Comprendre l'impédance des enceintes

Exprimée en ohms, l'impédance joue un rôle crucial dans la relation entre vos enceintes et votre amplificateur hi-fi ou home-cinéma. Elle affecte directement la qualité du son que vous entendez, les performances de l'amplificateur et la puissance développée. Comprendre les concepts clés, ainsi que les différences entre haute et basse impédance est donc essentiel pour choisir des enceintes adaptées à votre amplificateur. Ces notions s'appliquent également dans le choix d'un casque pour adapter l'impédance aux caractéristiques de l'ampli casque, baladeur ou DAC portable.

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Qu'est-ce que l'impédance ?

Avant toute chose, rappelons que l'impédance est la résistance d'un circuit électrique au courant alternatif qui le traverse. Cette résistance est exprimée en ohms. Le circuit électrique d'une enceinte et son haut-parleur présentent ainsi une impédance au signal audio en provenance de l'amplificateur. Lorsque cette résistance/impédance est trop faible, il est mécaniquement réclamé à l'amplificateur davantage de courant, ce qui a pour effet de solliciter davantage l'alimentation de ce dernier. Si l'alimentation fonctionne en sur-régime, s'emballe en quelque sorte, des dysfonctionnements peuvent apparaître : accroissement de la distorsion principalement et, à l'extrême, transmission aux enceintes de signaux de courant continu, avec pour effet d'endommager les bobines des hauts-parleurs ainsi que leurs membranes. L'amplificateur peut également être détérioré. Disons-le clairement, cela n'arrive qu'à volume très élevé, en jouant avec les limites de l'amplificateur.

Qu'est-ce que l'impédance nominale et l'impédance basse ?

L'impédance nominale d'une enceinte est celle mesurée à 1 kHz, sauf indication contraire. L'impédance basse est la valeur la plus faible de la courbe d'impédance, mesurée du grave à l'aigu, de 20 Hz à 20 kHz. Certains fabricants indiquent cette impédance basse (Focal systématiquement), voire précisent que leur enceinte présente une impédance de 4-8 Ohms, soit une impédance basse de 4 Ohms et une impédance nominale de 8 Ohms.

Pourquoi l'impédance varie-t-elle ?

L'impédance d'un haut-parleur dépend à la fois des propriétés mécaniques de sa membrane, de son filtre électronique et de sa charge. En effet, le volume d'air dans lequel sont plongés les haut-parleurs de grave/médium - on l'appelle la charge - influence la courbe d'impédance de l'enceinte. Selon que le volume d'air chargeant le haut-parleur est accordé (ouvert vers l'extérieur) ou non, l'impédance est plus ou moins perturbée. Une charge Bass-reflex provoque ainsi un pic d'impédance à la fréquence de résonance de l'évent, l'excursion de la membrane étant limitée mécaniquement, elle oppose une forte résistance à l'amplificateur. Aux abords de ce pic - aux fréquences immédiatement inférieures et supérieures - il n'est pas rare de constater une dépression de l'impédance, laquelle peut être problématique pour l'amplificateur.

Par ailleurs, le tweeter d'une enceinte peut également être responsable d'une impédance trop faible dans le registre grave, précisément s'il n'est pas atténué avec un filtrage raide laissant uniquement passer les hautes fréquences. Ce transducteur n'étant pas fait pour produire du grave, son impédance est naturellement très basse sous 1 kHz. Pour protéger l'alimentation de l'amplificateur, on utilise un filtrage du 2e, 3e ou 4e ordre, soit avec des pentes d'atténuation de 12 dB, 18 dB ou 24 dB par octave. Un tweeter filtré avec une pente de 6 dB /octave peut poser problème à certains amplificateurs dotés d'une alimentation faiblarde.

Comment reconnaître un amplificateur avec une alimentation solide ?

Un amplificateur annoncé comme compatible avec des enceintes de 4 Ohms voire 2 Ohms est nécessairement équipé d'une très bonne alimentation. Un bon indice est donné en comparant la puissance annoncée pour une charge de 8 Ohms et de 4 Ohms, de 20 Hz à 20 kHz. Si la puissance annoncée sous 4 Ohms est le double de celle annoncée sous 8 Ohms, l'alimentation est vraiment très solide. Si elle n'augmente que de 30 %, l'alimentation peut être considérée comme moyenne. Notez que les alimentations à découpage des amplificateurs de classe D sont souvent adaptées aux enceintes difficiles (à impédance très faible donc).

Une enceinte de 8 Ohms est-elle toujours facile à alimenter ?

Non, car son impédance basse peut être 4 fois moindre. Prenons l'exemple de la Focal Aria 948, dont l'impédance à 1 kHz (impédance nominale) est de 8 Ohms et qui possède une impédance basse de 2,5 Ohms. Cette enceinte nécessite, si elle est écoutée à niveau élevé, un amplificateur de qualité. Une enceinte "de 8 Ohms" peut présenter une courbe d'impédance très accidentée, avec de multiples "creux d'impédance" et s'avérer compliquée à alimenter. Au contraire, une enceinte de 4 Ohms, si son impédance ne fluctue que très peu, sera paradoxalement plus facile à alimenter.

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Les amplis home-cinéma sont-ils adaptés aux enceintes de basse impédance ?

Oui et d'une manière générale davantage que les modèles hi-fi... lorsqu'un caisson de basses est employé et que l'autocalibration a été utilisée pour régler l'installation. En effet, l'autocalibration détermine la fréquence de coupure basse des enceintes principales, centrale et surround, afin de confier la restitution des basses fréquences au caisson. Conséquence, les enceintes ne jouent que rarement sous 100 Hz, ce qui évite à l'amplificateur home-cinéma d'être sollicité sur la bande de fréquence la plus exigeante en terme de puissance et de courant. À noter : les amplificateurs home-cinéma sont tous équipés d'un circuit de protection qui coupe l'amplificateur en cas de dysfonctionnement de l'alimentation. Si cela arrive souvent dans votre installation, c'est que l'impédance d'une de vos paires d'enceintes est trop faible. Jouer sur la fréquence de raccordement avec le caisson peut régler le problème (il faut l'augmenter). À défaut de caisson, augmenter cette même fréquence est possible sur les enceintes centrale et surround sans préjudice pour l'équilibre global, les enceintes principales fournissant 90 % des basses fréquences du message sonore. Si en revanche ce sont les enceintes principales qui posent un problème d'impédance et que vous ne disposez pas de caisson, il faudra songer à remplacer l'amplificateur par un modèle plus "musclé".

À quoi sert le sélecteur d'impédance au dos de certains amplificateurs hi-fi ?

Certains amplis hi-fi stéréo disposent d'un sélecteur d'impédance, avec les réglages High et Low (haut et bas). C'est le cas lorsque deux paires de borniers (A et B) sont présentes et que l'amplificateur permet leur fonctionnement simultané. En effet, les deux paires d'enceintes sont connectées en parallèle, ce qui a pour effet de diviser leur impédance nominale par deux. Exemple, deux paires d'enceintes de 6 Ohms ne présentent pas une impédance globale de 12 Ohms, mais de 3 Ohms, ce qui peut être problématique pour l'alimentation à fort volume. Aussi le sélecteur d'impédance permet-il, lorsqu'il est positionné sur Low, de limiter électroniquement la quantité de courant délivrable par l'alimentation. Selon les modèles, le rendement de l'alimentation peut chuter de 50 %. Voilà pourquoi certains auditeurs trouvent l'écoute moins dynamique dans cette configuration.

Peut-on néanmoins profiter d'une écoute dynamique avec deux paires d'enceintes de faible impédance ?

Oui, il suffit de laisser le sélecteur d'impédance sur High. Évidemment, il faut se garder de pousser le volume à un niveau déraisonnable afin de ne pas trop bousculer l'alimentation. Toutefois, la distorsion est audible avant tout incident.

Peut-on brancher des enceintes de 4 Ohms sur un amplificateur prévu pour des enceintes de 8 Ohms ?

Oui, c'est parfaitement possible et les enceintes produiront de la musique tout à fait normalement. En pratique, l'amplificateur ne détecte pas l'impédance de l'enceinte : il fonctionne, un point c'est tout. Si l'impédance des enceintes est de 4 Ohms à 1 kHz, il arrive qu'elle soit supérieure sur la bande de fréquences comprise entre 40 et 100 Hz par exemple, là où l'amplificateur est le plus sollicité. Dans le cas précité, l'impédance basse est égale à celle de la plupart des enceintes "de 8 Ohms".

Pourquoi certains amplis home-cinéma ne supportent pas la même impédance pour chaque enceinte ?

Il n'est pas rare que certains amplificateurs d'entrée ou coeur de gamme supportent des impédances différentes sur les voies frontales (gauche et droite) et les voies centrales et surround. Lorsque l'on connecte des enceintes de faible impédance pour les canaux avant gauche et droit, le fabricant impose de connecter des enceintes de plus forte impédance pour les canaux annexes. En effet, l'alimentation sera très sollicitée par les voix gauche et droite - qui reproduiront l'ensemble des fréquences basses - et il ne s'agirait pas que des enceintes centrale et surround de faible impédance également (4 Ohms par exemple) "tirent" à l'excès sur l'alimentation. Le résultat serait une mise en protection de l'ampli et l'arrêt momentané de la séance cinéma.

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Quelle impédance pour un casque ? 

Comme pour les enceintes, les casques et écouteurs présentent une résistance au courant électrique transmis par l’amplificateur. Celle-ci correspond à l’impédance du casque. Exprimée en ohms, elle est généralement comprise entre 8 et 600 ohms selon les modèles de casques et d’écouteurs. Comme pour les enceintes, la valeur indiquée par les fabricants est mesurée à 1 kHz, mais l’impédance varie en réalité grandement en fonction de la fréquence diffusée (du grave à l’aigu). Ainsi, cette résistance peut doubler, tripler ou même quadrupler au fur et à mesure que l'on se rapproche de la fréquence de résonance mécanique du transducteur. Ceci rend le travail de l'amplificateur plus complexe, car il doit produire plus de puissance pour maintenir un volume d'écoute constant.

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Chaque ampli casque, smartphone, baladeur ou ou tout autre appareil doté d’une sortie casque possède une impédance de sortie. Quand celle-ci est combinée avec l'impédance du casque, cela provoque une perte de puissance significative. Si les impédances sont identiques, la perte n'est que de 6 dB. Toutefois, pour une restitution sonore de haute qualité, une faible impédance de sortie de l’ampli casque (0,1 à 3 ohms) est indispensable pour obtenir une restitution de qualité. Par conséquent, il y a des différences considérables avec l'impédance du casque ou des écouteurs. Par exemple, si l'amplificateur a une impédance de sortie de 0,1 ohm et que le casque a une impédance d'entrée de 32 ohms, 15 dB sont perdus. Cette valeur monte à environ 30 dB avec un casque ayant une impédance de 600 ohms. Il devient alors essentiel d'utiliser un ampli casque capable de développer une forte puissance.

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Pour aller plus loin

Résumons : si vous écoutez vos musiques et films à niveau sonore modéré - vous ne gênez ni les enfants qui dorment, ni vos voisins - ne vous souciez pas de cette notion d'impédance. Si vous aimez "pousser" le volume, l'ambiance club ou les séances de ciné explosives, contactez-nous et nous vous expliquerons quel matériel est le mieux adapté à vos besoins.

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