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La mise en phase des haut-parleurs

Mise à jour : 2010-04-15.


Avant d'utiliser les conseils de ce chapitre, je considère que vous avez pris connaissance du chapitre "Les limites du calcul des filtres passifs", et que vous avez compris la confiance relative qu'il faut avoir dans les résultats théoriques.
Le chapitre "Mise au point des filtres" vous aidera à passer de la théorie à la pratique.

l y a 2 mises en phase à faire, électrique, acoustique et une recherche de polarité absolue.
Les mises en phase électrique et acoustique ne concerne que l'enceinte.
La polarité absolue concerne l'enceinte branchée sur l'ampli.


Mise en phase électrique :

La mise en phase électrique concerne le branchement des haut-parleurs. Si vous branchez une pile aux bornes du HP de grave et que la membrane avance, le + du HP correspond au plus de la pile.

Attention au voltage de la pile. La résistance au courant continue d'un grave est de 5.5 Ohms environ, avec une pile de 4.5 Volts la puissance est de 4.5^2 / 5.5 = 3.7 Watts.

Par contre, sur un tweeter, je vous recommande de ne pas dépasser 1.5 V, même si la résistance au courant continu de la bobine est aussi de 5.5 Ohms : 1.5^2 / 5.5 = 0.4 Watts.

Sur les haut-parleurs, le + est repéré par un point rouge, ou par une cosse plus petite.

  • Avec un filtre à 6 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en phase.
  • Avec un filtre à 12 et 18 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en opposition de phase.
  • Avec un filtre à 24 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en phase.
  • En pratique, vous essayez les deux branchements, et gardez le meilleur à la mesure ou à l'écoute : Le branchement théorique concerne un HP assimilé à une résistance pure, qui est éloignée d'un HP réel. Si vous le faites à l'écoute, recommencez le tests à plusieurs jours intervalle, pour être sur de votre choix.

Quelque soit le type de filtrage utilisé, passif ou actif, la mise en phase électrique doit être correctement réalisée.
Voir la réserve sur le branchement en opposition de phase au bas du chapitre avec la mise en phase temporelle.


Mise en phase acoustique :

Prenons un grave médium de 21 cm et un tweeter de 2.5 cm avec une coupure à 6000 HZ. A cette fréquence la longueur d'onde est de 345/6000=0.0575 m = 5.75 cm.

Un cône de 21 cm fait 4 à 5 cm de profondeur. Nous ne savons pas exactement ou se forme l'onde dans le cône à 6000 HZ. Un dôme de 2.5 cm fait 1 cm de profondeur. Là non plus nous ne savons pas exactement ou se forme l'onde sur le dôme à 6000 HZ.

Mais le 6000 HZ étant reproduit par les 2 haut-parleurs, il est indispensable que les centres acoustiques des 2 haut-parleurs soit rigoureusement aligné dans le plan vertical. Tout comme la résistance et le condensateur de filtrage, il faudra chercher la position optimale en profondeur du tweeter à l'écoute.

Le point faible des haut-parleurs concentriques, dont nous avons parlé au chapitre filtrage, se trouve au niveau de la mise en phase acoustique. L'amateur n'est jamais certain que le décalage en profondeur est optimal pour son filtre.

L'idéal est de monter le tweeter dans un coffret séparé pour le faire glisser en profondeur jusqu'à trouver l'optimum à l'écoute. Un réglage à 1 mm près est facile à faire. A 6000 HZ, les 5.75 cm de longueur d'onde correspondent à 360° de rotation de phase. 1 mm fait 6.2°...
Par contre la marche d'escalier ainsi créée par le recul du coffret du tweeter se voit à la mesure par un échos sur l'impulsion. Le gain sur la phase est pour moi plus important que la perte par écho sur l'impulsion.

Vous allez me dire que presque tous les constructeurs ne décalent pas en profondeur leur tweeter. Économiquement, çà coûte cher. Esthétiquement, c'est une question de goût. Acoustiquement c'est un non sens.
Un amateur peut obtenir des résultats d'écoute remarquable à condition de ne pas faire de compromis technique.

S'il n'est pas possible de dire avec précision ou sa trouve le centre acoustique de vos haut-parleurs, il est parfaitement possible de dire ou ils ne se trouvent pas :

  • Au niveau des plaques de champs de l'aimant. Le son se forme dans le cône, le dôme ou le pavillon, pas au niveau de la bobine mobile.

  • Au niveau de la face d'appui des haut-parleurs pour la même raison.

Enfin, comme rien n'est parfait dans le monde de l'acoustique, le réglage optimal, que vous avez trouvé avec une fréquence de coupure et un filtre donné, sera modifié si vous changez le moindre des composants. D'ou l'intérêt du coffret séparé pour le tweeter.


Par basculement de l'enceinte vers l'arrière :

Cette solution est particulièrement simple à mettre en oeuvre, et s'applique très bien pour les enceintes à 2 voies.
Cette solution s'applique aussi aux enceintes du commerce, sans la moindre modification interne.
Il a fallut attendre fin avril 2009 pour que JMK en parle dans le forum.
J'ai honte d'être passé à coté aussi longtemps... C'est souvent le cas des solutions simples et efficaces.

image900.jpg

Il suffit d'augmenter ou de diminuer une cale placée à l'avant de l'enceinte pour incliner plus ou moins l'enceinte vers l'arrière.
En inclinant l'enceinte vers l'arrière, vous reculez le tweeter par rapport au grave.
L'essais ne coûte rien, et vous saurez très vite si vous avez un gain sur votre système.

Si vous devez basculer l'enceinte de plus de 10° vers l'arrière, faites attention à la stabilité de l'ensemble.
Plus le tweeter est proche du HP de grave médium, plus il faudra un angle important pour faire la mise en phase.


Mise en phase sans réglages :

Le petit schéma ci-dessous permet d'aligner un peu plus correctement les centre émissif des haut-parleurs. Il suffit de prendre le 1/3 avant du cône du grave médium, et le 1/3 avant du dôme du tweeter. J'ai utilisé cette méthode pour aligner mes 21 cm large bande avec mes graves de 38 cm sur mes baffles plans.

Une remarque :
Si vous coupez assez haut votre grave médium, le centre acoustique du haut-parleur va reculer au fond du cône.
La membrane se fractionne et ne bouge plus en piston. Seule une petite partie au centre de la membrane reproduit les fréquences élevées.
Dans ces conditions, aligner le dôme du tweeter avec le cache noyau du grave médium n'est pas totalement faux.

image49.gif

Si vous souhaitez réaliser vos enceintes, sans faire la mise au point de mise en phase acoustique, mais en vous approchant de la bonne solution, c'est cette solution qu'il faut retenir.

Le fait de prendre le 1/3 avant du cône du haut-parleur de grave médium consiste en fait à diviser la surface du cône en deux parties de surfaces égales. Si le cache noyau central est important, cette méthode est moins juste. Mais quand vous mesurerez en pratique votre haut-parleur, vous vous contenterez comme moi de cette approximation...

Certain recommande de prendre le milieu des plaques de champs des aimants.
Je ne comprends pas cette approche. Une démonstration par l'absurde est assez parlante.
Imaginez que l'on coupe le HP en deux juste a l'avant de l'aimant, et que l'on éloigne la membrane de 1 m par rapport à l'aimant.
La liaison saladier / aimant est facile à réaliser avec un tube d'acier.
La liaison bobine mobile / membrane se fera avec un autre tube que l'on considèrera infiniment rigide et sans masse.

image321.jpg

Expliquez moi maintenant avec cet ensemble de plus d'un mètre de long comment le son peut se former au milieu de la plaque de champs avant de l'aimant ?

Et si ce n'est pas suffisant, regardez maintenant un haut-parleur tel que le MONACOR RAPTOR 30 ou 38.
Il y a deux bobines mobiles, une au niveau de la plaque de champs avant, l'autre au niveau de la plaque de champs arrière.
Si le son se forme au milieu de la plaque de champs, est-ce la plaque avant, la plaque arrière, ou le milieu entre les deux ?


Mise en phase réglable :

Le schéma ci-dessous montre comment rendre le tweeter réglable en profondeur, en gardant une esthétique classique aux enceintes. Derrière un cache haut-parleurs en tissus, cette méthode est compatible WAF à 100%. Je l'ai même vu sur une enceinte du commerce.

image50.gif

Le grave médium est monté normalement sur la face avant. Une 2eme plaque assure l'encastrement de ce grave médium. Cette méthode est très simple à réaliser et ne nécessite qu'une scie sauteuse. L'épaisseur de la 2eme plaque est choisie en fonction du haut-parleur à encastrer.

La face avant et la plaque d'encastrement sont percées au diamètre du tweeter + 5 mm. Une 2eme plaque est également fixée à l'arrière de la face avant et est percée également au diamètre du tweeter + 5 mm. Une 3eme plaque ferme la cavité dans laquelle sera logée le tweeter.

L'épaisseur des plaques est choisie de façon à avoir 10 à 15 mm de réglage en profondeur par rapport à l'alignement des 1/3 avant. Si votre haut-parleur de grave médium est profond, il est prudent de prévoir un peu plus.

Le tweeter est fixé par l'intermédiaire de vis longue. Des écrous à frapper assurent une fixation robuste et facilement démontable. Un jeu de rondelles entre le tweeter et la 3eme plaque assure le positionnement en profondeur. Les écrous à frapper se trouve facilement dans les grandes surfaces du bricolage, mais aussi et pour plus cher chez votre spécialiste haut-parleurs.

Le réglage se fait en changeant le nombre de rondelles. Pour des vis de fixation M4, les rondelles font environ 0.8 mm d'épaisseur. C'est une bonne précision de réglage... Des écrous M6 ou M8 sur une vis M4 se comportent en pratique comme des rondelles épaisse peu coûteuse.

Enfin, et ce point est très important, du feutre de laine ou de la mousse absorbera les réflexions sonore du tweeter dans la cavité extérieure. Un anneau de 20 mm d'épaisseur et 60 mm de diamètre intérieur ne gêne pas un rayonnement à 35° de l'axe du tweeter pour un dôme de 25 mm de diamètre. Mon dessin qui est rigoureusement à l'échelle le prouve.

Sachez que la mousse peut provoquer un trou dans la courbe de réponse aux fréquences élevées. Ce point a été signalé par un Internaute sur un forum.
Pourtant si vous enfoncez le tweeter dans l'enceinte comme sur mon schéma, la mousse est indispensable.


Pour ceux qui ne veulent pas reculer le tweeter :

Le filtre passe-tout, voir en annexe, fait électriquement la même chose qu'un recul mécanique.
Attention tout de même, des composants en plus sur le trajet du signal entraîne des pertes.
Je n'ai pas essayé cette solution. ELIPSON l'a utilisé sur une de ses réalisations.

image534.jpg


Une réalisation esthétique :

image72.gif

Vous ne trouvez pas un air de ressemblance avec le principe appelé FOCUS TIME chez FOCAL ?
Ce principe n'est envisageable que si vous avez déterminé au préalable le décalage exact entre le grave médium et le tweeter.
Le dessin utilise exactement le même décalage que dans les deux autres exemples plus haut.


Et avec un filtre actif ?

Les filtres actifs ont généralement un réglage appelé "Delay" qui n'est pas équivalent à un recul mécanique d'un haut-parleur par rapport à l'autre, contrairement aux idées préconçues.
Dans ces conditions, il est indispensable de faire un décalage en profondeur d'un ou plusieurs haut-parleurs, pour aligner les centres acoustiques dans le même plan vertical.
Le réglage de "Delay" du filtre est là pour compenser le retard dû au filtre.

  • Si les centre acoustiques sont alignés, la phase sera respectée sur plusieurs octaves de par et d'autre de la fréquence de coupure.

  • Si les centres acoustiques ne sont pas alignés, la phase ne sera respectée qu'a la fréquence de coupure, et variera fortement de part et d'autre.

Une mise en phase par "Delay", associé à un alignement des centres acoustiques est parfaitement audible en comparaison à la mise en phase par "Delay" sans alignement des centres acoustiques

Le BEHRINGER DCX 2496 permet d'appliquer un retard aux 6 sorties.
Dans un système 3 voies stéréo, le retard du grave reste généralement à 0, les retards du médium et de l'aigu sont réglés en fonction des besoins.

 

Influence du déport :

La mousse anti écho est indispensable sur les marche d'escalier.
Mon système sur baffle plan n'avait pas cette mousse, et je ne m'en étais pas rendu compte à l'écoute.
Mais aux mesures en impulsion, pour vérifier la mise en phase, la dégradation est très nette.
La paradoxe est que l'écoute demande le décalage en profondeur, et que la mesure n'est pas belle.
Dans ce cas l'écoute est plus importante que la mesure, il est bon de préciser la valeur relative des choses.

J'avais fait cette marche à l'époque ou j'étais en filtrage passif. Aujourd'hui je suis passé en filtrage actif.
Mon DCX M'a permis d'avancer le tweeter pour supprimer la marche d'escalier, tout en conservant une mise ne phase parfaite en modifiant la valeur du DELAY sur le tweeter.

image10.jpg

Le décalage entre le large bande et le grave a aussi été réalisé au temps ou j'étais en filtrage passif. J'ai respecté la règle d'alignement des HP au 1/3 du cône.
Aujourd'hui, en filtrage actif, j'ai adopté des pentes à 18 dB/octave. Le DELAY entre le grave et le large bande est de 570 mm.
Les 22 mm que j'avais mis à l'époque me semble aujourd'hui dérisoire par rapport a la valeur qui est nécessaire pour un bon fonctionnement.

 

Et avec un pavillon ?

Difficile d'aller trouver le 1/3 de la membrane qui est complètement cachée.
L'exemple ci-dessus, avec le tweeter annulaire chargé par un pavillon, montre que le son du tweeter se forme au niveau de la membrane annulaire.

Les deux exemples ci-dessous, issues d'un site quelque part en orient, le prouve aussi, sans pouvoir être affirmatif sur la localisation exacte, de toute façon proche du moteur de l'ensemble pavillon + compression. Le filtre a son retard propre.

image465.jpg

image466.jpg




"Ceux qui savent" écrivent que l'analyse sur un filtre à 12 dB est "une grosse connerie".
Mais ils ne sont pas capables de proposer une explication compréhensible par tous.
Si vous ne manipulez pas les nombres complexes comme 2 + 2 = 4, point de salut...
En attendant mieux, ( et surtout pour continuer d'alimenter leurs bêtisiers ), je laisse le passage.

Je demande l'équivalent des schémas ci-dessous, avec le signal filtré qui convient, et éventuellement avec le décalage en profondeur.
Avec les bonnes images, je ferai la mise à jour.


Analyse sur un filtre à 12 dB/octave :

Les courbes ci-dessous ont pour unique but de vous montrer pourquoi il faut attacher de l'importance a ce qui se passe au niveau de la première demi alternance.
Vous pouvez être rigoureusement en phase au milieu de train d'onde, et avoir une mauvaise écoute, car la première demi alternance est tronquée.
La musique est faites d'impulsions, pas de train d'onde. Une demi sinusoïde est plus proche d'une impulsion qu'un train d'onde...

Prenons un filtre à 12 dB avec une mise en phase acoustique, tout ce qui a été écris ci-dessus.

 

image599.jpg

Réponse théorique du premier haut-parleur
sur un train d'onde de 7 sinusoïde.

 
 

image600.jpg

Réponse théorique du deuxième haut-parleur
sur un train d'onde de 7 sinusoïde.
Décalage de 180° entre les deux.
Branchement en opposition de phase.

 
 

image598.jpg

Superposition des deux courbes :
Au milieu du train d'onde la mise en phase est parfaite.

La première demi alternance est reproduite
par le premier haut-parleur seul.

La dernière demi alternance est reproduite
par le deuxième haut-parleur seul.

 
 

image601.jpg

Nous entendons la somme des deux HP.
Le résultat est ci-contre.
La première et la dernière demi alternance
N'ont pas l'amplitude voulue.
Ou est la fidélité ?

La musique est faites d'impulsions très brèves.
Il ne sert à rien d'être en phase au milieu
d'un train d'onde qui n'existe pas en pratique dans la musique.
Il faut être en phase sur la première demi alternance,
les autres n'existent pas dans la musique.

 

J'ai réellement pris conscience de ce phénomène en faisant la mise au point d'une enceinte de sono avec un filtre à 18 dB/octave.
La mesure sur impulsion demandait un branchement en phase des haut-parleurs, ce qui est le contraire de la théorie.
J'ai laissé les haut-parleurs branchés en phase.

Il y a une méthode de réglage des enceintes qui utilise un train de 5 ou 6 sinusoïde, et pour laquelle on s'attache à la bonne reproduction de la première demi sinusoïde.

Dans un autre domaine, les très décriés tweeter piezo électrique sont excellents, remarquables, sur la première demi alternance, à condition d'être coupés haut en fréquence.




Polarité absolue :

Prenez une grosse caisse dans un orchestre. Quand le percussionniste tape dessus, la membrane commence à s'enfoncer. Quand vos haut-parleurs vont reproduire le même son, il faudrait que la membrane recule.

Cette explication n'est pas satisfaisante sur le fond, elle est fortement critiquée sur certain forum de hi-fi, mais elle est plus facilement compréhensible par certain d'entre vous. Je vous propose donc une autre explication.

Si au concert, il y a un transitoire avec un front montant, vos enceintes doivent reproduire aussi un front montant, et non un front descendant.

Et pourquoi la membrane du HP ne bougerai t'elle pas dans le bon sens ?

Parce que votre fournisseur préféré d'électronique à voulu gagner trois francs et six sous sur son matériel, et qu'il inverse la phase entre l'entrée et la sortie. Mais ne lui en voulez pas trop, la solution est remarquablement simple : Au lieu de brancher le + de l'ampli sur le + de l'enceinte, et le - sur le -, vous branchez le + sur le - et le - sur le +, ceci pour vos 2 enceintes.

Écoutez les 2 solutions, et gardez la meilleure. C'est fait en 5 minutes et le gain est sensible.

Certain pré ampli très haut de gamme intègre un inverseur de phase absolue. Ce n'est pas un gadget. Cela permet de simplement de faire la comparaison beaucoup plus rapidement, et aussi de corriger la phase absolue de certain (rare ?) disque qui sont inversés.


Et avec un filtre actif ?

C'est encore plus simple...
Mon BEHRINGER DCX 2496 permet de déclarer directement le branchement en phase ou or phase. C'est la variable "Polarity" qui peut prendre les valeurs "Normal" ou "Inverted".
Je suis en trois voies à 18 dB/octave. J'ai donc comparé :

  • Un baffle plan avec le grave "Normal", le médium "Inverted", et le tweeter "Normal".

  • L'autre baffle plan avec le grave "Inverted", le médium "Normal", le tweeter "inverted".

J'ai comparé les deux solutions en mono, en comparaison instantanée, et j'ai gardé le meilleur des deux dans mon cas, qui n'est pas forcément le votre.

Mais les autres filtres actif ont aussi une possibilité d'inversion de phase.
Les BEHRINGER 2300, 2310 et 3400 ont un inverseur de phase sur chaque prise XLR de sortie, à l'arrière de l'appareil. C'est moins pratique et on n'est jamais sur de la position, sauf si vous avez un accès facile a l'arrière des appareils.

 

Une vérification à l'écoute :

J'ai pu vérifier chez moi que certain amplis inversent la phase absolue :
Quand j'ai remplacé mes amplis LUXMANN et CAIRN par des amplis HAFLER TA1600, les réglages de phase absolue ont changés sur le filtre actif DCX.
Je suis passé d'un réglage Inverted, Normal, Inverted à un réglage Inverted, Inverted, Normal.
L'ampli de graves DENON POA 2200 n'ayant pas changé, c'est bien une inversion de la phase absolue sur les amplis HAFLER TA1600 qui est est la cause.

Le réglage de phase absolue est assez décrié sur certain forum.
Soyez pragmatique, faites l'essais et tirez vous même les conclusions.
Pour moi c'est un réglage qui apporte un petit plus, et une bonne chaîne est une somme de petit plus. Il ne faut pas passer à coté.


Mise en phase fréquentielle et temporelle :

Les "spécialistes autoproclamés" des filtres considèrent cette méthode comme la plus totale absurdité.
Le laisse tout de même le texte.
Pour ne pas être "autoproclamés", le critère est pour moi d'avoir écrit un site ou un livre, quelque chose de concret qui reste, et qui permet aux autres lecteurs d'avoir le temps d'analyser les choses et de vous en faire part.
Un texte sur un forum est un propos trop volatil pour en faire parti.

Francis Ibre, dans son livre : Bien entendu, Itinéraire d'un audiophile, l'explique bien mieux que ce que je pourrai faire.
Je vous invite donc à lire son livre, pages 204 à 222.

J'ai toujours lu, jusqu'au livre de Francis, que les haut-parleurs devaient être branchés en phase pour les filtres à 6 et 24 dB/octave, et en opposition de phase pour les filtres à 12 et 18 dB/octave.
Associé à un décalage en profondeur, nous réalisons ainsi une mise en phase fréquentielle :
Si on envoie un train d'onde sinusoïdale à la fréquence de coupure du filtre, les maxima et minima des sinusoïdes reproduites par chacun des haut-parleurs se superposent exactement, a condition de regarder le résultat au milieu du train d'onde.

Si maintenant nous regardons le résultat au début ou à la fin du train d'onde le résultat est beaucoup moins parfait.
La mise en phase temporelle consiste en une mise en phase fréquentielle associé à un calage en profondeur qui fait démarrer en même temps les trains d'onde sur chacun des haut-parleurs.
Ceci n'est possible que si tous les haut-parleurs sont branchés en phases.
Mais la conception des filtres n'autorise le branchement en phase que si les fréquences de coupure des passe haut et passe bas sont décalés et raccordés à -6 dB.

 

Un filtre et sa mise en phase sont quelque chose de très complexe.
Si vous utilisez les hauts parleurs à leur limite, coupure basse pour un tweeter ou haute pour un médium, le haut-parleur apporte des rotations de phase électrique et acoustique qui s'ajoute a celle du filtre.
Si vous ne prenez pas en compte ces rotations de phase, la plus belle théorie de filtrage du monde ne sera pas vérifiée en pratique.
Devant un filtre, il faut être pragmatique et mesurer ce que l'on fait.
Et si la mesure vous indique un branchement, et la théorie son contraire, croyez la mesure, personne ne vous le reprochera...


retour_menu.jpg precedant.jpg navigation_filtre.jpg suite.jpg 05_v.jpg





Annexe :



Filtre passe-tout

Mise à jour : 2008-07-20.


Ce filtre passe-tout est une ligne à retard.
Imaginons qu'il faille reculer le tweeter de 25 mm par rapport à un grave médium, et que le montage dans l'enceinte ne le permet pas.
Imaginons aussi que la coupure se trouve se fait à 3434 Hz. (la valeur n'est pas choisie au hasard...)

A 3434 Hz, la longueur d'onde est de 343400 / 3434 = 100 mm.
Une longueur d'onde c'est 360°. Donc 100 mm font 360°, et 25 mm font 90°.

Le filtre ci-dessous, calculé pour 3434 Hz, donnera un retard de 90°, donc de 25 mm.

image534.jpg

Soit F0 la fréquence de calcul de ce filtre passe tout.
Soit Z l'impédance du HP

L = Z / ( 2 * PI * F0 )
C = 1 / ( Z * 2 * PI * F0 )

Pour Z = 8 Ohms et F = 3434 Hz nous avons :
L = 0.37 mH.
C = 5.8 uF.

Je n'ai pas essayé ce filtre, mais je sais (plan dans un banc d'essais) qu'ELIPSON l'a utilisé sur une de ses enceintes.
Il a été utilisé par d'autres :

image759.jpg

image758.jpg

Analysons ce filtre, partie tweeter :
C2 est le condensateur d'un filtre à 6 dB
R2 et R3 sont les résistances d'un atténuateur à impédance constante.
L2 et C3 font la ligne à retard.
Puis il y a un RLC pour linéariser l'impédance du tweeter autour de sa fréquence de résonance.
Enfin il y a un RC qui linéarise l'impédance du tweeter dans les aigus. Est-ce réellement nécessaire ???
Quia dit qu'un filtre à 6 dB était simple ?

Analysons se filtre partie grave :
L1 est la self d'un filtre à 6 dB
C1 et R1 linéarise l'impédance du grave médium dans le médium aigu.


Filtre passe-tout dans les simulations EXCEL :

Bruno du forum AUDAX :

Un passe-bande sera la multiplication d'une fonction de transfert d'un passe-bas et d'un passe-haut.


Scan d'un article d'il y a longtemps :

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passetout-1.jpg


Page 2/3

passetout-2.jpg


Page 3/3

passetout-3.jpg


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