2-6-5 : Filtrer un caisson de graves

Mise à jour : 12 octobre 2023, Antimode 11.

 

Avez-vous besoin d'un caisson de graves ?

Vous ressentez un manque de grave sur votre système actuel.
La réponse immédiate, celle que je lis sur les forums, est qu'il faut ajouter un caisson de graves pour descendre à 30 Hz à -3 dB ou en dessous.
Pourtant, avez-vous vérifié, avant de vous lancer dans les dépenses, que ce manque de graves n'est pas un excès de médium aigu ?
Si vous compensez un excès de médium aigu avec un excès de graves, vous allez avoir un manque dans le bas médium.
Ce n'est pas bon du tout pour la fidélité du message sonore, l'essentiel de la puissance sonore se trouve dans le bas médium.

Je vous invite, et vous ferez bien comme vous voudrez, à essayer au préalable ma courbe cible régulièrement descendante dans les aigus, avec le 20000 Hz à -5 dB environ par rapport au 150 Hz sur la courbe cible.
Vous allez changer complètement le rendu de vos enceintes, et il est probable que votre besoin d'un caisson de graves diminue très fortement, pour ne pas dire qu'il peut disparaître complètement.

Ma courbe cible est linéaire, c'est une condition de fidélité, mais elle n'est pas horizontale.
En fonction de votre pièce d'écoute, la pente peut changer légèrement, à vous de trouver à l'écoute ce qui vous convient le mieux.
Il n'est pas nécessaire de mesurer vos enceintes dans votre pièce pour mettre en place cette courbe, même si vous serez plus précis avec la mesure, en supprimant des accidents ponctuels.

Si, comme moi, vous prenez la référence sonore au concert acoustique, vous trouverez ma courbe cible très bonne et très fidèle à l'écoute.
Cette courbe est de plus en plus admise par les internautes qui corrigent leur système, même s'il y a encore des variantes plus ou moins importantes.
En 2012 ce type de correction était la risée des cadors des forums !!!

Si vous n'avez pas de référence acoustique pour la fidélité de votre installation, pourquoi ne pas faire confiance à cette courbe cible, et a vous habituer à cette l'écoute ?
Commencez avec une toute petite atténuation, et de semaine en semaine, ou de mois en mois augmentez peu à peu. Vous oublierez progressivement vos mauvaises habitudes d'écoute.

 

Je n'ai jamais lu sur les forums que les systèmes de sonorisation avaient la réputation de manquer de graves.
Pourtant au calcul d'une enceinte de graves pour SONO, la fréquence de coupure est le plus souvent entre 40 et 55 Hz, parfois rarement à 35 Hz.
Nous sommes loin du 20 Hz réclamé par les internautes en hi-fi !
La différence vient que dans le monde de la SONO le grave est boosté, souvent de trop, et que la bande de fréquence de 50 à 150 Hz est plusieurs dB plus hauts que le reste du spectre.
Ne reconnaissez pas dans ce boost sauvage du grave en SONO, un début de ma courbe cible réalisé à l'arrache ?
Réfléchissez sérieusement à la question avant de vous lancer dans un caisson de graves sans passer par la courbe cible...
Le seul risque pour vous est de faire des économies...

 

Comment essayer rapidement et au moindre coût une courbe cible ?

Le but de l'essai, dans le cas présent, et d'essayer rapidement à l'écoute une courbe de réponse régulièrement descendante du grave à l'aigu, pour évaluer si un caisson de grave est toujours utile.
Je suis persuadé qu'un nombre significatif d'entre vous confondent allègrement manque de graves avec un excès de médium aigu.
Un excès de médium aigu ne demande pas un caisson de graves pour le corriger, une égalisation bien placée le fera très bien.

Si vous lisez ce chapitre, c'est que vous avez très probablement un PC.
Un PC dispose d'une sortie casque.
Vous trouvez dans les supermarchés un câble avec une prise casque d'un côté et deux prises RCA mâles de l'autre, ou un adaptateur casque d'un côté et sorties RCA femelles de l'autre.
Cela permet de connecter le PC à une chaîne analogique, avec une piètre qualité certes, mais la qualité n'est pas notre but dans le cas présent.

Vous installerez dans votre PC Foobar, Resampleur SoX et Convolver qui sont gratuits.
Tout est indiqué dans les chapitres PC et hi-fi.
Ne vous occupez pas de la configuration de la carte son de sortie, nous ne cherchons pas la qualité.
Dans le chapitre sur ma courbe cible, téléchargez le fichier de correction de la courbe de réponse et utilisez-le dans Convolver.

Il ne vous reste qu'à faire une écoute avec un fichier MP3 téléchargé où vous voudrez, pour vérifier vous-même si une courbe cible est une bonne solution ou pas.
Je n'ai pas de doute sur la bonne solution, je ne sais pas si la solution sera suffisante pour vous.
Si vous faites le test, et quel que soit le résultat, j'aimerai être tenu au courant, vos retours font évoluer régulièrement le site...

 

Domaine d'application :

Ce chapitre est écrit pour ceux qui veulent ajouter un caisson de graves à une chaîne haute-fidélité stéréo classique.
Les spécificités du home cinéma seront évoquées à la fin du chapitre.

 

Les conditions pour bien raccorder un caisson de graves :

J'ai lu très souvent sur les forums qu'un caisson de graves ne marchait pas sur une installation hi-fi.
Cet avis obtenu à l'écoute n'est que le reflet d'un filtrage raté, même si le caisson de graves semble avoir tout ce qu'il faut pour faire un bon filtrage.
Que faut-il pour faire un bon filtrage ?

• 1) : Que le caisson soit coupé en passe bas avec une pente et un type de coupure précise.
• 2) : Que les enceintes principales soient coupées en passe haut avec une pente et un type de coupure précise.
• 3) : Que la somme des réponses entre le caisson et les enceintes principales soit à 0 dB, sans creux ni bosse autour du raccordement, à cause des pentes et des types de coupure qui s'éloignent des courbes théoriques.
• 4) : Que les niveaux relatifs entre le caisson et les enceintes principales soit identiques.
• 5) : Que la phase acoustique soit parfaitement raccordée entre le caisson et les enceintes principales.
• 6) : Qu'il n'y ait pas une erreur sur le sens de branchement du caisson par rapport aux enceintes principales.

Nous allons reprendre ces points un par un pour vérifier s'ils sont obtenus sur les systèmes commerciaux, ou pour savoir ce qu'il faut faire pour les obtenir.

 

Ce qu'il faut en pratique pour bien raccorder un caisson :

1) Première condition :

Le caisson coupé en passe bas avec une pente de coupure précise, est obtenu sur tous les caissons qui ont un module ampli-filtre incorporé.
Ces modules ont un filtre électronique qui donne la pente et la fréquence de coupure souhaitée, quelle que soit l'impédance du haut-parleur dans son enceinte.
Ce qui n'est pas toujours précisé c'est le type de coupure utilisée, Butterworth, Bessel ou Linkwitz Riley, et l'information est nécessaire pour la troisième condition.
Si votre caisson a un filtre passif, alors rien n'est sous contrôle...

 

2) Deuxième condition :

Les enceintes principales coupées en passe-haut avec une pente de coupure précise ne sont respectées que sur un nombre très limité de modules amplifiltres.
Si votre module amplifiltre le fait, au niveau branchement vous devez pouvoir séparer la partie préampli de la partie ampli, et avoir des câbles de modulation qui vont du préampli au module, et d'autres câbles qui reviennent du module vers l'ampli, sans capter des parasites avec une longueur trop grande.
Si votre module ampli-filtre ne le fait pas, vous avez la coupure acoustique de vos enceintes principales, à 24 dB/octave si c'est une enceinte à évent, à 12 dB/octave si c'est une enceinte close.
Le type de pente n'est pas connu, et n'est à coup sûr ni un Butterworth, ni un Bessel, ni un Linkwitz-Riley.
En pratique vous ne pouvez que chercher sur votre caisson la fréquence de coupure qui s'accorde le moins mal possible avec la coupure acoustique de vos enceintes principales.

 

3) Troisième condition :

La somme des réponses entre le caisson et les enceintes principales dépend du type de module ampli-filtre utilisé.
S'il coupe les enceintes principales, et que vous l'utilisez effectivement en coupant les enceintes principales, il y a de bonnes raisons de penser que le fabricant a fait ce qu'il fallait avec un type Linkwitz-Riley et un raccord à -6 dB idéal.
S'il ne coupe pas les enceintes principales, et qu'elles ont par construction une légère bosse dans le haut grave, alors la somme des deux sera mauvaise.
À part jouer sur la fréquence de coupure et sur le niveau sonore du caisson, vous n'avez pas de solution.

 

4) Quatrième condition :

Les niveaux relatifs entre le caisson et les enceintes principales, cela dépend du caisson choisi.
S'il a un module ampli-filtre, il y a un réglage de gain qui permet de faire l'ajustement.
S'il a un filtre passif et que la sensibilité de vos enceintes principales et différentes de celle de votre caisson, vous ne pouvez rien faire.

 

5) Cinquième condition :

Le bon raccordement en phase entre caisson et enceintes principales est le point difficile à obtenir.
Vous allez me dire que votre caisson à un réglage de phase en continu entre 0 et 180°, ce qui permet de l'obtenir.
Sauf que votre réglage retarde dans le temps l'impulsion du grave, alors que le besoin du filtrage est de retarder l'impulsion de vos enceintes principales dans les cas les plus fréquents...
Si vous placez votre caisson dans le même plan que vos enceintes principales, vous ne pouvez pas avoir un bon réglage.
Si vous placez votre caisson entre le point d'écoute et vos enceintes principales, alors vous pouvez utiliser avec succès le réglage de phase en continu de 0° à 180°.
Maintenant si votre caisson n'a qu'un réglage à deux positions, 0° et 180°, vous ne pouvez que jouer sur la position en avançant plus ou moins le caisson par rapport aux enceintes principales.
Même chose si votre caisson a un filtre passif, mais là vous devriez essayer en plus les deux sens de branchement sur le caisson.

 

6) Sixième condition :

Elle est incluse dans la cinquième.
Je soupçonne ceux qui mettent leur caisson dans le même plan en profondeur que les enceintes principales, en ayant utilisé le réglage de phase en continu de 0° à 180°, d'avoir une inversion de phase de 360°.
Au milieu d'un "Tone Burst", le raccordement est parfait, sur une impulsion c'est la catastrophe, la musique est faite d'impulsions...
Si les notes continues de l'orgue passent très bien, et que les impulsions du jeu des timbales passent mal, vous êtes dans le cas d'une phase inversée de 360°. Retour en 5).

 

Une solution capable d'y arriver :

Les solutions capables de filtrer à la fois le caisson de graves et les enceintes principales utilisent un filtre actif numérique.
Idéalement il faut rester en numérique entre le lecteur CD ou la musique dématérialisée et le filtre actif numérique.
À défaut il faut pouvoir sortir le signal d'un préampli, l'envoyer dans le filtre actif qui fera les conversions A/N en entrée, N/A en sortie.
Le signal des enceintes principales ira dans un ampli, celle du caisson de grave dans un autre ampli qui peut à la rigueur être celui du module ampli-filtre.

Un filtre actif numérique tel que le BEHRINGER DCX 2496 fait tout ce qui est indiqué, et même plus :

• La somme des canaux D et G pour l'envoyer dans un troisième canal SUB.
• Choisir, pour les 6 canaux de sortie, le type de filtre, Butterworth, Bessel, Linkwitz Riley, la pente de coupure à 6, 12, 18, 24 et 48 dB/octave et la fréquence de coupure avec un pas très fin entre deux valeurs consécutives.
• Choisir, pour les 6 canaux de sortie, le niveau relatif entre +15 dB et -15 dB.
• Choisir, pour les 6 canaux de sortie, le délai ou la phase. Oubliez la phase et mettez le délai sur les canaux D et G avec 0 mm sur le caisson.
• Choisir, pour les 6 canaux de sortie, la polarité en phase ou phase inversée. L'équivalent d'une inversion des fils sur le bornier des enceintes.
• Choisir, pour les 6 canaux de sortie et les 3 canaux d'entrées, 9 égalisations de la courbe de réponse.
  Vous pouvez faire une transformée de Linkwitz.
• La touche COMPARE qui permet de comparer instantanément deux réglages, le premier mis en mémoire et le second modifié sur un paramètre à la fois, le point le plus génial de cet appareil !

Vous pouvez constater que rien ne manque pour réussir un bon filtrage entre les enceintes principales et le caisson de graves.
Le seul défaut est que ce n'est pas clefs en main et qu'il faudra chercher à l'écoute les réglages qui conviennent le mieux.
L'investissement en temps pour y arriver vous fera faire de belles économies en vous permettant de garder un caisson qui n'est pas idéal au départ.

 

Améliorer votre solution actuelle :

Si votre caisson a un filtre passif, que le fabricant a mal fait son travail, ou que vous avez changé les enceintes principales sans vous occuper de l'impédance réelle de vos enceintes principales dans les graves ni de la sensibilité, il ne vous reste qu'à acheter un module amplifiltre.
Il faudra aussi retirer tout le filtre passif du caisson.

Si vous avez un module amplifiltre, le point le plus facile est de positionner le caisson entre les enceintes principales et le point d'écoute, et de refaire vos réglages.
En faisant ainsi vous pourrez obtenir un bon réglage de phase entre le caisson et les enceintes principales.
Vous avez le droit de râler un bon coup contre les fabricants de caissons qui mettent le réglage de phase sur le caisson alors que le besoin est un réglage de délai sur les enceintes principales.
Un réglage à 360° près n'est pas un bon réglage, c'est une honte...

Si vous ne pouvez pas changer la position du caisson, il ne reste que la correction de la phase acoustique par convolution en numérique.
Si vous vous équipez pour la correction par convolution, vous pouvez aussi essayer ma courbe cible et vous rendre compte à l'écoute que sans caisson c'est mieux qu'avec.
La qualité d'écoute n'est pas dans la fréquence de coupure à -3 dB du caisson de graves, retour en haut du chapitre !!!
Tout est là, dans les chapitres PC et Hi-Fi.

Restez philosophe, ce chapitre est celui d'un technicien qui n'aime pas les compromis techniques.
Une solution imparfaite techniquement, mais qui vous convient, est une bonne solution pour vous et pas pour moi, comme c'est vous qui écoutez c'est vous qui avez raison...

 

J'ai mis les mains dans les réglages :

En 1983 j'avais des électroniques AUDIOANALYSE, préampli C55, ampli A225 et module amplifiltre.
Le caisson de grave, DIY dans mon cas, n'a été bon à l'écoute qu'avancé de 120 cm par rapport aux enceintes principales.
Pas de réglage de phase en continu, il fallait brancher dans un sens ou dans l'autre (dans l'autre dans cet exemple puisque le filtre était à 12 dB/octave) et essayer plusieurs profondeurs.

Je suis resté 11 ans avec un filtre actif, dont 9 avec le BEHRINGER DCX 2496. C'est peu dire que le je connais !!!
J'avais des enceintes à 3 voies, 38 cm dans les graves avec descente à 30 Hz à -3 dB, et des fréquences de coupure entre 60 Hz et 250 Hz la plupart du temps.
Des enceintes en trois voies avec une coupure en dessous de 100 Hz, ce sont des enceintes a deux voies, avec deux caissons de graves, un par canal...

Je me suis plus planté que vous, si, si, un délai réglé à l'écoute, ce n'est pas évident du tout.
Il est bon de savoir qu'un filtre Linkwitz-Riley demande un délai théorique de 0 mm et un branchement en phase si la pente est à 24 dB/octave, c'est la base de départ.
Je me suis égaré avec les bons conseils lus sur les forums, avec le filtre JMLC avec raccord à -5 dB, ou avec les vertus utopiques du filtre à 6 dB/octave.
Les valeurs sûres, Linkwitz-Riley à 24 dB/octave, délai théorique 0 mm, et correction de la phase acoustique par convolution.

J'ai essayé des solutions plus sophistiquées, avec un haut-parleur large bande en enceinte close et transformée de Linkwitz pour un Qtc de 0.707, associé à un filtre Butterworth à 12 dB/octave à la Fct de l'enceinte, pour obtenir une coupure électrique + acoustique en Linkwitz-Riley à 24 dB/octave.
Le caisson est à 24 dB/octave Linkwitz-Riley et toujours avec la correction de phase avec par convolution.
Une bonne solution, si vous la maîtrisez.

Au final, après 11 ans d'essais aussi nombreux que variés, c'est le haut-parleur large bande seul dans son enceinte, avec la courbe cible indiquée dès le début de ce chapitre, et avec la correction de la phase acoustique par convolution, qui marche le mieux et de loin...
Mais pas n'importe quel haut-parleur de 21 cm large bande, un DAVIS 20DE8 qui, dans une grande enceinte, permet de passer le 41 Hz de la contrebasse 4 cordes pratiquement sans atténuation.
Aujourd'hui un ALTEC 420-8B dans une plus grande enceinte encore, suite au malheur qui est arrivé aux 20DE8.

 

Ce chapitre ne plaira pas à tous parce qu'il dit explicitement que :
La plupart des caissons de graves du commerce ne sont pas capables de se raccorder correctement à vos enceintes principales.
Avant de me faire des remarques, prenez soin de bien vos arguments : J'ai indiqué les très grandes lignes de mes essais, j'en ai encore sous le coude.

 

Et en home cinéma ?

Les menus de réglages dans un ampli home cinéma s'apparentent à ce que fait un filtre actif.
Simplement la précision est différente, et toutes les possibilités de réglages d'un vrai filtre actif n'existent pas.
Vos enceintes principales sont coupées, et je ne suis pas sûr que vous avez beaucoup d'autre choix de fréquences de coupure que small, médium et large.
Concernant le délai ou la phase, c'est à essayer au cas par cas.
Pour ce que j'ai vu, là où un vrai filtre actif a un pas de réglage de 2 mm, un ampli home-cinéma a un pas de 100 mm.
Pour vous consoler, dites-vous qu'avec moins de réglages vous passerez moins de temps à trouver les bonnes valeurs...
L'écoute ne sera pas aussi bonne qu'avec des réglages plus précis, et meilleure que sans réglage du tout.

 

La méthode de réglage de Guy :

Après avoir échangé par mail, j'ai fait un copier-coller de sa méthode parce qu'elle me paraît très intéressante.

Il me semble que le point le plus important concerne la mise en phase des deux systèmes, enceintes principales et caisson de graves.
En effet nous sommes en présence de basses fréquences, donc de signaux d'une grande longueur d'onde.
Le moindre déphasage se traduira obligatoirement par un décalage temporel important, donnant naissance à du traînage, un manque d'impact, un grave en retrait tout en étant encombrant.

Pour ce réglage j'utilise une fréquence sinusoïdale de 80 Hz à 0 dB enregistrée sur un CD.
Le réglage de la fréquence de coupure est mis en stand-bye ou bien réglé au maxi.
Un micro de mesure du niveau acoustique est placé au point optimal d'écoute et à hauteur d'oreilles.
Le réglage de phase est à 0°.

 

Emplacement du caisson de grave :

Le caisson est placé symétriquement entre les deux enceintes.
Les deux enceintes et le caisson de graves seront rigoureusement à égale distance du point d'écoute.
Dans cette configuration le déphasage est déjà minimisé.

 

Première étape :

Seules les enceintes principales sont actives.
À, l'aide du potentiomètre général, le niveau sonore sera réglé relativement bas afin de s'affranchir le plus possible des ondes indirectes.
Le niveau sonore obtenu est noté.

 

Seconde étape :

Seul le caisson de grave est actif.
À l'aide du potentiomètre de l'ampli sub, le niveau sonore sera réglé à l'identique de celui des enceintes principales.

 

Troisième étape :

Deux personnes sont nécessaires pour mener à bien cette étape.
Les deux systèmes étant actifs, l'une des personnes tourne lentement le bouton de phase jusqu'en butée (180°).
La seconde note le niveau sonore maximum obtenu lors de cette rotation.
On effectue lentement une nouvelle rotation du bouton, cette fois-ci en sens inverse, jusqu'à l'obtention du niveau maximum.
On note la position exacte du bouton (un repère est inscrit sur un bout de ruban adhésif collé à proximité du bouton).
Puis l'on continue la rotation, toujours en sens inverse, jusqu'à ce que le niveau diminue.
A ce stade on inverse à nouveau la rotation du bouton jusqu'à retrouver le niveau maximum.
On note la nouvelle position du bouton qui est en fait très proche de la première.
Pour terminer, le repère du bouton sera placé entre ces deux inscriptions.

 

Conclusion :

Cette méthode, pouvant au prime abord paraître très simpliste, me donne entière satisfaction.
Voici une petite anecdote prouvant le bien-fondé de ce réglage :
Un après-midi je décide d'écouter de la musique et dès le début du disque le son ne me satisfait pas.
Le fautif n'était autre que le bouton de réglage de la phase du caisson de grave que j'ai trouvé en position 0 (je n'en ai jamais trouvé la raison).
Après un nouveau réglage, tout est rentré dans l'ordre.

 

Liens :

Étude et Expérimentation : Alignement temporel des renforts de graves dans un système de sonorisation.

 

Dôme Acoustique