Facteur d'amortissement pour les nuls

[arnaud]

Bonjour !
Je crois qu’il y a énormément de malentendus concernant le facteur d’amortissement.
La première fois que je m’y suis frotté, c’est au lycée, au cours d’une manipulation mettant en œuvre un galvanomètre à miroir :
http://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/galvanom%C3%A8tre/54387

L’expérience était suffisamment spectaculaire pour que je m’en souvienne comme si c’était hier :
On branche l’éclairage interne du miroir pour avoir le spot sur l’écran, on déconnecte la bobine, puis on donne une pichenette sur le flan pour constater que le miroir du galva oscille interminablement d’un bout à l’autre de l’écran gradué.
Quand on en a assez de le voir osciller, on court-circuite les bornes du galva, et là, surprise, le spot reste comme cloué sur place. S’il n’est pas en position centrale il lui faudra presque une heure pour la rejoindre de manière exponentielle et sans rebond.
Si on rouvre le circuit et que le spot n’est pas en position centrale, les oscillations reprennent.

Avant de ranger les galva à miroir, il fallait les bloquer par ce simple court-circuit sinon le prof de physique piquait une crise.
La leçon traitait évidemment de la force contre-électromotrice (fcem) : lorsque le flux du champ magnétique qui traverse un circuit conducteur varie au cours du temps, il apparaît dans ce circuit une tension induite. La tension ainsi créée est orientée de façon à générer des courants s'opposant à la variation du flux. On dit donc qu'elle s'oppose à la variation du flux.
Les matheux réviseront les lois de Maxwell…

En reprenant l’expérience mais en remplaçant le court-circuit par une résistance, le spot oscillant se trouve simplement ralenti puis s’immobilise plus ou moins vite après d’éventuels rebonds. C’est le fameux ‘amortissement’.
C’est bien ainsi que se comportent nos chères enceintes quand on les relie à un ampli ; ce n’est plus un miroir qui oscille, mais les membranes dont les velléités sont plus ou moins freinées (amorties) par la résistance en série dans le circuit.

En fait ce n’est pas une résistance mais une combinaison série-parallèle de résistances et d’impédances qu’il faut considérer :
Résistances parasites des bobines mobiles des haut-parleurs.
Impédance des HP dans leur environnement (suspensions et élasticité de l’air). L’impédance qui varie en fonction de la fréquence est également chiffrée en ohms.
Résistances parasites et impédance des filtres.
Résistance des câbles de liaison.
Résistances parasites du transfo de sortie (s’il existe).
Impédance dynamique de sortie de l’ampli en activité.
Impédance de sortie de l’étage de puissance pris seul, exemple 8 ohms.

Appelons FA le facteur d’amortissement = impédance récepteur / impédance source
Il va de soi que la formule simpliste FA = impédance enceinte / impédance de sortie dynamique est archi fausse.
En connectant sur une enceinte 8ohms un ampli présentant une impédance dynamique de sortie de 0.1ohms on n’aura pas 80 de FA, à elles seules les résistances parasites des HP le font chuter à 2 ou 3 !

Pour clore provisoirement je voudrais vous citer le cas de cet ampli à tubes (Audio-Innovation 400) qu’on m’a apporté récemment à réviser et qui ne possède aucun système de correction (pas de CR).
J’ai mesuré son impédance dynamique de sortie, vous êtes assis…. 64 ohms !

Si on applique stupidement la formule on trouve FA = 8/64 = 0.125 …affreux…mais non puisque c’est faux, il faut mettre en parallèle les 8 ohms d’impédance de sortie de l’ampli.
Ici on est proche de FA = 8/8 = 1 … le résultat auditif présente bien quelques colorations mais rien d’excessif.

[chanmix51]

Bonsoir Arnaud,

Merci pour cette explication. J'ai cependant un peu de mal à saisir la différence entre « impédance dynamique de sortie » et « impédance de l'étage de puissance pris seul » (et qui vaut 8 ohms).

Amicalement,
Grégoire

[Thevenin]

Salut Arnaud,
Pour clore provisoirement je voudrais vous citer le cas de cet ampli à tubes (Audio-Innovation 400) qu’on m’a apporté récemment à réviser
C'est celui là et pourquoi une révision! tube hs ou usés

[René]

Bonjour,

L'histoire avec le galva me fait immédiatement penser au shunt placé sur les bornes des galvas lorsque l'on doit les expédier.
C'est toujours bon à faire, même sur un multimètre ou des haut-parleurs.

Et pour le facteur d’amortissement, je pense inévitablement à l'avantage des grandes membranes qui n'ont pas besoin de grandes élongations pour faire du grave.

[alain93]

bonjour
je suis comme Grégoire,j'ai pas tout compris.
pourquoi mettre en // les 8 ohms de l'ampli (qui ne dépend que de la charge qu'on lui met) ?
et dans ce cas ça serait la résistance équivalente de 8 ohms et 64 ohms soit 7,1 ohms.
mes amitiés
Alain

[arnaud]

Bonjour !
L’amortissement peut être comparé au frein moteur d’une voiture, nous avons le frein naturel du moteur (étage de sortie) à travers la boîte de vitesse (TS) auquel s’ajoute une action éventuelle sur l’accélérateur (contre-réaction par exemple).
L’étage de sortie voit l’enceinte à travers le TS et inversement l’enceinte voit l’étage de sortie à travers le TS et son rapport de nombre de spires au carré.
Prenons le cas d’une enceinte de 8 ohms connectée à la sortie 8 ohms du TS. L’enceinte voit l’ampli sous la forme d’une source de tension possédant une résistance interne de 8 ohms. Pour cela l’étage de sortie doit être sous tension. C’est là une impédance qu’on peut qualifier de statique même si le terme est mal choisi.
Pourquoi faut-il égalité des impédances ‘statiques’ entre émetteur et récepteur ? C’est obligatoire si on veut optimiser le transfert de puissance. C’est frappant en haute fréquence où l’inégalité des impédances revoie des échos de rebonds multiples le long des câbles. Même obligation dans les filtres LC qui provoquent des perturbations en cas de désadaptation, même en BF.

L'ajout d'un système correctif, une contre-réaction (RC) par exemple, modifie le fonctionnement dynamique en agissant sur le volume du signal à amplifier, un peu comme si on agissait sur le coefficient d’amplification en temps réel.
Par exemple, si à une certaine fréquence l’impédance de l’enceinte est plus basse, elle fera chuter la tension de sortie à cette fréquence (perte de puissance), la CR gonflera alors le signal à l’entrée pour remonter le niveau de sortie et maintenir plate la courbe de réponse.
Autrement dit : si au lieu des 8 ohms attendus, l’ampli débite à certaines fréquences sur 6 ohms ou 10 ohms, la CR ramènera la tension vers le nominal attendu.
Le système de correction transforme l’ampli en une source de tension à faible résistance (impédance) interne. Il s’agit là d’une impédance dynamique qui vient en parallèle avec celle statique.
Dans les amplis sans dispositif correctif l’impédance dynamique est élevée, seule la statique assure l’amortissement.
Dans les amplis avec dispositif correctif l’impédance dynamique est faible et assure pratiquement à elle seule l’amortissement. Mais n’oublions pas les résistances parasites diverses qui jouent les trouble-fêtes.

[arnaud]

Salut Thierry, tous mes voeux sont joints et garantis sans virus !

Pour répondre à ta question l'Audio Innovation 400 était totalement encrassé, les potars à ciel ouvert n'avaient plus de contact. Un coup de spray et il a presque retrouvé sa jeunesse, les tubes étaient encore corrects.
Il semble que leur modèles sans CR n'ont pas eu de suite, il faut dire que le choix des enceintes est crucial si on désire limiter la coloration !

[chanmix51]

Et pour le facteur d’amortissement, je pense inévitablement à l'avantage des grandes membranes qui n'ont pas besoin de grandes élongations pour faire du grave.

Et qui, si j'ai bien compris, n'aiment pas forcément être trop amorties…

renons le cas d’une enceinte de 8 ohms connectée à la sortie 8 ohms du TS. L’enceinte voit l’ampli sous la forme d’une source de tension possédant une résistance interne de 8 ohms. Pour cela l’étage de sortie doit être sous tension. C’est là une impédance qu’on peut qualifier de statique même si le terme est mal choisi.
Pourquoi faut-il égalité des impédances ‘statiques’ entre émetteur et récepteur ? C’est obligatoire si on veut optimiser le transfert de puissance. C’est frappant en haute fréquence où l’inégalité des impédances revoie des échos de rebonds multiples le long des câbles. Même obligation dans les filtres LC qui provoquent des perturbations en cas de désadaptation, même en BF.

Ça me parle mais je ne comprends toujours pas

Le TS joue le rôle d'une loupe d'impédance, d'un coté on voit gros de l'autre petit. L'étage final est chargé par une impédance perçue grosse car multipliée par le carré du rapport de transformation. Donc -- mettons -- 8Ω = 8kΩ, l'étage final est chargé par 8kΩ pour une enceinte de 8Ω.
L'enceinte voit la grosse impédance de plaque des penthodes ( en série si push pull ) divisée par le rapport de transformation d'impédance soit 64Ω, c'est l'impédance de sortie.

Je ne comprends pas pourquoi l'enceinte perçoit l'ampli comme une source de tension d'impédance interne 8Ω mise en parallèle avec l'impédance de sortie. D'où sortent ces 8Ω

Amicalement,
Grégoire

[René]

Je ne comprends pas pourquoi l'enceinte perçoit l'ampli comme une source de tension d'impédance interne 8Ω mise en parallèle avec l'impédance de sortie. D'où sortent ces 8Ω

Je le vois comme cela:

Sans système de correction, par l'effet loupe inversé, si on se place du coté de l'enceinte, on voit bien les 8 ohms de la sortie de l'ampli.

Avec le système de correction, vient se placer en // sur ces 8 ohms la Z dynamique imposée pour corriger le signal.

Et qui, si j'ai bien compris, n'aiment pas forcément être trop amorties…

Normalement oui. Disons que cela s'accorde bien avec des amplis sans correction (ou faible) genre monotriode.
Mais, cela se gère au cas par cas.
Certains constructeurs (comme Fisher dans ses blocs mono) prévoyaient une CR variable pour adapter au mieux l’amortissement selon les HPs utilisés.

[arnaud]

Le TS ramène les 8K à 8 ohms.
Ces 8 ohms sont permanents dès que l'étage de sortie est chaud.
Ces 8 ohms sont en parallèle avec l'impédance dynamique de sortie qui va par exemple de 0.1 ohms en cas de CR.... à 64 ohms comme pour l'Audio Innovation cité qui n'a pas de CR.
Dans le cas de l'Audio Innovation le niveau de sortie varie assez fortement en fonction de la charge ; la courbe de réponse sur enceinte présente des bosses de près de 10dB, elle suit la courbe d'impédance (scope sur sortie HP). Pourtant l'amortissement est parfaitement audible au tapotement manuel du boomer.
Juste pour dire que malgré l'impédance dynamique élevée (64R) on est quand même amorti.
Preuve : en remplaçant l'enceinte par un ampli à forte CR à travers une résistance série et en injectant un signal à contresens j'ai mesuré les 7 ohms (8//64) qui assurent un amortissement proche de 1.

[chanmix51]

Je sens qu'on touche le problème du doigt… je ne cherche évidemment pas à contester mais plutôt à comprendre et je remercie Arnaud et René pour leur patience

Le TS ramène les 8K à 8 ohms.

Mais cette impédance de 8k n'existe-t-elle pas uniquement que parce que l'impédance de l'enceinte fait 8Ω ?
Si ma charge fait 6Ω, alors la charge de mes tubes sera de 6k… j'aurais alors 6Ω en // de l'impédance de sortie ? C'est une impédance reflétée de l'impédance reflétée ?

Amicalement,
Grégoire

[alain93]

re

Chanmix a écrit
Je sens qu'on touche le problème du doigt… je ne cherche évidemment pas à contester mais plutôt à comprendre et je remercie Arnaud et René pour leur patience

moi de meme
Alain

[Thevenin]

merci Arnaud,
C’était pas merveilleux cet ampli alors!
A+

[arnaud]

Non Thierry !

[René]

Mais cette impédance de 8k n'existe-t-elle pas uniquement que parce que l'impédance de l'enceinte fait 8Ω ?

Il me semble que c'est un ensemble et qu'il ne faut pas en exclure l’impédance de sortie de l'étage de puissance qui définit le calcul du TS.

[chanmix51]

Bonjour,

Ça y'est, j'ai compris ! ( enfin, je crois ).

Puisqu'on parle d'amortissement, on parle du retour de courant de l'enceinte vers le TRS. Celui ci voit bien une impédance de 8Ω entre les bornes du secondaire -- car le primaire est chargé à 8k via les 8Ω du HP -- en // de l'impédance de sortie de l'ampli, point.

Donc en ce qui concerne le FA, celui-ci va tendre vers 1 quand l'impédance de sortie tend vers l'infini.

En fait, cette impédance est l'impédance d'entrée de l'ampli via la sortie HP

cqfd.

Amicalement,
Grégoire

[arnaud]

Bonjour !
Il faut quand même donner la définition du facteur d'amortissement : FA = impédance HP / impédance source.
Pour un ampli à tubes avec TS et en absence de correction (CR ou différentielle) cela nous donne FA=1 si les impédances sont optimisées (égales)
Si le HP est débranché (impédance source infinie) on a FA=0 et la membrane est totalement libre dans ses mouvements.
Si vous tapotez la membrane d’un boomer avec l’enceinte débranchée, puis enceinte branchée ampli arrêté, puis ampli chaud vous entendrez progressivement la différence, les résonances parasites dans le grave sont de plus en plus atténuées par la monté du FA.

[chanmix51]

Bon, j'ai une explication moins fumeuse que celle donnée précédemment.

Disons que la fem est juste en parallèle de la charge

Donc les impédances qui contribuent à l'amortir sont la Zout de l'ampli en parallèle avec la charge elle même… basta.

Être bête est un handicap à hauteur du temps qu'on met à se soigner

Amicalement,
Grégoire

[arnaud]

Bien vu : deux générateurs (ampli et HP en mouvement) et deux impédances en série, le tout qui reboucle.
Le courant fcem produit une tension V=Z*I sur la sortie de l'ampli ; cette tension s'additionnant au signal audio est traitée comme une distorsion par la boucle corrective (FA>1).
Si l'ampli est sans correction, on ne peut compter que sur la boucle de courant pour amortir les libertés prises par le HP (FA=1), tout comme le galva cité en début d'article lorsqu'il est amorti par une résistance non nulle.

[Yves07]

J'arrive presque à suivre !
Quizz:

Soit un HP dont l'impédance est de 8 ohms (sur une certaine plage de fréquence) et dont la résistance du fil de la bobine mobile est de 2 ohms.
Non chargé, l'amortissement "électrique" est nul. Seules les forces mécaniques (élasticité de la suspension) le "rappellent" en position de repos après un "certain temps".
Quizz:
- Est ce que la présence de l'aimant influe sur ce temps ? ?
- Mis en court circuit, ce temps diminue mais il est en fait chargé par 2 ohms ? OUI / NON ?
- Le HP peut il être assimilé à un générateur de tension d'impédance 2, 8 ou 10 ohms (QCM )
- Quel sera le FA réel si piloté par un ampli d'impédance interne nulle (source de tension parfaite).
- Et si l'ampli a une impédance interne négative ? ?

A vous lire,
Yves.

[arnaud]

- Est ce que la présence de l'aimant influe sur ce temps ? ?

Oui, plus le champ magnétique est puissant plus le courant est fort, donc le mouvement ralenti.
Evidemment, en circuit ouvert, pas de courant, l’oscillation est libre et purement mécanique.
N’oublions pas que l’air interne ajoute sa propre élasticité et résonance.

- Mis en court circuit, ce temps diminue mais il est en fait chargé par 2 ohms ? OUI / NON ?

En court-circuit, on a vu que le temps de retour augmente (d’avantage de courant généré) mais on est bien chargé par les 2 ohms qui empêchent l’amortissement d’être infini.

- Le HP peut il être assimilé à un générateur de tension d'impédance 2, 8 ou 10 ohms (QCM )

L’impédance nominale est en série avec la source de tension fcem, et cela doit pouvoir se vérifier expérimentalement.

- Quel sera le FA réel si piloté par un ampli d'impédance interne nulle (source de tension parfaite).

Seuls les 2 ohms subsistent, Fa=8/2=4

- Et si l'ampli a une impédance interne négative ? ?

L’ampli oscille à partir du moment où son impédance dynamique de sortie atteint et passe sous le zéro.
Mais cela est autorisé à fréquence nulle ou presque, donc pour une alimentation presque stabilisée où plus on tire, plus la tension monte. Cela est possible, je l’ai fait !

[chanmix51]

Disons que la fem est juste en parallèle de la charge

- Le HP peut il être assimilé à un générateur de tension d'impédance 2, 8 ou 10 ohms (QCM )

L’impédance nominale est en série avec la source de tension fcem, et cela doit pouvoir se vérifier expérimentalement.

Bon bein finalement, je n'ai rien compris alors

Amicalement,
Grégoire

[arnaud]

Bonsoir !
La fcem débite forcément à travers la résistance parasite (Rb) de la bobine, et c'est ce courant qui amortit la membrane, plus il est fort (Rb faible) plus il amortit.
Un HP se comporte en sens inverse vers l'ampli comme une dynamo de vélo, plus l'ampoule est forte, plus la roue est freinée.

Quiz :
Pourtant via un ampli à contre-réaction classique, l'amortissement d'un HP est tributaire du taux de CR, cela s'entend aisément, malgré la résistance parasite non négligeable de la bobine, un taux fort amortit d'avantage
Ce n'est plus le cas ou presque en correction différentielle.
...explications...

[Yves07]

. . .
Quiz :
Pourtant via un ampli à contre-réaction classique, l'amortissement d'un HP est tributaire du taux de CR, cela s'entend aisément, malgré la résistance parasite non négligeable de la bobine, un taux fort amortit d'avantage
Ce n'est plus le cas ou presque en correction différentielle.
...explications...

C'est pourquoi j'ai évoqué la possibilité que l'impédance interne de l'ampli deviennent négative . . . avec les risques d'instabilité qui en découlent.
ElectroVoice faisait ça sur ses circlotrons, un réglage permettant d'appliquer une réaction de courant: une augmentation de courant dans la charge provoque une augmentation de la tension de sortie ce qui provoque une augmentation du courant dans la charge . . .
Même idée dans le PhotoPhone RCA que Totof connait bien.

Des réactions

[arnaud]

L'explication me semble simple : l'impédance dynamique de sortie d'un ampli augmente aux extrémités du spectre ; en appliquant un taux de CR classique élevé on étend la BP vers le bas tout en réduisant l'impédance dynamique de sortie --> plus de graves et FA plus élevé. Le déphasage est également réduit par une CR élevée.
En correction différentielle les graves sont présents par la force des baïonnettes et l'amortissement toujours au taquet ou presque.

Voir au passage ces tests en corr.diff. en date du 17 juillet 2013 15h20
http://6bm8-lab.fr/phpBB/viewtopic.php?f=3&t=170&start=200
Sachant que le FA est sensiblement égale au gain du tube diff, vous constatez qu’un FA élevé n’amortit pas d’avantage qu’un FA moyen. Par contre avec un FA faible (correction coupée) de la mollesse apparaît.

[PascalB]

Bonjour à tous,

Je me permets d'intervenir car tout récemment je suivais sur youtube l'intervention d'un ingénieur suisse, initiateur d'une gamme d'enceinte de monitoring haut de gamme (PSI audio, marque dont j'ignorais l’existence) dont la particularité est de contrôler en permanence le facteur d'amortissement des hauts parleurs.
La vidéo est assez longue et un peu lente à aborder le sujet, mais je pense que les amateurs du forum devraient apprécier de la suivre jusqu'au bout car ce monsieur non dénué d'humour et assez "classe" semble avoir consacré sa vie à ce sujet et parfaitement le maîtriser: Importance de la maîtrise et de l'amortissement... par Alain Roux (PSI Audio)

https://www.youtube.com/watch?v=WaJ259LAY2c

D'autre part intervenant plus que rarement sur le forum je profite de l'occasion pour vous demander si le site Audiyofan.org fonctionne toujours, car j'ai fait il y a dix jours une demande d'inscription, validé par un mail m'indiquant une prochaine approbation par un administrateur et depuis je n'ai pas de nouvelle. Le but de ma demande était de pouvoir visualiser les schémas de l'OTL 6C41C et du PP d'EL90 à correction différentielle et de son grand frère à base de GU19.

En vous remerciant encore et toujours de mettre à disposition de tous les résultats de vos recherches et expérimentations.
PascalB ( l'autre)

[Totof]

Bonsoir

Oui Audiyofan fonctionne toujours et votre inscription ne me dis absolument rien avec le pseudo PascalB
est ce bien ce pseudo qui a été utilisé , sinon merci de vous réinscrire avec un petit passage par ici pour indiqué le pseudo utilisé

Sinon le lien est très intéressant

A bientot ici ou là bas