Filtres cross-over

Lorsque les trois haut-parleurs, woofer, médium et tweeter se trouvent rassemblés à l’intérieur d’un caisson acoustique (enceinte), on ne peut pas les relier en parallèle comme sur la figure 179, car chacun d’eux recevrait des fréquences qu’ils ne seraient pas capables de reproduire parfaitement et, mis à part le fait qu’on obtiendrait des sons distordus, on risquerait de les endommager.
En effet, la membrane du woofer ne réussissant pas à osciller sur les fréquences moyennes et sur les aiguës, elle nous fournirait des sons de mauvaise qualité. La membrane du médium ne risquerait rien, si ce n’est de nous fournir un son incomplet dû à son incapacité d’osciller sur les basses fréquences.
La membrane du tweeter, de dimensions beaucoup plus réduites, risquerait d’être mise hors service par les fréquences moyennes et les basses.

Pour éviter d’endommager les haut-parleurs et pour obtenir une reproduction hi-fi fidèle, il est nécessaire de diviser toute la gamme du spectre acoustique avec un filtre appelé cross-over, composé d’inductances et de capacités, permettant d’envoyer aux deux ou trois haut-parleurs les fréquences qu’ils sont capables de reproduire uniquement.
On peut comparer le filtre cross-over à un dispositif routier servant à dévier les camions (les fréquences basses) dans une direction, dans une autre, les voitures (les moyennes fréquences) et dans une autre encore, les deux-roues (les fréquences aiguës).
Pour les basses fréquences, le filtre cross-over est un passe-bas qui sert à dévier vers le haut-parleur woofer toute la bande de fréquences comprises entre 25 et 500 Hz, en bloquant toutes les fréquences supérieures.
Pour les moyennes fréquences, le filtre cross-over est un passe-bande servant à dévier vers le haut-parleur médium toute la bande de fréquences comprises entre 500 et 4 000 Hz, en bloquant toutes les fréquences inférieures et supérieures.
Pour les fréquences aiguës, le filtre cross-over est un passe-haut servant à dévier vers le haut-parleur tweeter toute la bande des fréquences supérieures à 4 000 Hz, en bloquant toutes les fréquences inférieures. On utilise en général le tweeter pour les fréquences comprises entre 4 000 et 25000 Hz.
Dans une enceinte acoustique n’ayant que deux haut-parleurs, c’est-à-dire un woofer et un médium, le filtre crossover est calculé de façon à envoyer toutes les fréquences comprises entre
25 et 2000 Hz vers le woofer, et toutes les fréquences supérieures à 2000 Hz, vers le médium.
Même si on trouve dans le commerce des cross-over prêts à être installés dans une enceinte acoustique, ces filtres peuvent être facilement réalisés. Il suffit pour cela de se procurer les inductances et les capacités nécessaires.

Nous reportons sur la figure 181 le schéma d’un filtre à 2 voies et les formules permettant de calculer les valeurs des inductances en millihenry et celles des capacités en microfarads.
Exemple : Calculez les valeurs des inductances et des capacités à utiliser pour un filtre cross-over à 2 voies (voir figure 181), en disposant de haut-parleurs d’une impédance de 8 ohms.
Solution : En utilisant les formules du tableau, on obtiendra :
L1 = (79,60 x 8) : 2000
= 0,3184 millihenry
L2 = (255 x 8) : 2 000
= 1,02 millihenry
L3 = 0,625 x 1,02
= 0,6375 millihenry
C1 = 99 500 : (8 x 2 000)
= 6,218 microfarads
C2 = 1,6 x 6,218
= 9,948 microfarads
C3 = 3,2 x 6,218
= 19,897 microfarads
Signalons toutefois qu’une différence sur la valeur demandée de 3 % en plus ou en moins, ne modifiera en rien les caractéristiques du filtre, et que par conséquent :
- pour L1, on pourra utiliser une impédance d’une valeur comprise entre 0,3 et 0,33 millihenry ;
- pour L2, on pourra utiliser une impédance d’une valeur comprise entre 0,99 et 1 millihenry ;
- pour L3, on pourra utiliser une impédance d’une valeur comprise entre 0,60 et 0,65 millihenry ;
- pour C1, on pourra utiliser une capacité d’une valeur comprise entre 5,9 et 6,5 microfarads ;
- pour C2, on pourra utiliser une capacité comprise entre 9,6 et 10,2 microfarads ;
- pour C3, on pourra utiliser une capacité comprise entre 19,3 et 20,5 microfarads.
Nous reportons sur la figure 184, le schéma d’un filtre à 3 voies et les formules permettant de calculer les valeurs des inductances en millihenry et celles des capacités en microfarads.
Exemple : Calculez les valeurs des inductances et des capacités à utiliser pour un filtre cross-over à 3 voies (voir figure 184), en disposant de haut-parleurs d’une impédance de 8 ohms.
Solution : En utilisant les formules du tableau, on obtiendra :
L1 = (159 x 8) : 4 000
= 0,318 millihenry
L2 = (159 x 8) : 500
= 2,54 millihenrys
L3 = 1,6 x 0,318
= 0,5 millihenry
L4 = 1,6 x 2,54
= 4 millihenrys

C1 = 99 500 : (8 x 4 000)
= 3,10 microfarads
`
C2 = 99 500 : (8 x 500)
= 24,8 microfarads
C3 = 1,6 x 3,10
= 4,96 microfarads
C4 = 1,6 x 24,8
= 39,68 microfarads
Il nous sera également possible d’utiliser avec ces composants des inductances et des capacités ayant une différence sur la valeur demandée de 3 % en plus ou en moins.
En ce qui concerne les capacités, nous vous conseillons de toujours utiliser des condensateurs polyester car les condensateurs électrolytiques sont non seulement polarisés mais ils ont des tolérances pouvant atteindre 40 %.
Etant donné que vous trouverez difficilement des condensateurs polyester ayant des valeurs de capacité aussi élevées, vous devrez en relier deux ou plusieurs en parallèle, de façon à obtenir la valeur demandée (reportez-vous à la leçon numéro 3 pour les groupements de condensateurs).
Pour les inductances, vous devrez utiliser des bobines entourées de fil de cuivre d’un diamètre d’au moins 1 mm, pour pouvoir laisser passer le courant nécessaire sans surchauffe.
Note : Les inductances à utiliser pour les filtres cross-over sont toujours bobinées sur des supports dépourvus de noyau en fer (voir figure 182).