Un simple condensateur permet de filtrer et d’atténuer un tweeter et donc d’optimiser le rapport entre aigus et graves. Le condensateur se monte en série avec le tweeter et forme un filtre passe haut du premier ordre, ultra simple à mettre en oeuvre.

La musique : beaucoup de graves, peu d’aigus

Il ne faut jamais brancher directement un tweeter sur un haut-parleur de grave ou le bornier de l’enceinte. En effet, à une puissance de seulement quelques Watts, le tweeter grillerait. Un filtre est nécessaire pour qu’il ne reçoive que les hautes fréquences et qu’on lui épargne d’encaisser tout le reste. Sur 100 Watts de musique, il n’y a que quelques Watts dans les aigus, le spectre de la musique (la répartition de la puissance sur chaque bande de fréquence) étant réparti avec beaucoup de graves, moins de médiums et peu d’aigus.

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Répartition du spectre musical : peu d’aigus pour le tweeter

Bien sur, cela dépend beaucoup du style de musique. Il s’agit ici d’une moyenne statistique, mais qui sert de base pour la plupart des enceintes et des systèmes hifi ou sono. Par exemple, un caisson de grave est toujours plus puissant qu’un satellite ou une enceinte surround.

Filtre passe haut du premier ordre : le condensateur

Un filtre passe haut du premier ordre peut être réalisé avec un condensateur en série avec une résistance (filtre RC). La résistance, c’est le tweeter (qui fait 4 ohms ou 8 ohms selon les modèles, les tweeters piézo étant exclus). Le condensateur qu’on place en série laisse passer les hautes fréquences (les aigus) et atténue fortement les basses fréquences (les graves).

Filtre passe haut du premier ordre : la fréquence de coupure

Lorsqu’on souhaite dimensionner un filtre pour son tweeter d’enceinte hifi ou sono, il faut utiliser la relation classique des filtres (passe bas et passe haut RC du premier ordre, c’est la même d’ailleurs) :

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Fréquence de coupure d’un filtre du premier ordre (filtre RC)

R : en Ohms

C : en Farads (1 uF = 1e-6 F = 0, 000 001 F)

f : en Hertz

Prenons quelques exemples de calcul, histoire de se familiariser avec la formule :

Quelle est la fréquence de coupure (fc) que donne un condensateur de 2,2uF avec un tweeter de 8 Ohms ?

Réponse : fc = 1 / (2 x pi x 8 x 2,2e-6) = 9043 Hz

La fréquence de coupure est de 9kHz environ. En réalité, un tweeter ne fait jamais 8 Ohms de résistance. C’est toujours une approximation de la réalité (10 à 20% d’erreur en pratique).

Quelle est la fréquence de coupure (fc) que donne un condensateur de 4,7uF avec un tweeter de 8 Ohms ?

Réponse : fc = 1 / (2 x pi x 8 x 4,7e-6) = 4233 Hz

La fréquence de coupure est de 4kHz environ.

Quel condensateur faut-il pour filtrer à 6kHz un tweeter de 4 Ohms ?

fc = 1 / (2.pi.R.C)

C = 1 / (2.pi.R.fc)

C = 1 / (2 x 3,14 x 4 x 6000) = 6,63uF

On choisit un condensateur de 6,8uF (valeur standard) pour filtrer à 6kHz. Le même condensateur filtrera à 3kHz un tweeter de 8 Ohms.

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Branchement du condensateur de filtrage/atténuation du tweeter

Atténuation d’un tweeter par condensateur : astuce qui ne coûte rien

Le même condensateur peut servir d’atténuation du tweeter, ce qui est utile quand le rendement du tweeter est plus élevé que celui du boomer. C’est un cas fréquent pour les tweeters à pavillon (100 – 105 dB de rendement à 1W 1m) comparés aux boomers (90 – 100dB de rendement). On peut aussi souhaiter atténuer un tweeter par préférence sonore. Au fond, c’est subjectif et l’essentiel est d’avoir un son qui plaît et qu’on a envie d’écouter.

Un autre argument est qu’on peut utiliser un tweeter de faible puissance sur une enceinte de forte puissance en atténuant le tweeter. Comme il ne reçoit qu’une toute petite portion de la puissance totale de la musique, il fonctionnera sans griller. Bien sur, on perd de l’aigu à l’écoute.

Un tweeter de 20W peut fonctionner aussi bien sur un satellite de 100W que sur une grosse enceinte de 500W s’il est atténué. L’essentiel étant qu’au cours de sa vie, le tweeter ne reçoive jamais plus de 20W. Sinon, il grillera.

Réponses en fréquence : quand le filtre devient atténuateur

L’astuce consiste à réduire la valeur du condensateur pour diminuer le courant qui passe à travers le tweeter. La fréquence de coupure peut dépasser 20kHz sans problème. Le filtre ne joue alors plus le rôle de filtre mais d’atténuateur. Le tweeter ne fonctionne que dans la bande atténuée du filtre.

Observons quelques réponses en fréquence de filtre pour tweeter (filtre RC du premier ordre)

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Réponses en fréquences de filtres RC : fréquences de coupure différentes (8 Ohms)

En trait plein, les gains (c’est surtout ça qui compte pour le tweeter)

En pointillés : les déphasages apportés par les filtres

Dans les basses fréquences (la bande atténuée), le déphasage tend vers 90°, c’est-à-dire un quart de période. C’est le déphasage le plus faible que peut apporter un filtre dans sa bande atténuée. C’est donc l’avantage de la simplicité (simple condensateur pour filtrer).

Concernant les gains, plus le condensateur est petit, plus la fréquence de coupure est élevée, et plus dans la bande atténuée, le tweeter est atténué (voir la partie encadrée du graphique ci dessus).

En regardant de plus près cette bande atténuée (ici 5 – 20kHz pour un tweeter, c’est bien dans ces fréquences qu’il est utile) :

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Atténuations apportées par des valeurs de condensateurs faibles (tweeter 8 ohms)

Ici, la fréquence de coupure est au delà de 20kHz pour 1uF et 0.47uF. Le tweeter ne donnera du son que lorsque le condensateur est déjà en mode filtre. Si on divise par 2 la valeur du condensateur, on atténue de 6dB supplémentaires. Cela peut être intéressant pour atténuer une compression à très haut rendement (106-108dB par exemple). De plus, la pente du filtre favorise les plus hautes fréquences. Ce filtrage progressif n’a pas vraiment de fréquence de coupure au sens traditionnel, mais propose un rendu sonore très intéressant tout en apportant un déphasage faible, toujours inférieur à 90°.

Puissance de l’enceinte et puissance du tweeter

Lorsqu’on divise par 2 la valeur du condensateur avec cette méthode, on perd 6dB d’aigus mais en même temps on multiplie par 4 la puissance admissible par le tweeter et son condensateur. En effet, il faut apporter une tension double (donc une puissance multipliée par 4, c’est à dire mettre le son 6dB plus fort) pour que le tweeter reçoive la même tension.

En doublant le condensateur, on gagne 6dB d’aigus et on divise par 4 la puissance admissible par le tweeter.

En pratique, des condensateurs de filtrage/atténuation de 1uF, 1,5uF ou 2,2uF sont habituels.

Avec des fréquences de coupures plus basses, on retrouve la formule classique : exemple d’un tweeter filtré à 9kHz avec un condensateur 2,2uF :

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Filtre d’un tweeter à 9kHz avec un condensateur 2,2uF

Choix du condensateur de filtrage

Pour filtrer un tweeter, il faut éviter les condensateurs chimiques polarisés. Tous les autres condensateurs font l’affaire, film plastique, etc. Il est conseillé de choisir des condensateurs 250V, au pire 100V.

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Exemples de condensateurs utiles pour le filtrage et l’atténuation des tweeters

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Tweeter filtré avec un condensateur 2.2uF

Cette méthode (condensateur) ne fonctionne pas avec les tweeters piézo où une résistance série de 10 Ohms 5Watts est l’habitude.

Rendu sonore de ce filtrage simple

Ultra simple, ce filtrage est doux et progressif, favorisant les plus hautes fréquences. L’extrême aigu est mis en avant, permettant au tweeter de donner sa juste mesure jusqu’au plus haut du spectre, dans les hauteurs cristallines.

Avantages de ce condensateur de filtrage

L’astuce du condensateur pour filtrer et/ou atténuer un tweeter possède de nombreux avantages :

– ultra simple

– ultra économique (pas de circuit imprimé de filtre d’enceintes)

– déphasage toujours inférieur à 90°

– atténuation possible pour compenser le haut rendement d’un tweeter à compression

– possibilité de brancher un tweeter modeste sur une grosse enceinte si on l’atténue