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[Information] Impédance, Clarifications et FAQ
TriB
posté 15/04/2007, 21:05
Message #1


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L'impédance est souvent un facteur qui revient dans le choix d'un casque. Tel quel, ce paramètre n'est pas si important, mais il influe de manière non négligeable dans le rendu final du casque.

Afin de clarifier un peu ce qui se cache derrière l'impédance, on va essayer de présenter les bases, puis aborder les limites des amplificateurs avant de terminer sur les recommandations en fonction de l'usage. L'idéal serait de regrouper dans ce sujet toutes les questions portant sur l'impédance elle-même afin d'étoffer et d'illustrer un peu ce premier message un peu technique. On peut aussi élargir le débat au-delà des casques (câbles, éléments hi-fi, enceintes...), mais toujours tourner autour de l'impédance.

Vous pouvez aller à l'essentiel si le temps vous manque ou si le coeur vous en dit, en sautant directement à la conclusion.

1. La base, un peu de théorie


L'impédance Z est tout simplement l'extension de la résistance au courant alternatif. Plus de détails et de rigueur sur wikipedia.
La relation qui va nous servir est simplement
Code
U(f) = Z(f).I(f)

avec f la fréquence en Hertz (Hz), U la tension en Volt (V) et I l'intensité en Ampère (A). Pour simplifier, l'impédance est fonction de la fréquence, donc il est logique de considérer la décomposition d'un signal en séries de Fourier. Là encore, simplifions, un signal peut être exprimé comme une somme pondérée de sinusoïdes chacune de fréquence différente.

Donc on peut se limiter à une seule fréquence f, soit
Code
U = Z.I

C'est une bête multiplication, mais ça nous apprend déjà beaucoup de choses comme nous allons le voir par la suite.

Rajoutons une notion, la puissance P exprimée en Watt, qui est donnée par les relations suivantes :
Code
P = U² /Z = Z.I²


2. Et l'audio dans tout ça ?


Il faut savoir que le signal audio est encodé le long des divers câbles (de modulation ou d'enceintes) sous forme de tension.
C'est cette grandeur qu'on fait varier quand on modifie le volume sur une chaîne hi-fi ou un baladeur.
Idéalement, tout au bout de la chaîne audio, les enceintes ou le casque ont leur membrane qui bouge proportionnellement à cette tension.
Côté enregistrement c'est le même principe mais en sens inverse, c'est-à-dire les sons font vibrer la membrane du micro qui produit une tension qu'on enregistre. Ainsi on obtient côté auditeur la reproduction exacte de ce qui a été enregistré sur le micro.

En ce qui alimente ces membranes des casques et haut-parleurs, il faut donc leur envoyer une tension, et c'est le boulot des amplificateurs. Pour avoir du volume il faut remuer de l'air, donc l'ampli doit reproduire fidèlement la tension faible qu'il reçoit par exemple d'une platine CD, à puissance plus élevée. D'où l'appellation ampli de puissance. Cet ampli peut être intégré au baladeur, ou être externe (cas d'un ampli-casque dédié).

Sur un amplificateur il y a souvent deux limites distinctes, la tension et l'intensité, qu'il faut bien prendre en compte.

Deux exemples pour illustrer

Basse impédance

Prenons un premier casque type nomade, d'impédance 32 Ohms. Sa sensibilité est de de 80dB pour 1 mW (même si très souvent on rencontre à tort 80dB/mW, ce n'est pas 80dB par mW).
Il s'agit là de l'efficacité du casque, sa sensibilité ou son rendement, plein de mots qui disent simplement que quand on fournit 1 milliWatt (1 millième de Watt) au casque, il sort un volume sonore de 80dB.

Si on demande à ce premier casque un volume de 100dB, soit 100W, on aura besoin de lui fournir une tension de
Code
U = (P.Z)^0.5  = (100 mW * 32 Ohms)^0.5 = 1.788 V,

mais aussi une intensité de
Code
I = (P/Z)^0.5 = (100 mW / 32 Ohms)^0.5 = 55.9 mA


Ce profil de casque est plutôt orienté baladeurs.
Typiquement on retrouve des limitations du genre 1.5V, 30mA pour l''iAudio X5 qui est un baladeur plutôt puissant .
Mais il ne pourra pas pousser ce premier casque à 100dB sans distortion : sa limite est 30mW soit 95dB.

Haute impédance

Prenons le même casque, mais version haute impédance. Allez, hop 320 Ohms ! Toujours 80dB pour 1mW.

Pour avoir 100dB, l'ampli doit fournir au casque une tension de
Code
U = (P.Z)^0.5  = (100 mW * 32 Ohms)^0.5 = 5.656 V,

mais aussi une intensité de
Code
I = (P/Z)^0.5 = (100 mW / 32 Ohms) ^0.5 = 17.6 mA


Et là notre X5 est dans les choux. Il ne pourra pas fournir suffisamment de tension (1.5 < 5.66), alors qu'il en a à revendre côté intensité (30 > 17.6). Comme il est limité à 1.5V, il fera tout au plus 7mW soit 88.5dB.

3. L'ampli et ses limites


On remarque bien que pour le même volume final, les tensions et intensités réclamées à l'ampli sont bien différentes. Un ampli est limité sur ces deux grandeurs simultanément, c'est pourquoi la limite de puissance souvent annoncée ne signifie au final pas grand chose sans mention de l'impédance.

Limite de tension


Un ampli ça ne crée pas de la tension par magie. Il est souvent alimenté par une tension symétrique, par exemple +1.5V et -1.5V pour le X5. Ce sont les limites de l'ampli, il en pourra pas aller plus loin. Si on lui demande plus, il sature au maximum qu'il peut atteindre.
Cette tension maximum, ou tension de saturation est de toute façon comprise entre les deux tensions d'alimentation.

Les baladeurs sont alimentés par des piles ou batteries. La tension d'une batterie au lithium fait par exemple 3.6V. Comme il faut une tension symmétrique, l'ampli pourra fournir +/- 1.8V, souvent même moins.
C'est pourquoi on préfère utiliser des casques à faible impédance sur les baladeurs, sous peine de se retrouver avec un volume très faible.

Alors comment se manifeste cette saturation ? eh bien c'est très déjà très facilement audible, dès que le son monte un peu (beaucoup d'instruments, un coup de batterie), le son grésille, distord. Dans le cas des enceintes, ça peut facilement griller les haut-parleurs d'aigus (tweeters). Pour un casque en revanche pas trop de danger.

Ce genre de limitation se contourne traditionnellement par l'ajout d'un ampli de puissance, bloc de puissance pour les enceintes, ampli-casque pour ... les casques.
Le Cmoy, ampli casque le plus basique, peut s'alimenter en +/- 4.5V (avec une pile 9V), ou même +/- 6, 8, voire même 12V. C'est donc un ampli parfaitement adapté aux casques hi-fi traditionnels à 250 Ohms et plus.

Limite d'intensité


L'intensité, c'est le débit du courant électrique. Quand il n'y en a plus assez, le son devient brouillon, mais c'est assez dur à déceler et à analyser précisément. Un exemple flagrant, c'est la partie la plus gourmande en énergie, les basses, qui s'effondre. Un exemple est donné ici, où on voit que l'ipod shuffle première génération en avait plus sous la pédane que les gros jukeboxes.

Le manque de courant peut expliquer les réputations de casque "gourmand", voire "pataud" ou confus s'il est branché directement sur un baladeur, mais ce n'est pas forcément la seule explication. Le casque lui-même peut être en cause. Cette limitation est donc difficile à diagnostiquer.

L'autre point à soulever est la distortion causée par la demande en puissance. Les amplis dont il est question sont des amplis de tension. Ils se comportent en général mieux quand on ne les pousse pas dans leurs retranchements, donc quand on est loin de leur limite d'intensité. C'est une des raisons qui font que les entrées/sorties au niveau ligne ont des très hautes impédances (plusieurs milliers d'Ohms).

Une des caractéristique qui souffrent en cas de basse impédance, même sur les baladeurs, est la séparation Gauche-Droite. En effet, plus l'impédance est faible, plus les voies G et D seront "mélangées". (Un exemple ici).

Parenthèse sur les amplis-casques. Certains, surtout ceux alimentés par une tension élevée (pile 9V ou transfo externe à 12V et plus) n'ont pas forcément de limite d'intensité élevée. Exemple le Cmoy n'a que 40mA de courant en sortie, donc ne sera pas d'une grande aide avec les casques de 32 ohms et moins du style Grado.

4. Conclusion : alors que choisir ?


Si vous avez tout lu jusqu'ici, tout d'abord bravo et merci. Sinon ce n'est pas grave et bien normal vu le pavé. Essayons de résumer deux grand profils de casques :

Basse impédance


Nécessaire pour les baladeurs, ces derniers fonctionnant sur batteries. En revanche, beaucoup de courant doit être fourni par l'ampli, qui n'est pas aussi bon qu'avec des hautes impédances.
Ces limitations dans une certaine mesure aussi aux cartes alimentées par USB (5V).

Autre inconvénient, le branchement de casques en parallèles diminue l'impédance (2 casques identiques d'impédance Z en parallèle ont une impédance globale de Z/2), ce qui peut surcharger l'ampli.

La priorité pour un casque de ce type reste la sensibilité, qui permet de compenser la plupart des défauts en réclamant peu de puissance à l'ampli. Mais un autre effet secondaire peut apparaître : on demande tellement peu qu'on est proche du niveau du bruit de fond de l'appareil. C'est le cas des intras, parfois tellement sensibles que le souffle gâche un peu le tableau des écouteurs idéaux en balade.

Haute impédance


A très haute impédance, difficile à utiliser sur baladeur car trop peu de tension. En revanche, à volume égal, la qualité sonore est habituellement meilleure car l'ampli est moins solicité. Il faut de la tension, donc chaîne hi-fi, ampli-casque ou carte-son avec alimentation dédiée recommandés. Autre avantage, on est plus loin du bruit de fond des appareils.

On peut de plus facilement en brancher une grappe en parallèle, ce qui est utile en studio d'enregistrement (4 casques à 300 Ohms en parallèle font une charge de 75 Ohms au final).

Bref, les casques à haute impédance sont recommandés pour l'usage sédentaire, studio ou hi-fi de salon avec du bon matériel sonore à l'alimentation.

Pour terminer


Alors impédance haute ou basse ? la question n'est pas si simple, beaucoup d'autres paramètres tels que l'appareil qui pilote le casque, la sensibilité, l'isolation... influent aussi pour déterminer si un casque est adapté ou non à un usage. Néanmoins, un casque à 32 ou 64 ohms voir proche de la centaine sera quand même plutôt polyvalent dans son utilisation.

Pour la suite de la vie du fil de discussion, je vous propose de poser vos questions ou commentaires qui seront tous regroupés dans le second message sous forme de FAQ.
En espérant avoir été clair, à vous les gens yahoo.gif


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TriB
posté 23/06/2008, 15:54
Message #2


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<h3>Foire Aux Questions</h3>
Post réservé aux questions sur l'impédance.


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Nicholas
posté 23/06/2008, 16:28
Message #3


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Huhuhu, le retour du topic crée en 1872 !


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KromaXamorK
posté 23/06/2008, 16:39
Message #4


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Marrant ce phénomène de mélange des canaux gauche/droite quand l'impédance est trop basse. bigyellow.gif


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Max
posté 23/06/2008, 17:57
Message #5


: Sardine à Nice
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Houra, enfin publié ! bigyellow.gif
Merci bien TriB, c'est très clair.


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DclsBOSS
posté 23/06/2008, 19:15
Message #6


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TriB est de retour yahoo.gif


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Casques et écouteurs : AKG K340 (stand WooAudio HPS-H), Audio-Technica ATH-ESW9, Creative Aurvana, Sennheiser PX200/HD202/MX400 et Ultrasone HFI-2200
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TriB
posté 24/06/2008, 09:17
Message #7


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Effectivement, la version initiale date d'il y a bien deux ans hehe.gif

Pour en revenir à la remarque de Kroma, c'est bien pour augmenter la qualité des sorties qu'on cherche à avoir une impédance la plus éloignée des limites de l'ampli.

L'effet de crosstalk (repisse il me semble, en français peu soutenu clindoeil.gif ) est souvent contourné en utilisant une amplification avec deux canaux mono séparés. Mais c'est un des effets les plus flagrants, c'est pour ça que je l'ai mis en exemple. On obtient aussi ce genre de résultat sur les chiffres de distortion.

En gros, il faut rester très loin de la limite en intensité de l'ampli, vu que son travail c'est de fournir avant tout une tension.

Même au sein des amplis-casques, on peut avoir les parties amplification du signal pures suivies de parties dédiées à la puissance (par exemple des amplis à gain unitaire appelés buffers du style BUF634).


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KromaXamorK
posté 04/07/2008, 22:46
Message #8


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Je viens de trouver des adaptateur d'impédance ER4P vers ER4S de 75 ohms en natif.
Ca ressemble à ça :
Image IPB

Je me tâte parce qu'il y a plusieurs impédances possible (33, 36, 68, 91, 120, 150, 200 & 300ohm)
L'idéal serait le plus petit possible pour utiliser mes intras avec le Kenwood seul et pour enlever le souffle mais par exemple l'atténuateur Shure s'est avéré être une mauvaise expérience.
J'aurais un problème de changement de signature sonore avec ce genre de bestiole et dans kelle mesure sachant que ça m'étonnerait fort que je monte au dessus des 120 ohms???


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iOlivier
posté 05/07/2008, 11:17
Message #9


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Je viens de faire des mesures avec mon multimètre sur l'atténuateur de volume Shure.

Au minimum, il est à 3,7 Ohms., au maximum il est à 496 Ohms. Quand on touche à la molette, il passe très vite à 20 Ohms, puis à 50, 100... C'est une progression assez linéaire mais beaucoup trop étendue qui rend impossible un réglage précis. On se retrouve vite avec une impédance trop élevée.

Pour ces adaptateurs d'impédance, un 33 ohms devrait suffire. Là, je ne suis pas dans de bonnes conditions pour faire des test d'écoute, mais je ne suis plus gêné par le souffle de mon iAudio7 à partir de 20 ohms sur mon adaptateur Shure.

Ces adapteurs me semblent quand même tros gros pour être branchés directement sur un lecteur MP3. Par contre ça peut être acceptable si on le place entre les écouteurs et une rallonge (ça se prèterait donc bien aux écouteurs Shure SE).


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Max
posté 05/07/2008, 12:57
Message #10


: Sardine à Nice
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On arrive à avoir un réglage plutôt fin avec le variateur Shure, mais faut vraiment avoir de petites variations à faire et surtout rester proche du maximum, sinon la sonorité du casque en prend un coup, le grave et les mediums se font assez vite la malle.


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KromaXamorK
posté 05/07/2008, 13:37
Message #11


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Ah oui intéressant tes mesures iOlivier.
M'enfin je suis loin de l'utiliser au maxi, je le règle juste pour qu'il stoppe le souffle mais rien que là, déjà je sens que la perte est pas négligeable.


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davidsylvian38
posté 05/07/2008, 13:49
Message #12


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CITATION(KromaXamorK @ 04/07/08 - 23:46) [snapback]564932[/snapback]

Je viens de trouver des adaptateur d'impédance ER4P vers ER4S de 75 ohms en natif.
Ca ressemble à ça :
Image IPB


Je me tâte parce qu'il y a plusieurs impédances possible (33, 36, 68, 91, 120, 150, 200 & 300ohm)
L'idéal serait le plus petit possible pour utiliser mes intras avec le Kenwood seul et pour enlever le souffle mais par exemple l'atténuateur Shure s'est avéré être une mauvaise expérience.
J'aurais un problème de changement de signature sonore avec ce genre de bestiole et dans kelle mesure sachant que ça m'étonnerait fort que je monte au dessus des 120 ohms???


Se méfier tout de même de ce genre de bestiole, car au premier abord cela peut sembler attractif, mais ne pas oublier que malgré que se soit des composants passifs, certains ont tendances à écréter pas mal le spectre fréquentiel...
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KromaXamorK
posté 05/07/2008, 14:07
Message #13


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Je sais pas le vendeur le vend comme un adaptateur ER4P/S : http://cgi.ebay.fr/ETYMOTIC-ER4P-TO-ER4S-R...1QQcmdZViewItem
En koi il pourrait être différent de celui vendu par Etymotic???


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Goret
posté 19/07/2008, 00:37
Message #14


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CITATION(davidsylvian38 @ 05/07/08 - 14:49) [snapback]565003[/snapback]
Se méfier tout de même de ce genre de bestiole, car au premier abord cela peut sembler attractif, mais ne pas oublier que malgré que se soit des composants passifs, certains ont tendances à écréter pas mal le spectre fréquentiel...

Ce n'est pas tant la résistance qui "écrête" en elle-même (ça reste quand même le composant passif le plus simple, on n'est pas en train de parler de condensateurs électrolytiques...), que le fait que la mise en série d'une impédance externe avec le casque va changer la réponse spectrale de l'ensemble. Cf. la page de Jan Meier sur les effets d'une impédance en série: http://www.meier-audio.homepage.t-online.de/tipstricks.htm



Sinon, pour ce qui est de l'article, 80 dB pour 1 mW, c'est quand même une sensiblité bien faible, et (à mon avis) l'exemple choisi à 32 Ohm n'est pas "orienté baladeurs" non plus (vu qu'on se place aux limites de ses capacités).

Ce message a été modifié par Goret - 19/07/2008, 00:45.
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TriB
posté 22/07/2008, 09:10
Message #15


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CITATION(Kroma)
L'idéal serait le plus petit possible pour utiliser mes intras avec le Kenwood seul et pour enlever le souffle mais par exemple l'atténuateur Shure s'est avéré être une mauvaise expérience.

Quels étaient tes déboires avec l'atténuateur Shure ?

Sinon pour la résistance, deux solutions, soit on la met en série, soit on a un vrai diviseur de tension, c'est-à-dire qu'on a un atténuateur similaire à un potentiomètre de chaîne hi-fi.

Il vaut mieux opter pour la seconde solution, c'est ce que doit faire le bidule Shure normalement.

D'ailleurs si quelqu'un sait où trouver le genre de jack mâle-femelle qu'on voit sur les photos, ça m'intéresse. Je m'en ferait bien une paire (voire plus si ça intéresse du monde) pour aller avec mes UHP 336. Tu les as trouvés où Kroma ? à la rigueur je les rebricolerai bien.

En gros l'idée serait d'augmenter l'impédance aux alentours de 25-30 Ohms.


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bidoux
posté 22/07/2008, 16:42
Message #16


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Moi aussi je veux me faire une sorte de rallonge jack 3.5 de 10cm avec une résistance dans un des jacks.
Par contre je ne sais pas où mettre la résistance, à la masse ou deux aux deux voies ?

Le truc avec l'atténuateur shure c'est qu'il atténue les fréquences aussi. thumbdown.gif
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KromaXamorK
posté 22/07/2008, 18:34
Message #17


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TriB>>Avec le Shure le changement sonore est radical, j'ai l'impression que la bande de fréquences est écourtée et "s'aplati".
Pour les espèces jack c'est cette adresse : http://cgi.ebay.fr/ETYMOTIC-ER4P-TO-ER4S-R...1QQcmdZViewItem
Tu peux choisir une impédance de ton choix, par défaut c'est du 75 ohms.


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TriB
posté 23/07/2008, 09:31
Message #18


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bidoux >> voilà la réponse.
Si tu mets juste la résistance en série tu changes la signature sonore, ce qu'a l'air de faire l'atténuateur shure, vraiment bizarre.

KromaXamorK>> merci pour le lien. Ca termine quand même à 15€, pas donné le truc. De toute façon je suis en train de me dire c'est pas trop pratique, ça fait quand même un énorme machin qui sort de ton appareil audio, un vrai tueur de jack en balade. Et probable que l'intérieur soit collé, auquel cas ce machin sera pas récupérable.

Je vais plutôt essayer de m'en bricoler avec un mini-jack coudé et 10 cm de câble comme bidoux.


Edit : Bon, réflexion faite j'ai un peu divagué, un atténuateur en sortie d'un ampli ne pourra jamais laisser la signature sonore intacte.
En fait la distortion peut-être minimisée si on sacrifie de la puissance. Ca dépend aussi grandement de la courbe d'impédance du casque, un exemple.
Dans ce cas particulier, les super.fi 3 sont plutôt bien lottis puisque la courbe étant plate, on aura juste un légère atténuation de tout le spectre sauf les aigus qui le seront un peu moins. Pour les super.fi 5 pro par contre c'est plus délicat, la grosse bosse fera que là où la courbe est haute, l'atténuation sera moindre, donc haut-médium mis énormément en avant par rapport au reste.

Ce message a été modifié par TriB - 23/07/2008, 09:49.


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bidoux
posté 01/09/2008, 10:19
Message #19


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Je me suis fait le petit câble avec les deux résistances.

Résultat, je n'entends plus le souffle de mon zune. Il n'est normalement présent que quand je le démarre et diparait au moment ou la musique commence.

Je ne sais plus quelles résistances j'ai mis. Soit des 20, 30 ou 40 Ohms à peu près. fou.gif

C'est plutôt convaincant comme résultat. Sur l'histoire de signature je n'ai rien remarqué, j'essayerai de faire plus attention.
yahoo.gif
Edit:Image IPB

Ce message a été modifié par bidoux - 24/09/2008, 15:18.
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Benjam
posté 06/01/2009, 16:13
Message #20


Nioubiz


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Salut à tous,

je rentre de vacances après avoir essayé le vieux casque de beau-papa (sur mon ipod): un AKG 242 acheté dans les années 80 et dont l'impédance est de...600 ohms! (oui Messieurs-Dames, vous avez bien entendu, 600!!! ).

Alors dans un environnement calme, il faut presque pousser le volume à fond (mais pas tout à fait) mais le son ne parait pas bridé pour autant...du coup, je repense à l'AKG K701 qu'on m'avait déconseillé sur mon ipod à cause de son impédance (62 ohms!) et je me demande bien ce qui pourrait clocher!

J'ai lu ce sujet, j'ai à peu près tout compris...mais désolé, ce K242 et ses 600 ohms passent plutôt très bien sur mon ipod! tongue.gif tongue.gif

Merci d'eclairer ma lanterne!!!
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