Considérations relatives à la conception des transformateurs d'adaptation de ligne

Considérations sur la conception des transformateurs d'adaptation de ligne : Les systèmes de haut-parleurs à tension constante tels que ceux décrits dans première partie peut être construit avec une grande variété de modèles de haut-parleurs, qui utilisent tous des transformateurs d'adaptation de ligne pour abaisser la tension au niveau du haut-parleur. Voici quelques exemples de haut-parleurs utilisés dans les applications audio distribuées.

Haut-parleurs

Un exemple typique de haut-parleur utilisé dans un hôtel ou un autre grand bâtiment est le haut-parleur de plafond. Il s'agit simplement d'un haut-parleur conçu pour être monté au plafond de la pièce ou du couloir.

Il existe de nombreux haut-parleurs différents conçus pour être montés sur les murs, pour les cours extérieures, pour être suspendus aux plafonds, etc. 

Autres exemples de conceptions de haut-parleurs

Montage mural des haut-parleurs

Montage des haut-parleurs au plafond

Encastré dans le plafond

Qu'est-ce qui est important pour un transformateur d'adaptation de ligne ?

Gamme de fréquences

Le transformateur doit être capable de passer toutes les fréquences sans atténuer ou déformer le signal audio. 

La gamme de fréquences typique pour l'audio est de 20 Hz à 20 kHz, et une méthode courante pour définir la réponse en fréquence d'un transformateur consiste à spécifier des points inférieurs et supérieurs de 3 dB. Il s'agit des fréquences auxquelles le transformateur ne laisse passer que 50% de la puissance, ou -3 dB.

Si nous prenons l'exemple extrême d'un “haut-parleur à pavillon”, dont la qualité sonore est généralement très médiocre, la réponse en fréquence typique du haut-parleur lui-même peut être la suivante :

Comme indiqué ci-dessus, le niveau de pression acoustique (SPL) maximum est de 110 dB, la ligne orange représente donc 3 dB en dessous. Nous pouvons voir que ces points de -3 dB donnent une gamme de fréquences d'environ 1 kHz à 2,5 kHz seulement, de sorte que ce haut-parleur à pavillon ne reproduira pas toutes les fréquences de 20 Hz à 20 kHz de manière fiable, et le transformateur nécessaire dans ce cas n'aurait besoin que d'une bande passante étroite similaire, ou d'une réponse en fréquence étroite.

Pour une transmission sonore de meilleure qualité, les transformateurs utilisés à chaque extrémité de la ligne doivent avoir une bonne réponse en fréquence. Les spécifications typiques d'un transformateur toroïdal d'adaptation de ligne de haute qualité sont de 40 Hz à 15 kHz.

Pour obtenir cette large gamme de fréquences, nous devons prendre en compte les performances du transformateur à la fois à basse et à haute fréquence.

Basse fréquence

En ce qui concerne les basses fréquences, nous devons concevoir le transformateur de manière à éviter la saturation aux fréquences les plus basses utilisées et choisir des dimensions de noyau adaptées à l'application.

Haute fréquence

À l'extrémité haute fréquence, nous devons concevoir le transformateur avec une faible inductance de fuite et une plus grande capacité entre les enroulements. Dans la plupart des cas, les enroulements d'entrée et de sortie doivent être entrelacés dans une certaine mesure pour obtenir cette faible inductance de fuite. Cela peut être aussi simple que de diviser l'enroulement primaire en deux moitiés et de “prendre en sandwich” l'enroulement secondaire entre ces moitiés, en incluant l'isolation nécessaire entre les circuits d'entrée et de sortie.

Au lieu d'enrouler le primaire et le secondaire comme dans un transformateur d'alimentation secteur typique, nous pouvons enrouler la moitié du primaire, l'isoler, puis le secondaire, l'isoler à nouveau et enfin la moitié restante du primaire.

Cela se traduit par une meilleure réponse à haute fréquence, mais selon les spécifications du client, un entrelacement supplémentaire peut s'avérer nécessaire :

• Prim : Sec : Prim
• Prim : Sec : Prim : Sec
• Prim : Sec : Prim : Sec : Prim
• Prim : Sec : Prim : Sec : Prim : Sec ....... Etc

Calculs électriques : Watts, Volts, Ampères, Ohms.

Prenons les spécifications d'un simple transformateur d'adaptation de ligne : 100 V, 100 W dans 8 Ω ou 4 Ω.

100 W en 8 Ω :

100 W en 4 Ω :

Il s'agit donc d'un simple transformateur qui associe une ligne de 100 V à un haut-parleur de 4 Ω ou de 8 Ω, et qui délivre 100 W.

Comme on peut le voir ci-dessus, les calculs électriques sont les mêmes, quelle que soit la réponse en fréquence requise.

Un transformateur d'adaptation de ligne de petite taille et peu coûteux peut fournir les caractéristiques électriques, mais si la réponse en fréquence ou la largeur de bande n'est pas respectée, le transformateur ne passera pas toutes les fréquences requises et le son du haut-parleur ne sera pas aussi bon qu'il pourrait ou devrait l'être.

De même, un transformateur toroïdal d'adaptation de ligne de haute qualité avec une bande passante très large de 10 Hz à 30 kHz ou plus serait “trop bon” pour être utilisé dans un système avec des haut-parleurs de faible qualité ayant une bande passante moins large.

Dans les systèmes de distribution audio de haute qualité, les transformateurs d'adaptation de ligne sont généralement des transformateurs toroïdaux à très large bande passante. 

Une spécification “standard” commune consisterait en plusieurs options d'entrée et plusieurs options de sortie. Cela permettrait d'utiliser le même transformateur dans de nombreux endroits, avec plusieurs spécifications de tension de ligne, telles que des entrées de 70,7 V et 100 V, et plusieurs sorties adaptées aux impédances courantes des haut-parleurs, telles que 2 Ω, 4 Ω et 8 Ω.

Une autre variante courante consiste à disposer de plusieurs prises de puissance pour la même impédance de haut-parleur. Par exemple, un seul transformateur peut être utilisé pour adapter un haut-parleur de 8 Ω à une ligne de 100 V, avec différentes prises pour sélectionner 50 W, 100 W, 200 W, etc.

Conclusion

La conception d'un transformateur d'adaptation de ligne pour l'audio distribué nécessite de trouver un équilibre entre plusieurs facteurs afin de fournir une qualité suffisante à un coût raisonnable. 

Talema conçoit et fabrique des transformateurs toroïdaux pour cette application depuis 1975 et a accumulé une grande richesse de connaissances et d'expérience dans ce domaine. Nos ingénieurs collaborent avec nos clients pour développer le meilleur transformateur toroïdal d'adaptation de ligne pour chaque projet individuel, en tenant compte de tous les facteurs pertinents.