Quelle puissance d'ampli et quelle efficacité d'enceinte ?

Tout ce qui n'a pas sa place dans les forums ci-dessous

Modérateur : Les Modérateurs

Avatar de l’utilisateur
Syrius
Administrateur
Messages : 4142
Inscription : 21 Oct 2013, 12:28
Localisation : Région Toulousaine

Quelle puissance d'ampli et quelle efficacité d'enceinte ?

Messagepar Syrius » 06 Août 2017, 03:15

Quelle puissance d'amplification et quelle efficacité d'enceintes ?

Qui ne s'est jamais posé, lors du choix d'un ampli et/ou d'enceintes, la question de la puissance nécessaire pour notre installation dans notre pièce ?
Pour y répondre de manière objective il y a des calculs.
Dans l'absolue, pour le faire de manière juste et précise il faudrais procéder à quelques mesures dans le local.
Alors pour mettre les choses au clair dès le départ, je ne suis pas expert en acoustique et ce que je vais vous présenter est un condensé de mes recherches sur le net et donc de mes lectures.

Pour commencer il faut quelques notions sur les paramètres de nos ampli et enceintes :

Impédance :
C'est le résistance au passage électrique d'un élément soumis à un courant alternatif.
L'impedance varie avec la fréquence.
Par exemple une enceinte recevant le signal d'un ampli. Le courant émis par l'ampli est une succession de signaux sinusoïdales électrique traduisant l'onde sonore (sa fréquence et son amplitude)
Donc l'impedance d'une enceinte n'est pas la même à 20 hz qu'à 20000 hz.

L'impédance tout comme la résistance mieux connue, s'exprime en ohm (Ω).
Normalement, l'impédance est donnée pour une fréquence de 1000 hz.

Efficacité :
C'est la capacité d'un haut-parleur ou d'une enceinte à produire une pression acoustique pour une tension de 2,83 V. Cette efficacité est mesurée à 1 mètre de l'enceinte ou du HP et s'exprime en dB. Donc l'unité exacte est dB/2,83 V/1 m.

Pour une enceinte de 8 ohms, ces 2,83 V produisent une puissance électrique de 1 watt.
Il est souvent écrit dans les caractéristiques des enceintes une valeur en dB/1 W/1 m. C'est un racourci pas toujours juste, toutes les enceintes ne font pas 8 ohms.

La puissance (P) en watt se calcul par le rapport du carré de la tension (U) en volt sur la résistance (R) en ohm.
Dans notre cas nous n'avons pas une résistance mais une impédance (Z), mais ça ne change pas la formule. Donc :

Pour une enceinte d’une impédance de 8 ohms :

P = U² ÷ Z
P = 2,83² ÷ 8
P = 1 W

Pour une enceinte d’une impédance de 6 ohms :

P = 2,83² ÷ 6
P = 1,335 W


Et pour une enceinte d’une impédance de 4 ohms :

P = 2,83² ÷ 4
P = 2,002 W

Donc quand l'efficacité est donnée en dB/1 W/1 m pour une enceinte de 6 ou 4 ohms, on a une incohérence.
Soit la tension appliquée a été ajustée pour avoir 1 watt sous l'impédance de l'enceinte, soit c'est la fréquence utilisée qui est ajustée pour avoir une impédance de 8 ohms.


Puissance d’une enceinte :

Les puissance en watt indiquées pour une enceinte correspond à la puissance qu’elle peut recevoir d’un amplificateur.
Il y a la puissance nominal (en continue) et en crête (pointe momentanée).

Logiquement, avec les données d’efficacité et de puissance admissible, on doit pouvoir calculer la pression acoustique maxi en dB que l’enceinte peut produire (SPL Max).

Par exemple une enceinte d’efficacité de 90 dB/2,83 V/ 1 m ayant une impédance de 8 ohms et acceptant une puissance de 100 watts en continue :

Elle produit donc 90 dB pour 1 w à 1 m.

La formule pour le calculer est :

Efficacité + 10 log (puissance admissible)

Donc : 90 + 10 log(100) = 110 dB à 1 m

Si cette même enceinte peut supporter une puissance en crête de 200 W, alors le SPL Max en crête est de : 90 + 10 log(200) = 113.1 dB à 1 m

Pour calculer la puissance nécessaire à une enceinte donné pour reproduire un son à une certaine pression acoustique, il nous faut connaitre l'efficacité de cette enceinte et son impédance, mais aussi la distance entre l'enceinte et le point d'écoute.

En champs libre, c'est à dire sans aucune parois autour de l'enceinte ou dans une pièce absorbant totalement les sons réfléchis (Chambre anéchoïque), l'affaiblissement par doublement de la distance est de - 6dB.

En champs réverbéré (local fermé) où les ondes sont réfléchis par les parois, l’affaiblissement par doublement de la distance est de - 6 dB jusqu’à la distance critique.

La distance critique est une caractéristique propre au local et à son aménagement.
Elle indique le point, la distance, séparant l’enceinte de l’endroit où les pressions acoustiques du champs direct (les sons venant directement de l’enceinte) et du champs réverbéré (les sons réfléchis par les parois) sont équivalents.
Avant cette distance, on n’entend principalement le champs direct et après cette distance on entend principalement le champs réverbéré.

Pour calculer cette distance il faut considérer les dimensions du local et mesurer le RT60.
Le RT60 est le temps nécessaire après coupure de l’émission du son, pour que les réflexions sonores s’affaiblissent de 60 dB. Soit le temps qu’il faut pour ne plus les entendre.

A savoir, pour augmenter la pression acoustique de 3 dB il faut doubler la puissance d’amplification.

Calcul de la puissance d’amplification nécessaire pour une enceinte donnée:

Prenons par exemple une enceinte d’impédance de 8 ohms ayant une efficacité de 90 dB/2,83 v/1m  écoutée à 4 m et dans un local où la distance critique est de 2 m :

Nous avons donc un affaiblissement du niveau acoustique de 6 dB par doublement de la distance jusqu’à la distance critique qui est pour cet exemple de 2m .

Nous aurons - 6 dB à 2 m puis 0 dB au-delà.

Notre enceinte produit 90 dB à 1 m pour 1 W consommé.

Le niveau maxi des bande son des films est de 105 dB. On veut donc pouvoir reproduire ces 105 dB au point d’écoute.

Donc atteindre ces 105 dB à 1 m en partant de l'efficacité de l'enceinte de 90 dB à 1 m, il faut une augmentation de 15 dB.
Pour avoir ces 105 dB au point d’écoute il faut produire 6 dB de plus (affaiblissement dans le cas de cet exemple) :

(105 + 6) - 90 = 21 dB

Pour rappel, il faut doubler la puissance d’amplification pour augmenter la pression acoustique de 3 dB.

Nous devons produire une pression de 21 dB soit 7 x 3 dB.
Donc doubler 7 fois la puissance initial qui est de 1 w pour 90 dB, soit :

1 x 2^7 = 128 W

Pour calculer tout ceci directement il y a ces formules :

Affaiblissement en dB :

(6/log(2)) x log(d)

d= Distance critique si inferieur à la distance d’écoute sinon distance d’écoute.

Pression acoustique (niveau cible : Nc) à obtenir au point d’écoute :
Nc = Pression de référence + affaiblissement

Puissance d’amplification nécessaire :

P = 10(Nc-Efficacité enceinte)/10)

Donc en reprenant notre exemple :

Affaiblissement = (6/log(2) x log(2) = 6 dB

Nc = 105+6 = 111 dB

P= 10(111-90)/10) = 10(21/10) = 10^2.1 = 125.9 W

On voit qu’il y a une différence entre les résultats des deux façons de calculer.
Cette différence vient du coefficient de multiplication de la puissance pour une augmentation de 3 dB.

Dans le 1er mode de calcul il est considéré un doublement de la puissance pour une augmentation de 3 dB. Hors la valeur exacte est :

P = 10(3/10) = 10^0.3 = 1.99526 W

Ce n’est donc qu’un arrondi. Ceci dit la différence est mineur.


Maintenant si notre enceinte à une impédance de 6 ohms au lieu de 8 mais toujours une efficacité de 90 dB/2,83 V/1 m, elle absorbe 1,335 w pour ces 90 dB à 1 m.
Donc la puissance nécessaire n’est plus de 125,9 ou 128 w mais multiplié par 1.335 soit 168 ou 170,9 W

Si on avait la même enceinte mais en 4 ohms, elle absorberait 2,002 w pour 90 dB/1 m, donc la puissance nécessaire serait de 125,9 x 2.002 = 252 w ou 128 x 2,002 = 256 w.

Calcul de l’efficacité minimum d’une enceinte pour produire le niveau acoustique souhaité pour un amplificateur donné :

Restons sur le niveau maxi des bandes son des films, soit 105 dB.
Prenons un ampli fournissant 50 W par canal sous 8 ohms et que l’on veut brancher une enceinte par canal.
Nous sommes toujours dans le même local donc avec un affaiblissement de 6 dB

Il faut partir de la formule de calcul de puissance :

P = 10^((Nc-Efficacité enceinte)/10)
Soit :
10^((105+6)-x)/10) = 50 W

Donc :
(111–x)/10 = log(50)
(111–x)/10 = 1.699
111–x = 1.699 x 10
111–x = 16.99
x = 111-16.99
x = 94.01

Il nous faut donc une enceinte ayant une efficacité de 94 dB/ 2,83 V/ 1m avec une impédance de 8 ohms.

Bon tout ça c’est bien mais comment fait-on si on ne connait pas la distance critique du local ?

J’ai lu sur le forum CINETIPS que l’on pouvait admettre une approximation pour l’affaiblissement dans des locaux de faible dimension comme nos pièces d’habitation de 3 dB par doublement de la distance sans considérer de distance critique.

Donc dans notre exemple, le point d’écoute est à 4 m.

Soit un affaiblissement de 6 dB :

Affaiblissement = (3/log(2) x log(4) = 6 dB

On retrouve le même affaiblissement.

Regardons ce que ça donne si le point d’écoute est de 3,5 m :

(3/log(2) x log(3,5) = 5.422 dB

Et pour 5 m :

(3/log(2) x log(5) = 6.966 dB

Si on a une distance critique non pas de 2 m mais de 1,8 m, on aurait un affaiblissement de :

(6/log(2) x log(1,8) = 5.088

On constate que l’on tourne autour des 6 dB d’affaiblissement, on est pas si mal.

Donc si vous ne pouvez pas faire les mesures ou les faire faire pour connaitre la distance critique, cette approximation permet d’avoir une idée de la puissance nécessaire pour une enceinte donnée ou quelle efficacité doit avoir une enceinte pour un ampli donné.

Il est aussi possible de réduire la pression acoustique nécessaire pour atteindre la cible en rajoutant des enceintes sur d’autres canaux d’amplification.
Par exemple en stéréo il est considéré que les canaux gauche et droits diffuse le même son donc on augmente la pression acoustique.
Lorsque que l’on double le nombre d’enceinte on augmente la pression acoustique de 3 dB.

Formule pour calculer le niveau acoustique obtenu en plus en fonction du nombre d’enceinte :

10 x log(Nombre d’enceinte)

Donc pour 2 enceintes : 10 x log(2) = 3.01 dB

Voyons pour 3 enceintes : 10 x log(3) = 4.77 dB

Et pour 4 enceintes : 10 x log(4) = 6.02 dB

Je préfère calculer en ne prenant en compte qu’une seul enceinte car qui peut le plus peut le moins et même en musique stéréo, il y a aussi des sons différents entre le canal gauche et droit.

Il y a un élément qui n’est pas pris en compte dans ces calculs, c’est la compression thermique.
La compression thermique est l’affaiblissement de l’efficacité des haut-parleurs dû à l’échauffement, ce qui entraine une augmentation de l’impédance donc une diminution de la puissance absorbée. Plus la puissance absorbée diminue, plus il faut envoyer de puissance.
C’est le serpent qui se mord la queue.
Plus une enceinte est sollicitée, plus elle s’échauffe. Cette échauffement est surtout constaté à forte puissance et sur de longues périodes. Un pic de puissance n’est pas suffissament long pour provoquer cet échauffement.
La perte engendré par la compression thermique peut atteindre 6 dB voire plus.
C’est surtout les HP de graves qui sont touchés.

On peut donc comprendre l’avantage d’avoir des enceintes avec une efficacité suffisamment élevée pour produire le niveau souhaité sans être dans la fourchette haute de sa puissance admissible.


Si vous avez des remarques, corrections et/ou précisions à apporter, des questions, n'hesitez pas.
Comme je l'ai dit au début, je ne suis pas un expert en acoustique. :wink:
TV : Samsung PS 50A676 Ampli : Nakamichi AV1 + AVP1 Enceintes : Studio Lab (Av: SLB 302 + SUB B01 C : SLB Center02 Ar : SLB Sat02) Paradigm (Caisson : Prestige 1000SW) Sources : Pioneer BDP-320 ; Freebox HD v.5 ; Xbox 360

Kildaros
Messages : 155
Inscription : 20 Avr 2015, 14:22

Re: Quelle puissance d'ampli et quelle efficacité d'enceinte ?

Messagepar Kildaros » 08 Août 2017, 13:51

Salut Syrius,

En lisant ton post, je me rends compte maintenant pourquoi je tournais en rond pour essayer de calculer tout ça en cherchant des infos sur le net.

En tout cas, c'est clair et compréhensif :yes:

J'ai pu faire mes petits calculs :headb2:
Anthem MRX 510 - Sony HW 40 - Pioneer BDP LX 58
Kef T301 + T301c + T101 + Sub SVS SB-1000
Toile Kimex 1.0 fibre de verre

Avatar de l’utilisateur
Syrius
Administrateur
Messages : 4142
Inscription : 21 Oct 2013, 12:28
Localisation : Région Toulousaine

Re: Quelle puissance d'ampli et quelle efficacité d'enceinte ?

Messagepar Syrius » 08 Août 2017, 14:28

Merci Kildaros.
Ça me fait plaisir que ce soit clair et que ça puisse aider.
TV : Samsung PS 50A676 Ampli : Nakamichi AV1 + AVP1 Enceintes : Studio Lab (Av: SLB 302 + SUB B01 C : SLB Center02 Ar : SLB Sat02) Paradigm (Caisson : Prestige 1000SW) Sources : Pioneer BDP-320 ; Freebox HD v.5 ; Xbox 360

Avatar de l’utilisateur
gregdewey
Messages : 104
Inscription : 20 Oct 2014, 15:39

Re: Quelle puissance d'ampli et quelle efficacité d'enceinte ?

Messagepar gregdewey » 08 Août 2017, 17:26

Ouf super article! Rien à dire sur le sujet mais nul doute que ça en aidera plus d'un à l'avenir.

Avatar de l’utilisateur
Syrius
Administrateur
Messages : 4142
Inscription : 21 Oct 2013, 12:28
Localisation : Région Toulousaine

Re: Quelle puissance d'ampli et quelle efficacité d'enceinte ?

Messagepar Syrius » 08 Août 2017, 21:44

Merci gregdewey.
TV : Samsung PS 50A676 Ampli : Nakamichi AV1 + AVP1 Enceintes : Studio Lab (Av: SLB 302 + SUB B01 C : SLB Center02 Ar : SLB Sat02) Paradigm (Caisson : Prestige 1000SW) Sources : Pioneer BDP-320 ; Freebox HD v.5 ; Xbox 360


Revenir vers « Audio - Général »

Qui est en ligne ?

Utilisateurs parcourant ce forum : Aucun utilisateur inscrit et 3 invités