Avant-propos
Ce système est conçu et fabriqué à l’aide d’une imprimante 3D, un équipement qui n’est pas accessible à tous.
Je propose donc, pour ceux qui le souhaitent, un ensemble complet prêt à l’emploi comprenant le système de fixation, la boîte à lumière, le boîtier d’analyse (microcontrôleur et programmation) ainsi que l’écran de contrôle.
Le prix n’est pas encore définitivement établi, mais restera volontairement modique, en accord avec l’esprit de ce site.
J'y réfléchis... J'y réfléchis ...
Au fait ... je tiens également à disposition tous les fichiers STL nécessaires à la fabrication de ce joujou .. (Envoyer un mail).
Je propose donc, pour ceux qui le souhaitent, un ensemble complet prêt à l’emploi comprenant le système de fixation, la boîte à lumière, le boîtier d’analyse (microcontrôleur et programmation) ainsi que l’écran de contrôle.
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J'y réfléchis... J'y réfléchis ...
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L'effet Hall et son application
Le phénomène d’excursion excessive peut conduire à la destruction irrémédiable d’un haut-parleur, notamment par dépassement du Xmax ou décentrage de la bobine mobile.
Pour éviter ce désagrément et plus particulièrement dans le cadre de l’étude de haut-parleurs aux caractéristiques inconnues, j’ai conçu un système de mesure simple, économique et précis, capable de déterminer cette caractéristique mécanique essentielle.
Ce dispositif repose sur un microcontrôleur associé à un capteur à effet Hall linéaire, permettant de mesurer l’excursion réelle de la membrane sans contact.
Grâce à cette approche, il devient possible d’obtenir rapidement des paramètres dynamiques exploitables dans les calculs d’enceintes acoustiques (Xmax, linéarité, excursion maximale, comportement mécanique sous charge).
Décomposition du système de mesure
Le système de mesure se compose d'un ensemble mobile à fixer sur le saladier du HP qui est adaptable à des diamètres variant de 11cm à 21 cm. Les fixations au saladier se présentent sous la forme, soit de deux boulons moletés avec écrou ou soit de cales qui coulissent dans un rainurage. Ces deux systèmes permettent l'adaptation au diamètre de chaque HP.
Une "boite à lumière" se positionne au centre du système de fixation et d'une part comprend à son extrémité un capteur Hall type SS49E ou A1324 qui se situe en face de l'aimant collé sur le cône du HP, et d'autre part intègre un système de pointage LED de couleur rouge permettant le positionnement du capteur Hall face à l'aimant.
Système de fixation directement sur saladier Système de fixation par cales bloquantes
Représentation HP avec système de serrage , boite à lumière avec capteur Hall et aimant néodyne fixé sur le cône du HP
Vue de gauche
: Double système de fixation
Vue de droite : boite à lumières avec capteur Hall
Vue de droite : boite à lumières avec capteur Hall
Choix du capteur Hall et de l'aimant
Capteur HALL SS49E
- très courant
- linéaire
- 2,5 V au repos
- variation ±1 V selon la distance
- parfait pour excursion 0–15 mm
- précision typique : ±0,2 à ±0,5 mm
Capteur HALL A1324
- version “haute sensibilité”
- encore plus précis
- idéal pour mesurer des petites excursions (2–5 mm)
Aimant néodyme 5×2 mm ou 6×2 mm
• léger (0,25 gr)
• ne perturbe pas la membrane
• colle facilement (adhésif double face fin ou colle chaude)
Montage du capteur Hall et position de l'aimant
Il est important de choisir l’emplacement de l’aimant
- Celui-ci doit suivre le mouvement axial du HP sans perturber sa masse mobile.
- Toujours le placer au centre du cône
- Ne jamais le coller sur la membrane
- Vérifier que l’aimant est posé à plat, pas sur la tranche
- Vérifier que le dust cap n’est pas souple au point de s’enfoncer
Fixation de l’aimant 5×2 mm
La cyanoacrylate gel est idéale pour un collage léger et propre.
- Déposer une micro goutte
- Poser l’aimant avec une pince (évite qu’il saute)
- Maintenir 5 secondes
- Laisser sécher 1 minute
Avec de la néoprène contact enduire un coton tige de colle et en poser délicatement sur le cone puis positionner l'aimant et le maintenir en place quelques secondes
A l'aide des 4 lumières LED rouge projetées à 360° sur le cône du HP il est facile d'aligner le capteur Hall avec l'aimant.
Boite à lumière avec capteur hall intègré Boite à lumière - câblage
Vue de dessous Vue en coupe
Câblage interne des leds
Capteur Hall en position centrale de la boite à lumière
Vue éclatée boite à lumière avec groupe Leds
Réglage de la distance capteur - aimant néodyne
La distance influence la sensibilité et la sécurité mécanique.
- Distance idéale : 8 à 12 mm
- Ne jamais descendre sous 5 mm (risque de contact)
- Vérifier l’absence de contact à forte excursion
Procédure générique pour un HP inconnu :
Pour un HP dont on ignore tout, on peut partir sur une règle de sécurité générique :
- Distance de repos capteur‑aimant : 12 à 15 mm
- Distance mini en butée avant : jamais moins de 4 - 5 mm
- On règle d’abord le capteur à ~15 mm de l’aimant au repos.
- On envoie un signal très faible (1 - 2 V, bruit rose ou sinus 30 - 60 Hz).
- si la variation Hall est trop faible on descend doucement (14, 13, 12 mm…)
- si on vois que le HP bouge beaucoup on reste prudent et on ne descend pas trop
En estimation:
Pour un petit 5–6" : on finira souvent vers 10 -12 mm
Pour un 8–10" : 12 -14 mm
Pour un 15" : 14 - 16 mm si on veut être large
Câblage et connexions entre composants
Câblage capteur HALL SS49E
• 2,5 V au repos
• augmente si l’aimant se rapproche
• diminue si l’aimant s’éloigne
Diviseur résistif
Un diviseur résistif doit être utilisé pour réduire la tension envoyée au HP (souvent 2- 20 V) vers une tension acceptable par Arduino (0 - 5 V).
Valeurs recommandées
- R1 = 47 kΩ
- R2 = 4.7 kΩ
ARDUINO va lire à chaque cycle:
- La tension HP (via A1) : convertie en volts réels grâce au diviseur
- L’excursion (via A0) : convertie en millimètres grâce au capteur Hall
- La pente locale : pente = Δ excursion / Δ tension
- La rupture de linéarité : quand la pente chute de 20 %, on déclare Xmax détecté
Câblage écran affichage ST7789 (170 x 320):
Câblage bouton poussoir RESET (NO)
Exemple affichage paramètres sur écran ST7789
Méthode d'analyse
Matériel nécessaire - Hardware et Software
- Générateur de sinus (Wave spectra - REW)
- Ampli audio
- L'ensemble fixation HP >> boite lumière avec capteur Hall règlée en hauteur (15mm de l'aimant)
- Multimètre pour mesurer la tension réelle
- Support pour maintenir le HP vertical
- Arduino NANO avec son programme chargé
- Ecran de visualisation des paramètres et graphique type ST7789 (170×320)
- Un capteur HALL SS49E
- 4 Leds couleur rouge
- 1 bouton poussoir (ouvert au repos NO)
- Une résistance 1/4 Watt de 47 kOhm et une autre de 4,7 kOhm
- Un support ARDUINO avec connecteurs à vis
- Un boitier (soit imprim 3D ou boitier commerce 90 x 100 x 25mm (La x H x P)
Principe de la mesure:
- Quand la membrane bouge >> le champ magnétique varie >> la tension du capteur change >> Arduino lit la position.
- On analyse la non linéarité de la courbe excursion/tension, comme le font Klippel, LMS, ou les bancs de mesure pro.
Détection de la rupture de linéarité
- On envoie un sigal sinus très lent 1 ou 2 Hz.de façon à ce que la membrane suit parfaitement le signal
- On augmente la tension de sortie de l'ampli par petits pas (automatique ou manuel).
- Arduino mesure la tension appliquée et l'excursion en mm
- Il trace en mémoire la courbe: Tant que la courbe est droite, le HP est linéaire, et dès qu’elle s’aplatit, on atteint Xmax et L’Arduino détecte ce changement de pente.
On calcule la pente instantanée :
pente= Δ excursion / Δ tension
- Puis on compare à la pente initiale (linéaire).
- Si la pente chute de 20 %, on considère que Xmax est atteint
On mesure la tension réellement envoyée au haut parleur, avec un diviseur résistif, et l’Arduino peut alors détecter automatiquement Xmax en analysant la rupture de linéarité entre tension appliquée et excursion mesurée.
Pour mesurer la tension HP avec un Arduino (en toute sécurité), on va utiliser un diviseur résistif pour réduire la tension envoyée au HP (souvent 2- 20 V) vers une tension compatible Arduino (0 - 5 V).
Schéma complet de câblage
L'ensemble terminé et prêt à analyser
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXe
Les résultats des analyses
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ
En finalité ce que l'on obtient avec ce montage
- Une mesure d’excursion précise à ±0,5 mm
- Un système répétable, utilisable sur n’importe quel HP
- Une solution DIY qui rivalise avec les bancs de mesure pros
Références
- Edwin Herbert Hall, 1879 — Découverte de l’effet Hall
- RS components - Applis industrielles
- Edwin H. Hall, American Journal of Science, 1880.
- Edwin H. Hall, Philosophical Magazine, 1880.
- Encyclopædia Universalis — Effet Hall (Bernard Pire, CNRS)
- Vance Dickason — Loudspeaker Design Cookbook - les effets de l’excursion sur la distorsion
- Martin Rune Andersen - Compensation of Nonlinearities in transducers
- Wolfgang Klippel — Nonlinearities in Loudspeakers