant. Au fur et
à mesure que la fréquence augmente,
l’impédance (Z) augmente.
 On parle de résistance en DC (CC), d’impédance
en AC (CA).
 La valeur de l’inductance est mesuré en Henries
(H) et milliHenries (mH).

Comment calculer l’impédance
d’une inductance
La variation de l’impédance d’une
inductance avec la fréquence
Variation de l'impédance d'une inductance avec la fréquence
300
Impédance (Ohms)
250
200
150
XL
100
50
-
10
100
1,000
10,000
100,000
Fréquence (Hz)
Notez l’utilisation de l’échelle logarithmique
Calculer les inductances multiples
Comment calculer impédance avec
résistance + inductance
Le courant suit le voltage dans un
circuit inductif
Circuit inductif, angle de phase de 60 degrés, 100 V max.
150
100
50
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
-50
-100
-150
Temps
Voltage = jaune, Courant = bleu
Exemple: Résistance et Inductance
en Série
Exemple: Résistance et Inductance
en Parallèle
Types d’inductance

Air core – Des bobines de fil
sans noyau de fer.
–
–
–
–
–

Peu de « hystérise » (distorsion)
Plus haute résistance
Grande taille
Dispendieuses
Utilisés pour valeurs de moins
que 1mH
Iron core – Bobines avec
noyau de fer ou de ferrite
– Si fer laminé, peu être d’assez
bonne qualité, sinon plus haute
distorsion que « air core »
– Plus petite taille physique,
permet des gros valeurs
– Moins dispendieux que « air
core » pour la même valeur
Après la pause….

Les capacitances

De retour à….
Capacitances
Utilisées pour bloquer les basses
fréquences, laisser passer les hautes
fréquences (le contraire des inductances)
 Mesuré en Farads et microFarads (mF).

Comment calculer l’impédance
d’une capacitance
Calcul des capacitances multiples
N.B. que les capacitances sont calculés à l’inverse des résistances et des inductances
La variation de l’impédance d’une
capacitance avec la fréquence
Impédance d'une capacitance avec la fréquence
Impédance (Ohms)
450
400
350
300
250
Impédance
200
150
100
50
10
100
1,000
Fréquence (Hz)
10,000
100,000
Comment calculer impédance avec
résistance + capacitance
Exemple: Résistance et Capacitance
en Parallèle
Le voltage suit le courant dans une
capacitance
Ampérage vs. voltage dans une capacitance
150
100
50
0
100
200
300
400
500
600
(50)
(100)
(150)
Temps
Courant = mauve, voltage = jaune
700
800
Types de capacitance

Électrolytiques – gros valeurs
– Polarisés. Insérer dans un sens seulement
– Non polarisés. Utiles pour filtres
– Beaucoup d’hystérise

Mylar et polypropylène.
– Bonne qualité
– Dispendieux

Céramique
– Bonne qualité. Petites valeurs

Papier/huile
– Bonne qualité. Bas voltage. Gros
Comment augmenter la qualité des
résistances, inductances, capacitances
Utiliser composantes de qualité
 Utiliser composantes multiples en parallèle
pour moins de variations de tolérance.
 Utiliser inductances « air core » ou « iron
core » selon les besoins
 Utiliser capacitances polypropylène ou
mylar à la place des électrolytiques,
utiliser capacitance polypropylène en
parallèle avec électrolytique.

Résistance, inductance, et
capacitance ensemble
Comportement du circuit résonant
en série


À basse fréquence,
la capacitance
bloque le passage
du courant
À haute fréquence,
l’inductance bloque
le passage du
courant
À une fréquence
de résonance, les
deux effets
s’annulent, laissant
seulement la
résistance
Circuit résonant en série
2,000.00
1,800.00
1,600.00
1,400.00
Impédance

1,200.00
XL
1,000.00
XC
800.00
Z
600.00
400.00
200.00
10.00
100.00
1,000.00
Fréquence
10,000.00
100,000.00
Comportement du circuit résonant
en parallèle



À basse fréquence,
la capacitance
bloque le passage
du courant dans sa
branche, mais
l’inductance laisse
passer le courant
dans sa branche
À haute fréquence,
c’est le contraire
qui se passe.
À la résonance, les
deux effets
s’annulent.
25.00
20.00
15.00
Z
10.00
5.00
10.00
100.00
1,000.00
10,000.00
100,000.00
Le concept de « qualité », Q
25.00
Moins qu’il y a de
résistance dans le
circuit par rapport aux
composantes réactifs
(inductances et
capacitances), plus
que la bande est
étroite.
 Une large bande a un
bas « Q » et vice
versa.

20.00
15.00
Z
10.00
5.00
10.00
100.00
1,000.00
10,000.00
100,000.00
250.00
200.00
150.00
Z
100.00
50.00
10.00
100.00
1,000.00
10,000.00
100,000.00
Calcul de la fréquence de
résonance et de Q
Un exemple pratique
Calculer les limites de fréquence
Les filtres passifs

Utilisés dans les hautparleurs pour envoyer
les fréquences vers
les « woofers »,
« midranges », et
« tweeters ».
Passe-bas, Passe-haut, Passe-bande
L’impédance typique d’un « driver »
Circuits typique passe-bas
Circuits typique passe-haut
Circuits typique passe-bande
Le problème des filtres selon les
formules standards
La réponse des « drivers » n’est pas linéaire
avec la fréquence
 L’impédance des «drivers » varie avec la
fréquence
 Résultat: La réponse ne rencontre pas les
prédictions. Les calculs sont énormément
compliqués et longs à faire.
 Solution: Utiliser un logiciel de simulation si
vous savez comment le faire – sinon, acheter
des haut-parleurs tout faits.

Filtre actif vs. passif
Avantages des filtres actifs dans les
Haut-parleurs
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Distortion IM plus bas
Distortion dans un HP n’affecte pas les autres
Gamme dynamique plus large
Meilleures transitoires
Pas de résonances du tweeter avec le
crossover
Pas besoin de compensation pour l’impédance
Meilleur ajustement pour différentes
sensibilités
Plus facile à varier la phase, changer les délais
de temps, l’égalisation, etc.
Avantages/désavantages des filtres
digitaux

Avantages:
– Fréquences et pentes stables et répétables
– Atténuation énorme possible
– Configuration peut être modifiée sur le champ (DSP, digital
signal processing) pour répondre aux besoins psychoacoustiques
de l’endroit.
– Phase et fréquence peuvent être manipulés sans s’affecter
mutuellement
– Fichiers peuvent être transmis par courriel
– Énorme gamme dynamique, surtout si 24 bits

Désavantages:
– Conversion A/D audible si mal conçu
– Transitoires affectées par pentes trop abruptes

Dans peu de temps (10 ans?), presque tous les filtres
dans un système audio seront digitaux.
Après la pause….

Logarithmes et
décibels
 De
retour à….
Logarithmes et décibels
L’oreille, la vue, et les autres sens
répondent à un stimulus selon les
logarithmes, au lieu d’une ligne.
 Ceci permet une bonne sensibilité aux
petits sons, lumière basse, toucher
faible..et une bonne résistance aux sons
forts, lumière brillante, etc.
 Pour calculer l’effet, nous utilisons les
logarithmes et les décibels

Décibels
10 dB est perçu comme le double du
niveau sonore.
 dB = 10 log10 (P2/P1)
 dB = 20 log10 (E2/E1)

Exemple pratique

Exemple: Si un H.P. donne 90 dB avec 1 watt de
puissance à 1 m, combien de puissance sera requis pour
augmenter le niveau sonore à 110 dB?
– 20dB = 10 log (P2/P1)





20/10 = log (P2/P1)
102 = P2/P1
100 = P2/P1
P2 = 100 W
Si on utilise un H.P. de 96dB SPL, combien de puissance
sera requis?
–
–
–
–
–
–
dB = 110-96 = 14dB
14dB = 10 log(P2/P1)
14/10 = log(P2/P1)
101.4 = P2/P1
25.1 = P2/P1
P2 = 25 W
Des chiffres pratiques: si 1 w = 0dB






2 W = +3 dB
4 W = +6 dB
8 W = +9 dB
10 W= + 10 dB
16 W = +12 dB
100 W = +20 dB






500 W = +27dB
1000W = + 30 dB
10,000W = 40 dB
100,000 W = 50 dB
1,000,000 W = 60 dB
10,000,000 W = 70 dB
En digital: Gamme dynamique = nombre de bits x 6dB
8 bits = 48dB.
12 bits = 72 dB
16 bits = 96 dB
24 bits = 144 dB
Ratio de puissance = 63,095
Ratio de puissance = 15.85e6
Ratio de puissance = 3,98E9
Ratio de puissance = 2.51E14
Minimum pour un son de qualité = 16 bits. 24 bits est mieux.
Applications pratique des dB
Les équipements professionnels, amateurs
peuvent varier de niveau – il faut
compenser.
 Les microphones sont ultrasensible,
fonctionnant en mV.
 Les haut-parleurs avec un SPL élevé
requièrent beaucoup moins de puissance.
(Ils sont cependants moins performants
dans la basse).

Quelle est la différence entre les fils
balancés, non-balancés?
Fil non balancé - + sur le centre, retour
sur l’extérieur (le shield)
 Fil balancé – signal partagé entre 2 fils au
centre, chacun inversé en direction l’un de
l’autre, et fils centrals sont torsadés.
Retour sur l’extérieur.
 Résultat – les fils balancés sont beaucoup
moins susceptibles au bruit.

Comportement d’un fil non-balancé
Entrée d'un fil non balancé
Sortie d'un fil non balancé
150
250
200
100
150
100
-
Signal
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Signal
Signal
50
Bruit
(50)
(50)
Signal
50
0
50
100
150
200
(100)
(100)
(150)
(200)
(150)
Temps
Temps
250
300
350
400
Résultat
Signal à l’entrée d’un fil balancé
Entrée d'un fil balancé - fil 3
150
150
100
100
50
50
-
Signal
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Signal
Signal
Entrée d'un fil balancé - fil 2
-
Inverse signal
0
50
100
150
200
(50)
(50)
(100)
(100)
(150)
(150)
Temps
Temps
250
300
350
400
Signal à la sortie d’un fil balancé
Sortie d'un fil non balancé - fil no. 2
Sortie d'un fil non balancé - fil no. 3
200
150
150
100
100
Signal
50
Signal
-
Bruit
0
50
100
150
200
(50)
250
300
350
400
Résultat
Signal
50
Inverse signal
0
50
100
150
200
(50)
(150)
(150)
(200)
(200)
Temps
300
350
400
Bruit
Résultat
(100)
(100)
250
Temps
Signal recombiné – le bruit est
annulé
150
100
Signal
50
-
Signal
0
50
100
150
200
(50)
(100)
(150)
Temps
250
300
350
400
Problèmes/solutions avec fils
balancés
Si les fils sont aplatis, ils peuvent absorber du
bruit, car les deux fils ne reçoivent pas
exactement le même bruit.
 Fil torsadé aide un peu.
 Meilleure solution: Fils « Star-Quad » avec 4
fils. Ils sont plus rond, rejettent moins le bruit.

– 2 fils blanc – pin 2
– 2 fils bleu – pin 3
– Shield – pin 1

Fils Category-5 peuvent être utilisés, mais sont
moins bon que « Star-Quad », et sont difficiles à
souder.
Connexions balancés/ non-balancés



Utiliser de préférence
« direct box », D.I.
Pour réduire le niveau de
+4dBu (professionnel) à
un niveau -10dBu
« consommateur », on
peut utiliser ce circuit.
Pour +4dBu à -35dBu
– R1 = 590 W
– R2 = 20 W

Pour +4dBu à -30 dBV
– R1 = 511 W
– R2 = 75 W
Pour atténuer un signal balancé
Utiliser atténuateur,
ou ce circuit à la fin
de la ligne
 Pour +4dBu à -35
dBu:

– R1 = 301 W
– R2 = 15 W
Pour augmenter la force d’un signal
Utiliser un ampli -10dBV à 4dBu
 Utiliser un mixer

Le calibre des fils
Les plus gros chiffres indiquent les plus
petits fils
 Important pour fils H.P.

– Calibre
– Calibre
– Calibre
– Calibre
– Calibre
18:
16:
14:
12:
10:
10 pieds max.
20 pieds max.
40 pieds max.
80 pieds max.
160 pieds max.
Comment utiliser les fils







Garder les fils les plus courts possible.
Les fils de H.P. gauche et droit et les interconnections
gauches et droites doivent être la même longueur.
Si le fil est trop long, ne pas enrouler le fil, afin d’éviter
les inductances.
Ne pas faire passer des fils de micro et les
interconnections près des fils de puissance, des
moteurs, des ordinateurs, ou des lumières
fluorescentes.
Périodiquement, brancher et débrancher les prises afin
d’éviter les accumulations des oxides. Au besoin,
nettoyer avec un produit anticorrosion.
En débranchant les fils, tirez sur les prises, et non les
cordes.
Ne pas enrouler les cordes trop serré ou faire des plis
serrés
Réduire le bruit électronique
Brancher tout l’équipement de 110 VAC au même côté
du 220VAC.
 Éviter l’éclairage fluorescent
 Faire passer les fils à angle droit lorsqu’ils doivent aller
près des fils de puissance.
 Utiliser fils balancés, équipement balancé.
 Fils les plus sensibles – micros, puis « line level », puis
finalement fils entre amplis et haut-parleurs.
 Augmenter le rapport signal-bruit en maximisant les
préamplis au lieu des amplis. (Ne pas faire la distorsion)

Réduire le bruit (suite)
Ajouter une mise à terre de fort calibre entre chaque
pièce d’équipement et la mise à terre du bâtiment. (8 ou
10 ga.)
 Couper le « shield » sur fils non-balancés à deux fils du
côté ampli, en conservant la connexion au mixer. Avec
fil non-balancé à un fil + shield, ne jamais couper le
shield.
 Attention: Un « shield » coupé peut agir comme
antenne, surtout avec un fil avec signaux digitaux à
proximité. Éviter d’utiliser près d’un ordinateur.
 Utiliser un transformeur d’isolation. Radio Shack 270054 assez bon, un peu de dégradation des basses et
hautes fréquences.
 Un « hum » d’une TV à cablodistribution peut être
enrayé en mettant deux connecteurs 75 ohm à 300
ohms dos à dos. Utiliser Radio Shack 15-1140 et 151523 ou équivalent.

Réduire le bruit (suite)




Faire attention aux impédances. Typiquement,
l’impédance de sortie de l’équipement est environ 500
ohms, impédance d’entrée est de 5 à 50 k ohms. Si
l’impédance d’entrée est haute, ajouter résistance 4.7k
ohms en parallèle pour réduire le bruit.
Éviter de brancher les sorties d’équipement à des
entrées de micro sans un direct box.
Si l’équipement a un transfo de sortie de 600 ohms et a
un « hiss » lorsque branché à une entrée de 5k ohm ou
plus, ajouter une résistance de 680 ohms en parallèle.
Les signaux digitaux doivent avoir des câbles avec
impédance précis. AES/EBU requiert câble 110 ohms,
S/pdif requiert 75 ohms.
Sur le CD – en anglais de l’internet




Introduction à l’électricité – 2 articles
Cables et interconnexions – 5 articles
Diagrammes des connexions pour connecteurs variés
Rane notes
–
–
–
–
Enrayer le bruit
Interconnexions
Les spécifications audio
Etc.
Transformateurs
 Potentiomètres
 Support technique – quoi faire quand les choses ne
fonctionnent pas

Le 10 mai – Le son, l’écoute du son,
et l’acoustique des salles








La nature du son
Les formules acoustiques
Comment l’oreille capte et comprend le son
L’acoustique des salles d’écoute en fonction de
l’utilisation
L’intelligibilité du son
Le gain acoustique
Corriger l’acoustique, etc.
La base de toute bonne sonorisation, mais
la partie la moins étudiée. Permettra
d’éviter des $$$
Le 7 juin – Les microphones et la
prise de son
Types de microphones
Directivité des microphones
 Techniques de prise de son pour la sonorisation
 Techniques de prise de son pour l’enregistrement
 Le soin et l’entretien des microphones
 Les micros sans fil
 Les « direct box »



Comment capter le son dans plusieurs
situations, avec des groupes vocales et
instruments – le bon son commence avec
une bonne source