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Comprendre l'impédance électrique - Théorie

Publié par le
14/08/2017
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Voici un petit dossier pour essayer de faire comprendre ce qu’est une impédance et comment elle influe dans la chaîne que constitue notre instrument et son amplification.

 

On entend parler de charge, d’adaptation d’impédance, de branchement série ou parallèle, de résistance... Si on comprend les phénomènes physiques, il est plus facile d’appréhender ces notions. Prenons un exemple : si on veut brancher un câble jack 6,35mm dans une prise de notre ampli, il faut que celle-ci fasse également 6,35mm. Moins : ça ne rentre pas, plus : ça nage, voire ça ne fait pas contact. Pour une impédance, ça ne marche pas forcément comme ça. Par exemple, si on branche un HP de 4 ohms dans un ampli à transistor, ce n’est pas parce que celui-ci présente 4 ohms à sa sortie.

 

1- Ampère, Volt, Ohm

 

Pour comprendre l’impédance, il faut comprendre ce que sont les trois grandeurs principales utilisées en électricité : l’impédance donc (en ohm), le courant (en Ampère) et la tension (en Volt).

Ce que l’on peut dire dans un premier temps que ces trois grandeurs sont liées entre elles et nous amènent à l’unité mécanique qu’est le Watt. Bien sûr on parle de Watt électrique mais c’est un abus de langage bien utile dans notre cas pour distinguer par exemple les Watts électriques (dans nos amplis) des Watts acoustiques (qui arrivent à nos oreilles). Finalement dans les deux cas, les Watts sont mécaniques. Dans le premier cas, on a fait bouger des électrons, dans le deuxième, on a mis de l’air en mouvement. Mais fermons la parenthèse et parlons de nos trois grandeurs :

 

Le courant : Ça c’est le plus simple. La matière contient des électrons porteurs d’une charge électrique. Le courant représente un flux de charge électrique, comme le débit d’eau pour une rivière.

 

La tension : Pour faire bouger ces charges électriques, il faut leur appliquer une force, autrement dit, leur donner de l’énergie. C’est ce que représente la tension. On parle de force électromotrice ou de différence de potentiel (énergétique). Le volt est défini de façon à pouvoir établir une première relation qui nous intéresse. La puissance d’un phénomène électrique est le produit du courant par la tension :

P=UxI

 

L’impédance : Pour avoir un courant électrique il faut de la matière dont on fait bouger les électrons. En fonction des propriétés de cette matière il est plus ou moins difficile pour les électrons de se déplacer. C’est ce que représente l’impédance. Plus elle est élevée plus elle est un frein à l’établissement du courant. C’est comme si vous essayez de vous déplacer dans un couloir plein de monde. Plus il y aura de personnes plus ce sera difficile. L’impédance (Z) est reliée aux deux grandeurs précédentes par la formule suivante : la tension est le produit de l’impédance par le courant :

U=ZxI

 

2- Qu’est-ce qui crée une impédance ?

 

Tout d’abord un conducteur électrique permet de faire passer du courant plus ou moins facilement en fonction de sa géométrie et des propriétés de sa matière, comme un couloir plus ou moins large avec plus ou moins de monde dedans. Il présente donc une résistance électrique qui est fixe que ce soit avec du courant continu ou alternatif, quelle que soit sa fréquence.

 

Ensuite nous avons le condensateur. Reprenons l’analogie avec le couloir dans lequel on essaie de se déplacer. Le condensateur est comme un mur en travers du couloir. Les gens vont s’entasser au niveau du mur jusqu’à ne plus pouvoir avancer. Donc le condensateur ne laisse pas passer le courant continu. Maintenant faisons faire des allers retours aux personnes dans le couloir, il y aura toujours du mouvement puisqu’une fois bloqués ils feront demi-tour. S’ils le font à un rythme très lent, ils auront le temps de s’entasser au niveau du mur donc les allers retours seront plus difficiles. S’ils le font à un rythme rapide, ils s’entasseront moins au niveau du mur et les déplacements seront plus aisés. Par analogie, dans un condensateur, plus la fréquence est faible plus l’impédance est élevée.

 

Enfin il y a la bobine ou la self, dans laquelle des phénomènes électromagnétiques entrent en jeu. Difficile de faire l’analogie avec notre couloir. En gros, c’est un phénomène d’induction qui vient appliquer aux charges électriques une force opposée à celle de la tension. En courant continu, le phénomène ne se produit pas donc l’impédance est nulle (il reste tout de même la résistance du fil électrique bobiné mais c’est assez faible). Plus la fréquence augmente plus le phénomène d’induction s’oppose à l’établissement du courant donc plus l’impédance est élevée.

 

Voilà. J’espère ne pas en avoir trop perdu en chemin. Parlons maintenant de notions qui nous intéressent en ce qui concerne notre matériel.

 

3- Mise en parallèle des HP :

 

Je ne vais pas entrer dans le détail du calcul de l’impédance résultant de la mise en parallèle ou série de deux HP. Il y a par exemple ce dossier qui en parle :

 

https://www.slappyto.net/Dossiers-Basse/Voir-Article-Basse.aspx?id=93  

 

Parlons plutôt de l’amalgame qui est fait parfois lorsque l’on branche plusieurs baffles à une tête. Lorsque l’on branche la tête au premier baffle puis le premier baffle par sa deuxième sortie au deuxième baffle, on peut avoir visuellement l’impression de les avoir branchés en série. En fait non, électriquement, ils sont bien branchés en parallèle. En électricité, un branchement en parallèle (ou dérivation) signifie que le courant prend deux chemins différents. Pour nos HP ça donne ça :

 

 

 

En série le courant prend un seul chemin. Voilà ce que ça donne pour nos HP :

 

 

Quand on branche nos baffles, on ne voit que les connecteurs auxquels on branche un jack (ou un Speakon). Voilà ce que ça donne :

 

 

Nous avons bien un branchement parallèle. Effectivement, tous les + sont reliés ensemble (trait rouge). Pareil pour tous les - (fil bleu).

 

4- Adaptation d’impédance :

 

Une règle évidente (ou pas) : on ne branche pas n’importe quoi sur n’importe quoi. Une des raisons est le problème d’impédance. Comme je l’ai dit plus haut, l’adaptation d’impédance ne veut pas dire forcement que l’impédance de la source doit être la même que celle du récepteur. Commençons par aborder le phénomène du pont diviseur. Pour cela observons le schéma suivant :

 

 

On veut envoyer le signal "e" (c’est une tension), issu de l’appareil "A", vers l’appareil "B". "Z1" et "Z2" sont des impédances. "Z2" est l’impédance d’entrée de "B". On l’appelle aussi la charge. La tension "U" est celle que l’on a transmise à "B". Le problème est que "U" n’est pas égale à "e" parce que "Z1" et "Z2" forment un pont diviseur. Je vous fais grâce de la formule mathématique mais plus "Z1" est grande devant "Z2", plus "U" est atténuée par rapport à "e".

 

L’adaptation d’impédance en tension :

En partant du schéma précédent, si on veut atténuer le moins possible "e", il faut que "Z2" soit grande devant "Z1". Il faut noter qu’on ne maîtrise pas la valeur de "Z1" de la source. C’est alors "Z2" l’impédance du récepteur qu’il faut adapter. Par exemple pour la sortie d’une basse passive (qui sera notre appareil "A") l’impédance est assez élevée (quelques kohms). Il faut donc la brancher sur une entrée instrument (appareil "B") dont l’impédance d’entrée est suffisamment élevée.

 

L’adaptation d’impédance en puissance :

Si on veut transmettre le maximum de puissance au récepteur il faut que "Z2" soit égale à "Z1". Le problème est que la moitié de la puissance est distribuée à "Z1" et qu’on ne peut pas forcément agir comme on le veut sur la valeur de "Z2" (comme par exemple sur nos HP qui font 4, 8ohms…)

 

L’adaptation d’impédance sur des lignes de grande longueur :

Lorsque nous transmettons un signal sur de grandes longueurs, celui-ci peut subir des déformations et des atténuations. Pour y remédier on réalise l’adaptation d’impédance comme précédemment avec "Z1" = "Z2" et un câble qui possède ce qu’on appelle une impédance caractéristique de même valeur que "Z1" et "Z2" (cette valeur résulte d’un calcul et n’est pas mesurable). Cette adaptation empêche le signal de subir des réflexions en bout de ligne créant une perturbation sur lui-même. Pour exemple nous avons les 75ohms des signaux vidéo mais aussi les 200 ou 600ohms des micros.

 

Cas de l’ampli à lampe :

On entend parler de l’adaptation d’impédance d’un ampli à lampe par transformateur. Comment ça marche ? Cette fois, on oublie le schéma précédent, on oublie "Z1" et "Z2". Le problème d’une lampe de puissance est qu’elle fournit un signal de quelques centaines de volt pour un faible courant. Par exemple 250V pour 0,1A (au passage ça nous fait 25W). Pour que ça fonctionne il faut « charger » le montage avec une impédance de 2,5kohms (c’est-à-dire le rapport de la tension sur le courant 250V/0,1A). Malheur, nos HP ont plutôt besoin de moins de tension mais de plus de courant. Par exemple : 10V et 2,5A. Ah ben tiens, ça nous fait 25 fois moins tension et 25 fois plus de courant (ce qui nous fait toujours 25W et surtout 10V/2,5A, ah ça fait 4 ohms, ça ressemble plus à une impédance de HP). Alors, qu’est-ce qui divise la tension autant qu’il multiplie le courant ? Ben, un transformateur justement. Les 4 ohms de notre HP branchés sur la sortie (secondaire) du transformateur se « transforment » en 2500 ohms sur son entrée (primaire) qui fournit la bonne valeur d’impédance nécessaire au fonctionnement de la lampe.

 

5- Conclusion :

 

Bon, tout ça c’est de la théorie. Les appareils que l’on utilise sont bien adaptés à condition de brancher au bon endroit. Avec tout ça on peut commencer à comprendre pourquoi, par exemple, si on branche notre basse sur une entrée micro, ça ne va pas forcément donner de bons résultats. En plus parfois, sur des forums, quelqu’un te balance "attention ta sortie elle fait 200ohms". Ah bon, et qu’est-ce que j’en fais de cette info ? Pour beaucoup d’entre nous, il faut brancher et que ça marche. J’espère avoir éclairé quelques curieux qui voulaient essayer de comprendre certaines choses.

 

Quelques règles importantes :

 

- Ne jamais allumer un ampli à lampe sans HP branchés

 

- Ne pas descendre au-dessous de l’impédance mini que peut supporter un ampli (quel que soit le type)

 

- En cas de doute : lire la doc de l’appareil.

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Notes pour Comprendre l'impédance électrique | Slappyto : 5/5 sur 2 notes
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