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La mise au point des filtres passifs

Mise à jour : 2011-08-13.


Le calcul des filtres passifs fait l'hypothèse que les haut-parleurs sont assimilables à une résistance pure.
Pour respecter cette hypothèse, des éléments de correction d'impédance ont été ajoutés, R6, L6 et C6 sur un médium ou un tweeter, RRC ou CRC pour un grave.
Malgré toutes ces précautions, il peu y avoir un écart entre les valeurs calculées et les valeurs qui marchent le mieux à l'écoute, écart d'autant plus grand que le haut-parleur demande en plus du filtrage, une correction de courbe de réponse.
Pour ces raisons, et quelque soit le soin apporté à la phase calcul, une mise au point est indispensable.

Si vous êtes équipé d'un système de mesure, c'est le moment de mesurer les courbes de réponse et d'impédance de chacun de vos haut-parleurs, et de passer à un simulateur de filtre.


Matériel :

Outre la touche mono sur votre ampli, ou entre le lecteur de CD et votre ampli, il faut un certain nombre de composants d'avance :
Des selfs, des condensateurs, des résistances en 2 ou 4 exemplaires chacun.

Comme vous ne pouvez pas avoir toutes les valeurs en stock, il va falloir "fabriquer" la bonne valeur par la mise en parallèle de 2 ou 3 composants :
2 condensateurs en parallèles : C = C1 + C2.
2 résistances en parallèles : 1/R = 1/R1 + 1/R2.

Je ne met jamais en série 2 composants pour faire la bonne valeur.
Je préfère prendre des valeurs plus élevée pour les résistance et les mettre en parallèle : 1/R=1/R1+1/R2.
Pour les condensateurs, je prends des valeur plus faible, et je les mets aussi en parallèle : C=C1+C2
Pour les selfs, j'ai toutes les valeurs dont j'ai besoin, je ne les mets ni en série, ni en parallèle, mais parfois je les débobine...

Quand je sors mes boites de composants pour faire une mise au point, cela impressionne toujours...

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Pécuniairement c'est aussi une belle somme, mais qui s'est étalée sur au moins 30 ans...


Précision :

Un condensateur se règle à 0.33 mF prés assez facilement.
Pour un tweeter coupé à 9 ou 10000 HZ, je descend à 0.22
mF, et même à 0.1 mF.

Je conserve les selfs à leur valeur standard, et je m'en contente.
L'ajustement de la fréquence de coupure se fait avec les condensateurs.
Êtes vous réellement à 50 ou 100 Hz prés sur la fréquence de coupure ?

Les résistances se règlent à 0.3 ou 0.4 Ohms près pour les correcteurs RC, RLC et atténuateurs simples.
Pour les atténuateurs à impédance constante, il est parfois nécessaire de descendre à 0.1 ou 0.2 Ohms prés pour la résistance série.
La valeur de la résistance en parallèle est calculée dans ce cas.

Enfin pour la mise en phase des haut-parleur, 1 mm me semble une bonne valeur.
La difficulté n'est pas pour entendre la différence, mais pour mesurer correctement son réglage...
Pour le réglage des mes FOSTEX T925 sur mes baffles plans, je me suis fait un petit outillage avec un tasseau de 30x30, un écrou a frapper, et une vis M5 au pas de 0.8 mm.
La précision de 0.8 mm est suffisante, et je n'envisage pas d'aller taquiner le 0.4 mm...

La conséquence de ces précisions et qu'il faut avoir quelques composants de valeur moins courante :
Des condensateurs de 0.22, 0.33, 0.47 et 0.68 uF.
Des résistances de 47, 68, 100, 150, 220 et 470 Ohms.
Et il est parfois utile de mettre 3 composants en parallèle pour y arriver.


Plus de détails sur la mise au point des filtres :

J'ai rencontré deux internautes, l'un chez lui, l'autre chez moi pour la mise au point de leurs enceintes.
Il y avait une grande similitude dans leur approche :
- Pas de touche mono pour comparer rapidement deux solutions sur deux enceintes.
- Incompréhension sur le critère d'écoute : l'image sonore.
Dans ces conditions, il était facile pour moi d'obtenir de meilleur résultats, même si dans les deux cas le réglage de base était assez bon.

Je ne reviendrai pas sur la touche mono. Vous avez ou vous n'avez pas le matériel.
Mais devant la simplicité de réalisation, ne passez surtout pas à coté.

Si vous ne retenez pas l'image sonore comme critère de sélection, vous allez écouter les timbres des instruments ou de la chanteuse.
Comme vous ne connaissez pas parfaitement le timbre réellement enregistré sur le disque et voulu par le preneur de son, vous allez imaginer un timbre qui vous plait, et essayer de le reproduire grâce à un réglage particulier.
Mais ce réglage ne conviendra qu'a un passage précis d'un disque précis. Les autres passages des autres disques ne vous plairont pas...
Je l'ai écris plus haut, si vous ne retenez pas l'image sonore comme critère de choix, c'est l'échec assuré.

Mettez vous un disque en mono sur une seule enceinte, fermez les yeux, et imaginez l'image sonore :
Elle est grande ou petite ? En avant ou en arrière ?
Plus elle est grande et en arrière, mieux c'est.
Vous comparez avec l'autre enceinte qui a un autre réglage.
Le meilleur réglage c'est la plus grande image sonore, ou la plus en arrière.
C'est simple facile et ça marche a tous les coups, mais faites un petit effort pour l'appliquer.


Amortir la surtension des selfs :

Jean-Claude TORNIOR m'a envoyé un courriel sur le Choix des selfs, dont vous pouvez en lire l'intégralité en cliquant sur le lien.
Un passage a besoin d'être illustré par un schéma.
Vous avez ci-dessous la copie du passage du courriel, et le schéma d'illustration.

Pour ma part, sur la "JCT Héritage", je n'utilise que des selfs à noyaux en ferrite avec du fil de 1,4mm en dessous de 150 Hz, pour une résistance totale de 0,2 ohms.
Pour les selfs de moyenne fréquence, le diamètre est de 0,8mm (maxi) pour une résistance inférieure à 0,5 ohms.
Ces selfs à Q élevé, utilisées en conjonction avec des condensateurs de haute qualité peuvent créer des surtensions qu'il est toutefois facile d'amortir par une résistance ajustée, placée en série sur le composant relié à la masse. Cette configuration vous permet de conserver le minimum de résistance série avec le transducteur.
Pour exemple, si vous réalisez une cellule de grave pour le HP basse, vous placerez la self en série sur le HP et vous amortirez le condensateur à la masse (si c'est nécessaire) par une faible résistance en série ajustée pour amortir la surtension.

A gauche le schéma théorique, et à droite le même schéma avec la résistance Ra d'amortissement de la surtension des selfs.
Je n'ai pas le souvenir d'avoir essayé cette solution.
C'est pourtant un moyen de mise au point des filtres a ne pas laisser passer.

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L'avis de Jean-Claude TORNIOR :

Je viens de tomber sur votre préambule sur les filtres de fréquences pour HP passifs.

Après avoir éculé depuis 1972 tous les calculs donnés de Bessel à Tchebytcheff, je suis devenu un des spécialistes de l'empirique avec des
"combines" de luthier.
Voici mon modeste avis que je vous livre en toute sympathie.

Pour "bricoler" une cellule de filtrage il faut se mettre en situation. C'est à dire qu'il faut disposer d'un générateur de fréquence, d'un amplificateur et d'un voltmètre alternatif de précision linéaire en fréquence.
En oubliant toutes les théories, il faut tracer la courbe de tension sur un papier log de manière à obtenir des recoupements réguliers entre fréquences à -6dB en tension à la coupure choisie.
Cette méthode intègre les variations d'impédance des HP ainsi que les surtensions occasionnées selon le Q des composants.
Un truc de fabricant évolué est de mélanger des composants de fort Q (selfs à ferrite, condensateurs à film) en série avec le signal et des composants à faible Q (condensateurs chimiques, selfs à air) pour ceux combinés en liaison avec la masse.
Si une surtension subsiste il est toujours possible de l'amortir avec une résistance.

Vous serez étonné des valeurs de composant auxquelles vous arriverez.
Pour exemple sur le filtrage à 12 dB d'un grave Altec à 500 Hz les calculs théoriques nous donnaient une capa en pied de 17 uF et à l'expérimentation nous avons abouti à 75 uF.

En espérant que mes informations vous seront d'une quelconque utilité.

Jean-Claude TORNIOR


Mise au point, câblage en l'air :

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Le bornier est retiré, et les fils sortent par derrière. Il sont en pratique encore trop court, tout dépend de la place que vous avez sur le coté. L'idéal c'est posé sur le dessus de l'enceinte.
Vous avez le droit de penser que c'est passablement en pagaille. Comment faire autrement ?
Soignez les soudures, c'est important.
C'est un filtre à 18 dB passe haut, avec LPAD et RLC de correction d'impédance à la résonance du tweeter.

Une fois les valeurs trouvées, il est possible de faire un filtre propre qui sera placé dans l'enceinte.
Entrée du signal à droite. Sortie vers tweeter à gauche.
Le fil bleue ressort de dessous la plaque derrière la self de 0.56 mH et replonge 2 cm après. C'est suffisant pour grouper toutes les masses.
Quelques vis et rondelles tiennent les composants en place.
On voit parfaitement :
- Capa, self en parallèle et capa suivit d'une résistance en série. C'est un 18 dB.
- La résistance en parallèle du LPAD, 2x18 Ohms et 150 Ohms en vert.
- Le RLC de correction d'impédance, les trois résistances au fond, la self de 2.5 mH, et les 33 uF.
Le gros pâté de soudure vers la sortie + du tweeter n'est pas joli.

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Réglage d'un large bande :

Je vais essayer de vous montrer les interactions possibles dans le réglage d'un large bande au sein d'un système trois voies en multi amplification active et sur baffle plan.

La fréquence de coupure entre le grave et le large bande est importante :
Une coupure plus haute est intéressante pour la tenu en puissance du large bande, et pour l'énergie apportée par un haut-parleur de grave de grand diamètre.
Mais une coupure trop haute fait perdre l'homogénéité de la restitution par un haut-parleur unique, le large bande.
Enfin un baffle plan commence à couper beaucoup plus tôt que ne le laisse croire la théorie, qui donne la coupure à -3 dB, donc avec une atténuation théorique de -1 dB une octave au dessus de la coupure et -0.3 dB deux octaves au dessus.
La solution passe par l'égaliseur paramétrique du filtre actif, qui permet de rajouter un peu de bas médium pour compenser la coupure naturelle du baffle plan, et par une coupure raisonnablement basse vers 180 Hz.
Rajouter ce bas médium qui manque éclairci considérablement le médium.

Le médium d'un large bande n'est jamais parfaitement linéaire.
Une ou deux corrections le rende beaucoup plus acceptable, et facilite la coupure avec le tweeter.
Modifier une correction dans le médium oblige a modifier aussi la coupure du tweeter pour équilibrer l'ensemble.

Un large bande monté sur un baffle plan est sujet a un effet de bord. ( F = 34340 / Largeur, Largeur en cm ).
Une correction a cette fréquence rend tout un coup le médium beaucoup plus léger, plus naturel.

La fréquence de coupure avec le tweeter est aussi importante.
Je n'ai jamais réussi a couper bas un tweeter, même s'il est prévu pour. (Je ne désespère pas...)
Il y a une fréquence de coupure qui marche mieux que les autres. Cela est sensible sur la clarté et l'aération de l'ensemble du spectre sonore.

L'équilibre sonore global se fait en jouant à la fois sur le grave (un peu plus ou un peu moins), sur l'aigu (un peu moins ou un peu plus), et sur les égalisations de courbe de réponse dans le bas médium et le grave.
QUAD avait fait sur un préampli un réglage de tonalité qui permettait de basculer complètement la courbe de réponse autour d'une fréquence centré sur 1000 Hz environ. En atténuant le grave cela remontait les aigus, en remontant les aigus cela atténue le grave.
C'est exactement ce réglage que l'on refait en jouant sur l'équilibre sonore global.
Une agressivité du haut médium aigu, que je ne supporte pas, se corrige très bien ainsi.
0.3 ou 0.5 dB change l'équilibre global du tout au tout.
Un médium aigu réglé un peu plus doux, associé a un bas médium présent font très bien passer un grave un peu court...
Un grave court ne passe pas avec un bas médium un peu plus absent et un médium aigu plus agressif.


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Annexe :



La touche mono

Mise à jour : 2008-05-31.


J'ai longtemps défendu la touche mono comme la solution unique, la seule réellement efficace, pour mettre au point des enceinte.
Il a fallut que je m'équipe d'un système de mesure, et que j'ai la curiosité de mesurer les deux enceintes séparément, pour que je me fasse réellement peur, et que je complète cette méthode.

  • La touche mono, c'est beaucoup mieux que rien.

  • La mesure, c'est le juge de paix.


Pour débuter :

Je ne sais pas régler d'enceintes sans faire de comparaison droite / gauche avec le même signal sonore sur les deux enceintes.
Sur les ampli actuel, la touche mono à complètement disparue.

Le petit montage ci dessous, à intercaler entre votre source préférée et votre ampli vous permettra de résoudre le problème.
Vous aurez au préalable vérifié que les masses sont bien communes des 2 cotés.

image15.gif

Les 2 interrupteurs de coupure D et G ne sont pas indispensable.
Tous les boutons de balances ne sont pas à 100%, et les potentiomètres de balance ne supportent pas toujours plusieurs années de réglage...
Pour moi ils sont indispensables, et je ne touche pas à la balance.

Je n'ai pas inventé cette touche mono.
J'ai analysé un préampli du commerce, AUDIOANALYSE C55, qui était branché de cette façon avec l'interrupteur mono situé après le potentiomètre de volume.
Dans le schéma ci dessus, les valeurs des résistances ont été fixées par un électronicien :

Si une certaine atténuation peut être tolérée, un sommateur constitue d'1 résistance de 10kilohm en série avec chaque point chaud des 2 sorties du pré amplificateur et d'une résistance de 1k en parallèle sur l'entrée de l'amplificateur, devrait être assez universel

J'utilise depuis plusieurs années cette solution dans mon pré ampli passif, et je n'ai jamais eu le moindre soucis avec mes appareils, que ce soit les sources CD, DVD, décodeur câble, tuner, télé, ou l'ampli de l'autre coté.
Je l'utilise toujours aujourd'hui avec les même sources, et un filtre actif BEHRINGER DCX 2496.


Pour ceux qui sont équipé :

L'inconvénient de cette méthode vient de la dissymétrie de la pièce d'écoute.
Cette dissymétrie est dû a la pièce elle même, ou aux meubles dans la pièce.
Toujours est-il que lorsque l'on mesure la courbe de réponse de chaque enceinte indépendamment, on arrive a se faire très peur : 5 dB d'écart à 500 Hz chez moi, un creux inimaginable à 200 Hz et pas de graves...

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Soyons philosophe :

  • Si vous êtes capable de mesurer la dissymétrie de votre pièce, conservez donc votre système de mesure pour la mise au point.
     

  • Si vous n'avez pas de système de mesure, vous allez, avec la touche mono, faire une moyenne entre les deux enceintes. Et comme vous ne connaîtrez pas l'étendue réelle des dégâts, vous ne vous prendrez pas la tête avec des supposition.
     

  • Enfin le chapitre Égaliseur vous montrera comment on se sort en beauté de cette situation qui semble désespérée : +/-1 dB de 40 à 16000 Hz...


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