Introduction à l’électricité pour la sonorisation

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1 Introduction à l’électricité pour la sonorisation

2 But du cours Connaître assez au sujet de l’électricité pour effectuer des bonnes connexions et trouver des solutions à des problèmes communs.

3 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

4 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).

5 La loi d’Ohm E = I x R 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

6 Les multiplicateurs Pico – 10-12 5 pΩ = 0.000000000005 Ω
Nano – nΩ = Ω Micro – µΩ = Ω Milli – mΩ = Ω Kilo – kΩ = 5000 Ω Mega – MΩ = 5,000,000 Ω Giga – GΩ = 5,000,000,00 Ω Terra – TΩ = 5,000,000,000,000 Ω

7 Utiliser un multimètre
Multimètre analog ou digital Utile pour mesurer: Voltage Résistance Mesurer ampérage avec la loi d’Ohm Comment mesurer la continuité

8 Série/parallèle Les sources de voltage s’ajoutent en série
Les sources de voltage ne s’ajoutent pas en parallèle.

9 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

10 Code de couleur des résistances
Noir Brun Rouge Orange Jaune Vert Bleu Violet Gris Blanc 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%

11 Résistances en série

12 Résistances en parallèle

13 Exemple: Trouvez la résistance du circuit suivant:

14 Exemple no. 2 Trouvez le voltage de la source si l’ampérage dans R1 est 10 A.

15 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).

16 Comment calculer l’impédance d’une inductance

17 La variation de l’impédance d’une inductance avec la fréquence
Notez l’utilisation de l’échelle logarithmique

18 Calculer les inductances multiples

19 Comment calculer impédance avec résistance + inductance

20 Le courant suit le voltage dans un circuit inductif
Voltage = jaune, Courant = bleu

21 Exemple: Résistance et Inductance en Série

22 Exemple: Résistance et Inductance en Parallèle

23 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

24 Après la pause…. Les capacitances De retour à….

25 Capacitances Utilisées pour bloquer les basses fréquences, laisser passer les hautes fréquences (le contraire des inductances) Mesuré en Farads et microFarads (mF).

26 Comment calculer l’impédance d’une capacitance

27 Calcul des capacitances multiples
N.B. que les capacitances sont calculés à l’inverse des résistances et des inductances

28 La variation de l’impédance d’une capacitance avec la fréquence

29 Comment calculer impédance avec résistance + capacitance

30 Exemple: Résistance et Capacitance en Parallèle

31 Le voltage suit le courant dans une capacitance
Courant = mauve, voltage = jaune

32 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

33 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.

34 Résistance, inductance, et capacitance ensemble

35 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

36 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.

37 Le concept de « qualité », Q
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.

38 Calcul de la fréquence de résonance et de Q

39 Un exemple pratique

40 Calculer les limites de fréquence

41 Les filtres passifs Utilisés dans les haut-parleurs pour envoyer les fréquences vers les « woofers », « midranges », et « tweeters ».

42 Passe-bas, Passe-haut, Passe-bande

43 L’impédance typique d’un « driver »

44 Circuits typique passe-bas

45 Circuits typique passe-haut

46 Circuits typique passe-bande

47 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.

48 Filtre actif vs. passif

49 Avantages des filtres actifs dans les Haut-parleurs
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.

50 Avantages/désavantages des filtres digitaux
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.

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52 Après la pause…. Logarithmes et décibels De retour à….

53 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

54 Décibels 10 dB est perçu comme le double du niveau sonore.
dB = 10 log10 (P2/P1) dB = 20 log10 (E2/E1)

55 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 = = 14dB 14dB = 10 log(P2/P1) 14/10 = log(P2/P1) 101.4 = P2/P1 25.1 = P2/P1 P2 = 25 W

56 Des chiffres pratiques: si 1 w = 0dB
En digital: Gamme dynamique = nombre de bits x 6dB 8 bits = 48dB Ratio de puissance = 63,095 12 bits = 72 dB Ratio de puissance = 15.85e6 16 bits = 96 dB Ratio de puissance = 3,98E9 24 bits = 144 dB Ratio de puissance = 2.51E14 Minimum pour un son de qualité = 16 bits. 24 bits est mieux.

57 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).

58 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.

59 Comportement d’un fil non-balancé

60 Signal à l’entrée d’un fil balancé

61 Signal à la sortie d’un fil balancé

62 Signal recombiné – le bruit est annulé

63 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.

64 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

65 Pour convertir « transformer-balanced outputs »
Pour +4dBu à -35dBu R1 = 590 W R2 = 25 W Pour +4dBu à -30 dBV R1 = 560 W R2 = 38 W

66 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

67 Pour augmenter la force d’un signal
Utiliser un ampli -10dBV à 4dBu Utiliser un mixer

68 Le calibre des fils Les plus gros chiffres indiquent les plus petits fils Important pour fils H.P. Calibre 18: 10 pieds max. Calibre 16: 20 pieds max. Calibre 14: 40 pieds max. Calibre 12: 80 pieds max. Calibre 10: 160 pieds max.

69 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

70 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)

71 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 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 et ou équivalent.

72 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.

73 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

74 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 $$$

75 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

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