PUBLIC ADRESS > LIGNE 100V > TECHNIQUE

PRINCIPE DE BASE

La technique Public-adress à ligne 100 volts a été développée pour des installations industrielles afin de distribuer le son sur de grands espaces.
- Stades et salles de sport
- Hypermarchés
- Entrepôts, usines
- Bureaux
- Gares
- Hôtels, restaurants
- Lieux de culte

A l'inverse d'une installation Hi-Fi.
Une installation Hi-Fi utilise des haut-parleurs basse impédance (4 ou 8 Ohms) branchés directement à l'amplificateur. Cette methode classique est valable pour des liaisons de courte distance.

Dès lors que l'on augmente la distance entre l'amplificateur et les haut parleurs, la perte dans les câbles augmente considérablement à tel point que l'énergie perdue dans le câble dépasse l'énergie consommée par l'enceinte.

Afin d'éviter ce phénomène, on utilise la technique dite "Ligne 100 volts" qui est la base de toute installation "Public-adress".

Le principe est simple.

On utilise un transformateur à la sortie de l'ampli qui augmente la tension, et on utilise de l'autre coté de la ligne, un transformateur qui rabaisse la tension dans chaque haut parleur.

De la même manière, EDF transforme l'électricité en haute tension (jusqu'à 400 000 volts) pour la transporter sur de grandes distances sans perte, et abaisse ensuite cette tension dans des transformateurs avant de distribuer du 240 volts à l'utilisateur.

En pratique dans la sonorisation Public-adress à ligne 100 volts, le transformateur élévateur est placé dans l'amplificateur permettant d'avoir un signal présentant une tension de 100 V. Chaque enceinte est dotée d'un transformateur abaisseur qui redonne au signal une tension normale pour attaquer les haut-parleurs.

Le premier avantage de ce principe est d'éliminer les pertes de ligne. Ensuite, l'installation est facilitée, les enceintes étant raccordées en parallèle à une simple ligne de distribution.
Autre avantage : les transformateurs placés dans les enceintes peuvent comporter plusieurs enroulements, permettant ainsi de sélectionner individuellement leur puissance de fonctionnement.

L'installation d'une sonorisation public-adress à base de ligne 100 volts.

Pour calculer l'implantation d'une installation sonore à ligne 100 volts, il faut déterminer :

- Déterminer la couverture sonore.
- Calculer la puissance de chaque haut-parleur en fonction de son emplacement.
- Calculer la puissance de l'amplificateur.
- Calculer la section du câble.
- Utiliser selon les cas un transformateur de ligne 100V.
- Mesurer le bruit ambiant.

COUVERTURE SONORE

L’objectif dans l'implantation des haut-parleurs est d’assurer la couverture acoustique d’une surface donnée de manière homogène avec un niveau sonore constant et maitrisé.

Une couverture sonore efficace ne doit pas seulement permettre d’entendre le son, mais doit assurer une bonne intelligibilité en tout point de l’espace à sonoriser.

Un haut-parleur dans un local partiellement ou entièrement fermé diffuse le son de deux manières différentes:

- Une partie du son est rayonnée directement (en portée optique) par le haut-parleur.
- Une autre partie du son parvient par réflexion sur les parois du local, plafonds, sol, murs, meubles, etc.

Le champ sonore direct décroit en fonction de la distance du haut-parleur. A chaque fois que la distance double, la pression sonore diminue de 6 dB. Une réduction de pression de 6 dB donne une pression sonore locale correspondant à 1/4 de l’intensité sonore initiale, ce qui revient à dire que la pression sonore varie en fonction inverse du carré de la distance.

La réverbération : l'ennemie du sonorisateur

Si l'intelligibilité est la préoccupation principale du sonorisateur, la réverbération des locaux est son ennemie naturelle.

S’il est facile de prédire l’atténuation du champ direct il en tout autrement pour la réverbération, particulièrement lorsque le local comporte de multiples surfaces acoustiquement réfléchissantes. Le problème est que lorsqu’on s’éloigne d’une surface on se rapproche souvent d’une autre.

Le contrôle de la réverbération passe par la conception architecturale et le traitement acoustique des surfaces avec des matériaux absorbants.

Pour assurer un facteur d’intelligibilité élevé, il faut optimiser le rapport entre champ direct et champs diffus. Cela est généralement obtenu, à la fois du point de vue pratique et économique, en plaçant les haut-parleurs à proximité des auditeurs.

D’une façon générale, un système de distribution sonore équipé d’une multitude de haut-parleurs de faible puissance donnera de bien meilleurs résultats qu’une paire d’enceintes de forte puissance localisée en un seul point.

Les lieux de culte, églises, cathédrales, les aéroports, les salles de sports entre autres sont des locaux particulièrement réverbérants. Ils sont difficiles à sonoriser, et demandent une attention toute particulière lors de la conception du projet.

Placement des haut-parleurs

Pour l’implantation de HP dans un plafond on applique généralement la règle suivante : La distance d’axe en axe entre deux haut-parleurs doit être égale au double de la distance sol plafond.

Avec des HP offrant une ouverture de 90°, cette façon de procéder sera surtout valable pour la musique d’ambiance.

Pour la diffusion d’annonces ou les applications public-adress, cette méthode n’est pas totalement satisfaisante, la couverture sonore étant plus ou moins alléatoire suivant la position de l’auditeur par rapport au sol (selon, par excemple, que l’auditeur est assis ou debout).

La meilleure technique consiste en fait à espacer les haut-parleurs d’une distance égale au double de la distance du plafond aux oreilles des auditeurs. Il faut dans ce cas utiliser plus de HP, plus proches les uns des autres, permettant ainsi d’avoir une couverture beaucoup plus homogène, quelle que soit la position occupée par l’auditeur (voir schémas).

Par exemple, dans une salle de restaurant dont le plafond est à 4 m de hauteur et la hauteur moyenne des oreilles des auditeurs (assis...) de 1,3 m au dessus du sol (par conséquent à environ 2,7 du plafond) la distance entre les divers points de diffusion ne doit pas dépasser 5,4 m. Pour obtenir une couverture sonore encore meilleure, on pourra appliquer un coéfficient multiplicateur de 1,5. Dans notre exemple, la distance entre haut-parleur sera rammenée à 4 m.

Voici quelques exemples types d'installation public-adress à ligne 100 volts.

- Bureau : installer des haut-parleurs plafond espacés en tous sens de 2 fois la hauteur sous plafond.
- Entrepôt, parking : installer des projecteurs de son espacés en tous sens de 15 mètres.
- Surface de vente : installer un haut parleur boule à 4,50 mètres pour 100 m² de surface.
- Rue pietonne : installer des projecteurs de son tous les 30 mètres.
- Avenue pietonne : installer des projecteurs de son tous les 30 mètres des 2 cotés de l'avenue.

Ces quelques applications sont données à titre d'exemples, il faut bien entendu faire une étude personnalisée dans chaque cas.

PUISSANCE DES HAUT PARLEURS

Calculer la puissance SPL nécessaire

Après avoir défini l’emplacement des haut-parleurs, vous avez besoin de calculer quelle devra être la puissance consommée par chacun d’eux.

Si les locaux sont opérationnels et dans leurs conditions normales d’utilisation, vous pouvez faire appel à un décibel mètre ou sonomètre.

La mesure du bruit ambiant se fera en pondération A, à hauteur d’oreille.

La mesure s'effectuera dans des conditions réelles d'exploitation , au moment ou le bruit ambiant est à son niveau habituel. Dans un restaurant, la mesure sera faite à une heure de pointe, quand le restaurant est plein.

- Pour de la musique d’ambiance, le niveau de diffusion doit être de 10 dB SPL supérieur au niveau de bruit ambiant.
- Pour la diffusion de messages avec une bonne intelligibilité, le niveau doit être de 15 dB SPL supérieur au bruit ambiant.

- Pour une intelligibilité optimum il sera de 25 dB SPL supérieur au bruit ambiant.

Il faut ensuite utiliser la distance du haut-parleur aux oreilles de l’auditeur, combinée à sa sensibilité nominale (exprimée en dB pour 1 watt à 1 m ou en dB SPL avec 1 watt à l’entrée à une distance de 1 m), pour déterminer la puissance SPL nécessaire pour chaque HP de votre système de distribution sonore.

Utiliser la reglette ci-dessous pour convertir la distance haut-parleur / oreilles en dB.


A l’aide du graphique ci-dessous, nous allons calculer ensuite la puissance nécessaire à plus ou moins 1 watt.

Par exemple:

Un haut-parleur (sensibilité : 94 dB pour 1 W à 1 m) est placé dans un bureau présentant un bruit ambiant de 72 dBA, mesuré pour des personnes assises à leur poste de travail.
Pour obtenir une excellente intelligibilité, il faudra avoir 97 dB SPL (72 dB + 25 dB).
Le HP encastré dans le plafondest à 1,8 m au dessus des oreilles des auditeurs. La réglette de conversion permet de voir que pour 1,8m, il faut 5,2 dB. Il faudra donc que le haut-parleur produise 102,2 dB à une distance de 1m pour avoir 97 dB à 1,8 m.
Le haut-parleur faisant 94 dB pour 1 W à 1 m il demande un niveau de puissance supérieur de 8,2 dB (102,2 dB - 94dB) par rapport à 1 W.
Le graphique vous permet alors de déterminer facilement que la puissance nécessaire devra être de 6,6 watts. Le transformateur du HP offre les positions 0,5 W, 1, 2, 4 et 8 W. La valeur la plus proche de la puissance nécessaire est 8 W.
Sur cette position, il y aura seulement 0,8 dB de plus que la valeur théorique déterminée.

PUISSANCE DE L'AMPLIFICATEUR

Après avoir déterminé la puissance requise pour chaque haut-parleur,il faut effectuer la somme de ces puissances afin de définir quelle est la puissance que doit délivrer l’amplificateur.

Par exemple

Pour une installation comportant 16 haut-parleurs réglés sur 2 W, sept sur 1 W et 8 sur 10 W, la puissance totale requise par l’ensemble des HP sera de 119 W.

La présence d’un transformateur implique un phénomène de perte par insertion, c’est pourquoi, l’amplificateur doit être capable de fournir une puissance supérieure à la puissance théorique requise par l’ensemble des HP. En moyenne, un transformateur de haute qualité a une perte d’insertion de 1 dB. Cela implique de fournir 1,25 W au transformateur pour avoir 1 W au HP. Un transfo de faible qualité présentera une perte par insertion de 2 dB. Il faudra donc environ 1,6 W pour avoir 1 W au haut-parleur.

Un transformateur médiocre introduit de telles pertes que la qualité globale des performances se trouve dégradée... le meilleur et le plus puissant des amplificateurs ne pourra rien y faire.

Pour compenser la perte d’insertion il suffit d’ajouter la puissance correspondant au pourcentage de la somme des puissances transfo HP.

Par exemple

Pour des transfos ayant une perte par insertion de 1 dB, ajouter 25%.
Dans notre exemple (voir plus haut), il faudra pour satisfaire à une puissance HP de 119 W disposer d’une puissance d’amplification de 149 W (119 W + 25%). De façon à disposer d’une marge de sécurité il est bon d’ajouter encore 25% de puissance supplémentaire. Dans notre exemple il faudra donc en définitive un amplificateur de 186 W.

Cette valeur est la valeur minimum pour le choix de l'amplificateur car il est toujours prudent de prévoir une réserve de puissance au niveau de l'amplificateur pour anticiper un éventuel élargissement de l'installation.

PERTE DANS LES CABLES

Les installations Public-adress en ligne 100 volts sont souvent réparties sur de longues distances. Il n'est pas rare d'avoir de longueurs de lige 100 volts atteignant 500 mètres, notamment dans les entrepôts ou les complexes sportifs. Avec de telles longueurs on constate des pertes importantes dans les lignes haut-parleurs.

Un peu de théorie.

La résistance d'un conducteur dépend principalement de trois facteurs différents :
- Le matériau utilisé (Cuivre, aluminium etc)
- La longueur du câble
- La section du câble.

Il y a également d'autres facteurs secondaires :
- La température
- La résistance des contacts.

Nous ne parlerons ici que de 2 paramètres : la longueur et la section du câble haut-parleur.

Par exemple :

Prenons un amplificateur de 100 watts sur lequel on branche une enceinte de 8 ohms sur une distance de 225 mètres, et avec un câble haut-parleur de 2 x 1mm². (Ces valeurs sont choisies pour faciliter le calcul).

La résistance d'un câble se calcule de la manière suivante :

Résistance en Ohms = L / K x A
L étant la longueur du câble aller/retour
K étant "KAPPA" la conductivité du matériau, cette valeur est de 56 pour le cuivre.
A étant la section du conducteur en mm²

Dans notre exemple la résistance du câble est de 8 ohms.

Or l'amplificateur délivre sous 100 watts les valeurs suivantes :

- Tension de sortie = 28,3 Volts
- Intensité de sortie = 3,53 Ampères

La résistance finale est de 8 ohms pour l'enceinte et 8 ohms pour le câble haut-parleur.
Cela signifie que l'impédance vue par l'amplificateur est doublée, et en conséquence, le courant sortant est divisé par 2.
Ainsi on ne dispose plus que de 25% de la puissance de l'amplificateur (25 watts.) soit 75 % de perte dans les câbles haut-parleur.

Si on avait utilisé des câbles de 4 mm² de section, la perte n'aurait été "que" de 44%, mais le coût aurait été prohibitif.

Comparaison avec une ligne 100 volts.

Avec une puissance de 100 watts, l'impédance des haut-parleurs en ligne 100 volts est de 100 ohms. La résistance des câbles ne bouge pas, elle est toujours de 8 ohms.
Ce qui signifie que par rapport à l'impédance des haut-parleurs, la résistance des câbles est négligeable

En appliquant la formule, le rendement passe à 85,75%.
Pour avoir le même rendemant avec une enceinte 8 ohms, il faudrait un câble haut-parleur de 16 mm²!

Voici un tableau de rendement en % en fonction de la distance et de la section des câbles.

	8 Ohms	8 Ohms	8 Ohms	100 V	100 V	100 V
	1,5mm²	2,5 mm²	4 mm²	1,5mm²	2,5 mm²	4 mm²
10 m	94,3%	96,5%	97,8%	99,5%	99,7%	99,8%
20 m	89,1%	93,2%	95,7%	99,1%	99,4%	99,6%
50 m	75,8%	84,3%	95,4%	97,7%	98,6%	99,1%
100 m	59,4%	72,0%	80,9%	95,4%	97,2%	98,2%
200 m	39,3%	54,3%	66,8%	91,1%	94,5%	96,5%
500 m	16,2%	27,9%	41,2%	79,9%	87,1%	91,6%
1000 m	6,3%	12,9%	22,3%	65,2%	76,6%	84,3%

TRANSFORMATEUR DE LIGNE 100V

Les amplificateurs public-adress fonctionnent en ligne 100 volts, is sont donc équipés d'un transformateur de sortie incorporé.

Il arrive parfois qu'un client souhaite brancher des haut parleurs 100 volts sur un amplificateur de type Hi-Fi.

Bien que la solution ne soit pas optimale, cela reste réalisable.
Il convient dans ce cas d'installer un transformateur de sortie extérieur à l'amplificateur. La puissance du transformateur 100 volts sera choisie en fonction de la puissance de l'amplificateur.
Si on choisit un transformateur trop puissant, la tension maximale de 100 volts en sortie ne sera pas atteinte. Si par contre on choisit un transformateur pas assez puissant, la tension maximale de 100 volts en sortie sera dépassée avec tous les risques que ça comporte pour les enceintes et l'amplificateur.

Installation pratique d'un transformateur 100 volts sur un amplificateur basse impédance.

Le transformateur 100 volts sera installé à la sortie de l'amplificateur en rajoutant les composants prévus sur le montage ci dessous.

Coté primaire

Les éléments coté primaire protègent l'amplificateur dans les basses fréquences.
Avec des fréquences inférieures à 20 Hz, l'impédance du transformateur baisse rapidement, à tel point qu'il ne reste plus que la résistance ohmique du conducteur.

La résistance devient tellement basse, qu'il se produit un court-circuit à la sortie de l'amplificateur. Afin d'éviter ela, on branche en série une résistance de puissance avec comme valeur l'impédance du transformateur. Sur notre exemple la résistance sera de 4 ohms si on branche le transformateur sur 4 Ohms, de 8 ohms si on branche le transformateur sur 8 Ohms, etc.
Attention de calculer la puissance de la résistance en fonction de la puissance de l'amplificateur. En pratique on calcule 50% de la puissance de l'amplificateur.

Avec des fréquences plus élevées, la résistance sera pontée par des condensateurs afin de conserver la puissance maximum.

Coté secondaire

L'impédance des haut parleurs est fonction de la fréquence. La combinaison RC côté secondaire compense les variations de charge inductive. Ces variations de charge pourraient provoquer des oscillations de l'étage final de l'ampli.
Ces éléments ne sont pas indispenables, cependant il est intérressant des les installer pour la sécutité de l'installation.

MESURE DU BRUIT AMBIANT

Calculer la puissance SPL nécessaire

Quel que soit ll local à sonoriser, il y a toujours un bruit de fond résiduel, une espèce de pollution sonore appelée le bruit ambiant.

Pour qu'un message sonore soit clairement audible dans tout ce bruit ambiant, il doit être plus fort. Le niveau sonore se mesure en décibels.

Pour la musique d'ambiance, le niveau doit être supérieur de 6 dB SPL au niveau de bruit ambiant.
Pour la diffusion de message avec une bonne intelligibilité le niveau doit être supérieur de 10 dB SPL au niveau de bruit ambiant.
Pour les messages de sécurité, ou l'intelligibilité doit être maximale, le niveau doit être supérieur de 20 dB SPL au niveau de bruit ambiant.

Il conviendra toujours à l'installateur de juger le résultat et de rajouter, 6 dB SPL, 10 dB SPL ou même 20 dB SPL suivant les conditions réelles d'utilisation. La première chose à faire sur place est donc de mesurer le niveau de bruit ambiant.

Mesurer le bruit ambiant.

Pour mesurer le bruit ambiant, utilisez un décibel mètre ou sonometre de bonne qualité.
Cette mesure doit être réalisée dans les conditions habituelles d'utilisation du système sonore.
La mesure se fera en pondération A et à hauteur d'oreille.

Exemples de bruits ambiants

- Chambre : 40 dB
- Eglise : 50 dB
- Salle de banquets : 60 dB
- Gymnase : 65 dB
- Hypermarché : 70 dB
- Salle polyvalente 75 dB
- Quai de gare : 80 dB
- Gradins de stade : 85 dB
- Quai de métro : 90 dB
- Discothèque : 100 dB

Définir l'atténuation due à la distance.

Plus l'auditeur est loin de la source sonore, plus le signal sonore est faible.
L'atténuation n'est pas linéaire, elle est proportionnelle au carré de la distance.
Sans faire de calculs savants, il est plus facile d'utiliser une règle de calcul comme ci dessous.



Par exemple, pour un auditeur placé à 2 mètres de la source sonore, l'atténuation sera de 6 dB
Autre exemple, pour un auditeur placé à 10 mètres de la source sonore, l'atténuation sera de 20 dB.

En fonction de la distance mesurée, ajouter le nombre de DB SPL correspondants à ce tableau.
Le nombre ainsi trouvé determine le niveau SPL nécéssaire à cet endroit.
Il conviendra donc à l'installateur à rechercher un haut parleur dont le rendement se rapproche au maximum du SPL nécessaire.

Source : Public-adress.com