Compensation d'impédance des hauts parleurs.

[PETOIN Dominique]

Bonjour

Vu que ses caractéristiques sont méconnues, cela ne fait pas avancer le sujet.

Je ne peux pas vous en dire plus...

Cordialement, Dominique

[fiscal]

Déterrage de sujet


Depuis peu je m'intéresse à la conception d'ampli en classeD; Cette techno a des avantages ( rendement énergétique, à la mode actuellement ), mais aussi ses lacunes.
Le principal à mes yeux est que la linéarité de réponse en sortie du filtre de sortie de l'ampli dépend de l'impédance du HP. Je mets en lien une note de TI sur le dimensionnement du filtre de sortie de ce type d'ampli (pour exemple, et illustration du propos)
https://www.ti.com/lit/an/slaa701a/slaa701a.pdf?ts=1665045949187&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

En fonction de l'impédance de charge, la courbe de réponse résultante n'est pas linéaire en fin de bande passante. Alors comment dimensionner correctement le filtre de sortie de l'ampli en tenant compte de l'impédance réelle du HP, qui n'est pas linéaire?

Une correction d'impédance du HP semble en première vue une bonne réponse, mais celle ci affecte aussi le comportement du HP.

Qu'en pensez vous?

[Rascalito]

ça aide de corriger limpédance... Toutefois, en général le filtre remet du relief.

Une question me turlupine (et dans turlupine y'a...)
Vaut-il mieux une correction série ou // ?

[thierry38d]

Hello,

On ne peut pas trop faire grand chose,

le filtre L*C est défini par le Q (et donc la résistance de charge) donc du HP, éventuellement augmenter la coupure du passe-bas (L*C) de sortie (ou intégrateur comme on veut).
souvent on trouve un petit R*C en sortie du L*C.
Mais comme le Q modifie un peu la réponse vers 20K...peut-être à l'âge d'un ado et ses oreilles, il pourrait éventuellement ressentir qq chose.

[Robert64]

IL y a bien des possibilités, mais c'est plus un problème technico économique.
La première consisterait à avoir en sortie un filtre d'ordre plus élevé qui se manifesterait moins dans l'audible.
L'autre consisterait à inclure le filtre dans une boucle de CR
Deux possibilités, mais qui posent un certain nombre de problèmes assez délicats, mais pas insolubles. Amha, pas rentable pour de l'audio
A+

[fiscal]

Bonjour

Oui, une contre réaction post filtrage est une option intéressante. Je vais développer cette idée.
Sinon, à l'écoute de mes (vieilles) oreilles, celà ne me gêne effectivement pas, c'est juste pour le principe

Merci

[mesonK]

Bonjour,

Personnellement, j'utilise depuis longtemps une toute autre approche pour régler le problème d'impédance variable de la charge : augmenter l'impédance de sortie de l'ampli pour s'approcher d'une attaque en quasi-puissance. Ceci étant dit; je mets de côté le problème de l'amortissement d'une enceinte qui pour moi n'a pas besoin d'être si basse qu'on veut bien le lire ici ou là (évidemment ça n'engage que moi) si on ne pousse pas le curseur à des valeurs indécentes.
Je vise selon les projets un facteur d'amortissement de 1 à 8, ce qui n'est pas si extravagant vu que beaucoup d'amplis à tubes très réputés ont des impédances de sortie au dessus de 1 ohm.

Il est connu par beaucoup d'entre nous qu'un FA très élevé équivaut à une attaque de la charge en tension et un FA très bas à une attaque en courant (générateur de Thevenin et générateur de Norton)
Lors d'une attaque en tension, lorsque l'impédance de la charge augmente, la tension appliquée est inchangée, le courant diminue (I=U/R) et la puissance transmise diminue. Lorsque l'impédance de charge diminue, c'est l'inverse.
Lors d'une attaque en courant, lorsque l'impédance de la charge augmente, le courant appliqué est inchangé, la tension augmente (U=R.I) et la puissance transmise augmente. Lorsque l'impédance de charge diminue, c'est l'inverse.
Dans ces deux cas, toute variation d'impédance de la charge fait varier la puissance transmise, dans des sens opposés en fonction du type d'attaque. On voit immédiatement de cette analyse qu'avec une attaque mixte, les effets inverses et propres aux deux attaques précédentes vont se compenser. Ce qui est le cas...

Avec une attaque 50% en tension et 50% en courant on va obtenir une attaque en "quasi-puissance". Si l'impédance de la charge est modifiée, l'ampli compensera en modifiant le courant et la tension de sortie pour maintenir grosso-modo une puissance transmise égale à environ P =(A x Vin). A est le facteur d'amplification et Vin la tension d'entrée. Pour simplifier, si l'impédance de sortie de l'ampli est choisie égale à l'impédance moyenne de la charge Zhp (6 à 8 ohms), la fonction de transfert en puissance est quasi plate entre Zhp/2 et Zhp*2. Entre Zhp/4 et Zhp*4 c'est un peu plus dégradé mais bien moins que pour un générateur de tension.

Cette solution permet de se passer du filtre correcteur d'impédance toujours salissant et aussi de régler partiellement le problème de la force électromotrice que les amplis à FA élevé ne savent pas gérer. Elle règle enfin le problèmes des câbles de liaison, ces derniers étant vus par l'ampli dans la charge globale.

Comment concevoir un tel ampli ? En fait c'est assez simple. Il suffit de réaliser un amplificateur à transconductance classique, puis d'appliquer une contre-réaction sur la tension de sortie en dosant comme il faut sa contribution.

[fiscal]

Bonjour

C'est peut être une idée intéressante, mais du coup on diminue encore l'efficacité énergétique, non? (par perte dans l'impédance de sortie de l'ampli)
En fait ma question posée était comment gérer la variation d'impédance de charge dans un ampli classe D, qui par définition utilise un filtre passe bas (LC).

[Nico1383]

Bonjour,
L'impédance tant plutôt à augmenter en haute fréquence, donc peut être que ça compense la remonté de la courbe.
Je sais pas il faudrait voir une courbe de l'impédance en haute fréquence et la courbe de sortie de filtre.

[fiscal]

Bonjour,
L'impédance tant plutôt à augmenter en haute fréquence, donc peut être que ça compense la remonté de la courbe.
Je sais pas il faudrait voir une courbe de l'impédance en haute fréquence et la courbe de sortie de filtre.

Malheureusement non, c'est l'inverse qui se produit.

[fiscal]

Voici une illustration du propos. Ci dessous une simulation aboutissant à trois courbes de gain en fréquence de sortie d'un filtre passif de type Butterworth du second ordre (circuit LC), utilisé dans un ampli de classe D classique (tel que celui que j'ai réalisé tout récemment). Le filtre butterworth est généralement choisi car il est linéaire (gain le plus linéaire possible dans la bande passante), caractérisé par son facteur de qualité Q=1/racine(2).
La fréquence de coupure (à -3dB) est espérée à 40kHz: Elle doit être suffisamment basse pour rejeter au maximum les hautes fréquences parasites, et notamment celles issues du hacheur, et suffisamment haute pour laisser passer sans atténuation les fréquences du domaine audible.
L'impédance Z du HP simulé est simplifiée par une résistance de 4r en série avec une bobine de 100µH, ce qui est assez proche du comportement réel d'un tweeter aux hautes fréquences. En effet, le problème de comportement du filtre se situe aux abords de la fréquence de coupure (donc 40kH ici), la fonction de transfert d'un tel filtre s'écrit H=1/(1+(jw*L/R)+L*C*(jw)^2), ou R étant la résistance de charge du filtre en question:

En rouge, c'est la courbe idéale, obtenue avec une résistance de charge purement ohmique de 4Ohms, en bleue la courbe obtenue avec des valeurs de L et C calculées pour une l'impédance de charge réelle à la fréquence de coupure, en jaune la courbe obtenue avec les mêmes valeurs de L et C obtenues dans le premier calcul (R=4Ohms), mais qui tient compte de l'impédance réelle du HP sur la totalité de la bande de fréquence (je rappelle que ne tiens pas compte des facteurs mécaniques du HP, qui modifie différemment le comportement du HP dans les basses fréquences)
La courbe idéale en rouge n'est que pure théorie, et ne se vérifie jamais dans le monde réel, en tout cas sans corrections appropriées. Dans mon cas, pour l'ampli que je viens de réaliser, j'ai juste ajusté au mieux les valeurs de C pour limiter le pic à la fréquence de coupure, sans atténuer significativement la bande passante dans le domaine fréquentiel audible. Mais je suis encore loin de la courbe idéale. Certes, le pic de gain se situe au dessus du domaine audible, mais ce n'est pas satisfaisant d'un point de vue électrique.

Une correction passive de l'impédance du HP ne résoudrait à mon sens que le problème du point de vue de l'ampli qui verrait alors une impédance de charge constante (qui n'en est pas un d'ailleurs), mais celà ne changerait rien aux bornes du HP. Un filtre de pente plus raide (disons 24dB), permettrait de repousser un peu plus loin en fréquence le phénomène indésirable, mais ne le résout pas du point de vue électrique.
Une boucle de contre réaction négative post filtrage me semble intuitivement la plus appropriée pour corriger (en partie tout au moins) ce problème, mais celà introduit un risque d'instabilité de l'ampli, car elle modifie la courbe de réponse en phase (à étudier)

[fiscal]

Bonjour


Voici ce que dit une note d'application de Ti sur la boucle de contre réaction post filtrage:

"PFFB offers many benefits including lower output noise, improved THD+N performance, improved IMD
performance, lower output impedance, frequency response less affected by load impedance, and
suppression of nonlinearities of the LC filter."

Nous y sommes. Je dois revoir ma carte PCB de mon dernier ampli TPA3251 pour intégrer la puce TPA3255 (exactement le même schéma, mais la dimension du radiateur nécessaire à la bonne gestion de la température de cette dernière m'oblige à revoir la chose). J'en profite pour intégrer cette petite amélioration, je vous ferez mon retour d'expérience (il faudra être patient, je suis lent )