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1-1-5-4 : Limiter la courbe de réponse d'une enceinte

Mise à jour : 22 mars 2023, Antidote 11.

 

La seule limite à cette approche qui sort complètement des méthodes habituelles utilisées en hi-fi est notre imagination.
La seule pertinence de cette approche est un gain de la qualité d'écoute : avec un gain la méthode est adoptée, sans gain la méthode est rejetée.
Il n'y a pas de théorie sur cette approche, que du pragmatisme et des écoutes comparatives.

Prenez les câbles par exemple, aucune théorie ne justifie aujourd'hui les gains réels ou supposés entendus à l'écoute, pourtant certains d'entre vous sont adeptes des essais sur les câbles.
La limitation de la bande passante d'une enceinte, par rapport aux câbles, apporte une différence parfaitement mesurable et les gains à l'écoute ont une explication incontestable.
L'absence de théorie ne veut pas dire une absence de pertinence sur les résultats de la solution.

 

Comment suis-je arrivé à limiter la bande passante dans les aigus ?

Au printemps 2019, j'ai changé mes haut-parleurs large bande DAVIS 20DE8 de 21 cm pour des ALTEC 420-8B BIFLEX, des haut-parleurs avec un saladier de 41 cm de diamètre.
Là ou la documentation de l'époque indiquait une bande passante qui montait jusque 14000 Hz, la mesure indiquait 7500 à 8000 Hz seulement.
Après un moment de déception, avec l'absence d'envie d'ajouter un tweeter ou une compression plus pavillon (solution conseillée par beaucoup de forumeurs), j'ai regardé ce que je pouvais faire avec les corrections par convolution, en gardant une solution musicale.

Je ne fais pas les corrections par convolution à la mode "bourrin moyen", le Plan d'expérience sur les corrections par convolution générées avec rePhase ne l'autorise pas à l'écoute.
La conséquence directe est qu'il n'est pas possible de booster la réponse simplement de 2000 ou 4000 Hz, le boost réalisable en pratique monte jusque 25000 Hz. Le boost est à phase minimum.
L'écoute de ce boost n'est pas du tout validée à l'écoute...
Face à cette conclusion, beaucoup de forumeurs vous redisent : Ajoutez un tweeter ou une compression plus pavillon.
Ces forumeurs n'ont que cette solution en tête, et acceptent difficilement (voire pas du tout) ceux qui sortent de leurs schémas habituels des solutions des années 60.

Si rePhase permet de booster la réponse, il permet aussi de filtrer en FIR (à phase linéaire) sans toucher la phase acoustique.
Au boost qui montait jusque 25000 Hz, j'ai ajouté dans un premier temps un filtre passe-bas.
Une série d'essais à l'écoute ont défini un filtre Linkwitz-Riley à 36 dB/octave à 11875 Hz, solution validée à l'écoute comme étant meilleure que :

  • Le boost à 25000 Hz sans filtre passe bas.
  • Pas de boost du tout.

Pas de boost du tout était meilleurs que le boost sans filtre passe-bas, il ne faut pas corriger "bourrin moyen"...
Je ne connais pas votre définition d'une solution pragmatique, mais celle-là en fait partie...

Imaginez la tête des forumeurs, 11875 Hz à -6 dB : beurk il n'y a pas d'aigus...
C'est un avis que je partage puisqu'au-dessus de 10000 Hz nous sommes dans l'extrême aigu !!!
L'écoute est agréable, le manque d'extrême aigu n'est absolument pas gênant pour moi, j'ai conservé la solution parce que c'est moi qui écoute...

 

Travailler un peu plus la solution :

Je vais passer les étapes intermédiaires, pour aller directement au résultat actuel.
Le chapitre sur la mise en série des filtres du 1er et 2e ordre explique comment faire un filtre avec une pente importante, à partir des filtres de base du 1er et 2e ordre.

J'ai retenu, après de nombreux essais, un filtre Butterworth du 5e ordre à 11625 Hz dans un premier temps, du 4e ordre à 11000 Hz après avoir revu le réglage de la phase acoustique.
Une pente plus forte ou plus faible est moins bonne à l'écoute, les 11625 Hz avaient été réglés à 125 Hz près, les 11000 Hz à 63 Hz près, enfin entre Butterworth et Bessel c'est Butterworth qui marche le mieux.
Les coefficients Q des filtres du 2e ordre ne s'invente pas, heureusement qu'il y a un tableau pour les avoir parce qu'il est impossible de les retrouver à l'écoute !!!

La modification de la correction de la phase acoustique consiste, pour un haut-parleur large bande, à :

  • Corriger la réponse à phase minimale.
  • Faire les filtres passe-haut, passe-bas, et la courbe cible "Tilt" avec la phase linéaire.
  • La phase n'est pas mesurée, mais elle est corrigée de la meilleure façon qui soit en jouant sur la phase des corrections et des filtres.

L'image ci-dessous est une ancienne version avec les filtres à phase minimum, chose que je déconseille aujourd'hui.

Filtres passe-haut et passe-bas du 5eme ordre utilisés pour le 420-8B

 

Cette façon de faire peut surprendre.
Dans mon cas je booste large et je filtre, mais avec une enceinte du commerce et un tweeter qui monte bien jusque 20000 ou 22000 Hz pourquoi ne pas essayer juste un filtre ?
L'idée n'est pas aussi tordue que ça, sur des plans de filtres passifs des années 60, il y avait parfois une petite self de 0.3 mH en série avec le tweeter.
Si nos anciens l'ont fait, avec les moyens à leur disposition, pourquoi ne pas essayer de le faire avec des moyens plus récent ?
Surtout, restez pragmatique, si ce n'est pas mieux à l'écoute, il ne faut pas garder la solution.
Si vous n'essayez pas, vous ne saurez jamais si, dans votre cas, vous pouvez avoir un gain à l'écoute.
Ce n'est pas moi avec mon haut-parleur large bande qui fera l'essai à votre place.

 

Dans les graves :

Avec le DAVIS 20DE8 :

L'enceinte avec le DAVIS 20DE8 était une enceinte Bass reflex à triple résonateur.
J'ai ajouté un filtre passe-haut à 24 dB/octave, 6 à 8 Hz en dessous de Fb.
Le but était de ne pas laisser passer les graves que ne savait pas reproduire le haut-parleur.
Gain sur la qualité d'écoute et sur la tenue en puissance.
Le gain sur la tenue en puissance est incontestable avec un débattement limité de la membrane dans l'extrême grave.

À l'époque du DAVIS 20DE8, je n'avais pas le chapitre sur la mise en série des filtres du 1er et 2e ordre.
Il est sans doute possible de faire mieux que ce que je propose, mais je n'ai plus les enceintes pour faire les essais.

 

Avec le ALTEC 420-8B BIFLEX :

L'enceinte avec le ALTEC 420-8B BIFLEX est une enceinte close avec une transformée de Linkwitz.
Là aussi je passe les étapes intermédiaires, pour aller directement au résultat actuel.

La mise en série des filtres du 1er et 2e ordre m'avait permis de retenir un filtre passe-haut Butterworth du 5e ordre à 33.5 Hz.
La subtilité est que ce filtre passe-haut est associé à une transformée de Linkwitz, réalisée avec rePhase, et dont la fonction compensate linéarise la réponse jusque dans l'extrême grave.
Les 3 filtres passe-haut terminent la transformée de Linkwitz avec une coupure électrique parfaitement réglée.
Linkwitz faisait sa transformée avec une pente du 2e ordre, j'avais retenu le 5e ordre qui donne de meilleurs résultats à l'écoute...
Avec des filtres à phase linéaire, je suis revenu à une pente du 2e ordre

Une 2e subtilité ne se voit pas.
La fonction compensate est réglée à partir des valeurs Fc et Qtc mesuré sur la courbe d'impédance.
J'avais vérifié le résultat de cette fonction compensate dans rePhase avec la réponse mesurée à 86 cm du cache noyau du haut-parleur, et j'ai vu par différence le gain de la pièce dans le grave.
J'ai aussi corrigé ce gain avant de mettre les filtres passe-haut...
Le chapitre annuler l'influence de la pièce dans les graves explique les choses avec plus de détails.
Aujourd'hui je prends la mesure MMM au point d'écoute, solution qui est meilleure à l'écoute que la première.

 

Les différences en images :

La mesure, effectuée à 117 cm du cache noyau, a été lissée en 1/2 octave, avec des corrections Q = 0.90 avec EQ type = proportionnal Q et minimum-phase.
Le trou entre 60 et 100 Hz n'est pas corrigé, et ne se corrige pas.

Bleu : Sans aucune correction.
Rouge : Réponse corrigée, linéarisée et boostée dans les aigus. Le boost jusque 25000 Hz est bien visible.
Le baffle step de 3 à 4 dB vers 300 à 400 Hz est, lui aussi, bien visible, le médium est 4 à 6 dB au-dessus du grave, la correction est nécessaire.

Réponse brute et linéarisée

 

Rouge : Réponse corrigée, linéarisée et boostée dans les aigus jusque 20000 Hz.
Bleu : Réponse atténuée dans les aigus et dans les graves, avec la transformée de Linkwitz. Atténuations validées à l'écoute.
Par rapport à la réponse brute de l'image ci-dessus, l'extension de la réponse dans les aigus de 8000 à 12000 Hz est bien visible.
S'il peut sembler dommage de limiter le grave de 20 Hz à -3 dB à 35 Hz à -3 dB, l'écoute est bien meilleure ainsi, du bas médium à l'aigu.

Réponse linéarisée et atténuée dans les aigus et dans les graves

 

Valeurs des corrections utilisées :

  • Minimum-Phase Filters :
    La transformée de Linkwitz, compensate avec les valeurs Fc et Qtc mesurés sur la courbe d'impédance, le haut-parleur monté dans son enceinte close.
    En dessous, la correction pour avoir un Qtc de 0.707 avec Ft = Fc / 1.31 = 38 Hz.
  • Linear-Phase Filters : de haut en bas
    Le filtre passe haut associé à la transformée de linkwitz, Q = 0.625 à Ft.
    Les trois filtres passe-bas de limitation de la bande passante dans les aigus
    Les deux filtres passe-haut de limitation de la bande passante dans les graves.
Valeurs utilisées dans la transformée de Linkwitz Filtres passe haut et passe bas

 

Rouge : Réponse corrigée, linéarisée et boostée dans les aigus jusque 20000 Hz.
Bleu : Par rapport à l'image précédente, ajout de la courbe cible Tilt EQ.
Avec cette dernière correction, les deux enceintes placées dans ma pièce d'écoute sont excellentes.

Réponse linéarisée et atténuée dans les aigus et dans les graves, et avec la courbe cible Tilt EQ

 

Une liaison vers la Loi des 400000 ?

Réponse linéarisée et atténuée dans les aigus et dans les graves

 

J'avais écrit dans le chapitre Loi des 400000 :
"Il faut retenir que tant que l'on n'intégrera pas les pentes d'atténuation dans les graves et les aigus, il n'y a pas de conclusion à tirer avec cette loi."

C'est exactement ce que je fais avec mes filtres passe-haut et passe-bas :

  • Une coupure à 39 Hz et à 8500 Hz à -2 dB donne 39 * 8500 = 331500.
  • Une coupure à 36 Hz et à 10000 Hz à -3 dB donne 36 * 10000 = 360000.
  • Une coupure à 34 Hz et à 10600 Hz à -4 dB donne 34 * 10600 = 364000.
  • Une coupure à 33 Hz et à 10900 Hz à -5 dB donne 33 * 10900 = 359700.
  • Une coupure à 32 Hz et à 11100 Hz à -6 dB donne 32 * 11100 = 355200.

Un hasard troublant ?
Une écoute sacrément bonne et équilibrée...

Je n'arrive pas exactement à 400000 sur cet exemple, mais je n'en suis pas loin.
Cette vérification n'avait ni pour but de dire que la loi des 400000 ça marche ni d'inventer la loi des "364000" relevés à -4 dB.
Je pense tout de même qu'il y a quelque chose à vérifier dans cette direction, avec d'autres exemples.

Beaucoup d'enceintes ont un tweeter qui monte à 20000 Hz, sans que la réponse dans le grave ne descende à 20 Hz.
La première vérification doit se faire en limitant la réponse du côté des aigus.
Le seul risque pour vous est d'avoir mieux à l'écoute, parce que si vous avez moins bien vous ne garderez pas la correction.

 

Ce que ne savent pas les forumeurs :

Lorsque j'ai annoncé, sur les forums, la coupure acoustique à 8000 Hz, beaucoup de forumeurs me disaient d'ajouter un aigu.
Lorsque j'ai dit que j'avais boosté les aigus jusque 12000 Hz en pratique, le message était le même, ajoutez un aigu.
Je ne doute pas une seconde qu'avec leurs systèmes non corrigés en phase acoustique, que le conseil soit bon.

Avec une enceinte qui a une coupure acoustique vers 8000 Hz, la phase acoustique commence à "tourner" bien avant.
En ajoutant un tweeter qui ajoute des aigus, la phase acoustique commence à "tourner" plus haut en fréquence : c'est la justification du gain entendu à l'écoute avec des supers tweeters qui montent à 40000 ou 50000 Hz.
Qui saura dire, sans l'avoir essayé, que le gain vient bien de plus d'aigu sur l'amplitude, et pas d'une phase acoustique qui est moins chahutée ?
Des forumeurs font croire qui savent beaucoup de choses, mais là je pense que j'ai une belle colle, que je ne leur soumettrai pas parce que la discussion n'est pas possible sur les forums...

Outre l'amplitude jusque 12000 Hz, je corrige indirectement la phase acoustique, sans l'avoir mesurée, par le seul choix des corrections à phase minimum et des filtres à phase linéaire.
Comparées aux enceintes avec tweeter et sans correction de la phase acoustique, mes enceintes ont une phase acoustique idéale de 5 Hz à 25000 Hz.
Quelle est l'importance réelle des choses ? Amplitude ou phase acoustique ?
Le manque d'aigus n'est pas gênant pour moi, même en rentrant de vacances et après avoir écouté pendant 15 jours des enceintes avec un tweeter...

Il y a finalement une sacrée bonne question sans réponse, sur l'importance de l'amplitude et de la phase acoustique.
Il y a 4 cas à explorer :

  1. Bande passante limitée sans correction de la phase acoustique avec des filtres à phase minimum.
  2. Bande passante limitée avec correction de la phase acoustique avec des filtres à phase linéaire.
  3. Bande passante jusque 20000 Hz sans correction de la phase acoustique.
  4. Bande passante jusque 20000 Hz avec correction de la phase acoustique.

J'ai testé les points 1. et 2. avec 2. > 1., je ne testerai pas le 3., et je regarde si je vais tester le 4. : Quand vous avez goûté à la correction de la phase acoustique, vous ne revenez pas en arrière.
Si je pense ne pas tester le 4., c'est par rapport à ma référence du concert acoustique : le gain sera minime, le risque de plus de pertes que de gains sera important.

Quant aux forumeurs qui ne corrigent pas la phase acoustique, ils sont incapables de dire honnêtement qui du 2. ou du 3. marche le mieux.
Bien des cadors ne se taisent pas quand ils ne savent pas, c'est une plaie sur les forums.
Et s'ils croient savoir, c'est encore plus grave.

À ce jour je n'ai pas toutes les réponses.
Bien poser la question est déjà un début de solution.
Faut-il rappeler que le manque d'aigu de la radio FM qui coupait à 15000 Hz n'a jamais gêné personne ?
Faut-il dire que s'il est facile, avec un tweeter, de faire monter une enceinte jusque 20000 Hz, personne ne dit explicitement s'il est vraiment judicieux de le faire puisque tout le monde fait comme tout le monde ?
Les vrais progrès en hi-fi sont-ils faits par ceux qui font comme tout le monde, ou par ceux qui sortent des sentiers battus ?

 

Réponse ou phase acoustique ?

La discussion a eu lieu il y a plusieurs années sur un forum aujourd'hui disparu.
Le forumeur disait avoir eu un gain à l'écoute en ajoutant un super tweeter qui monte à 50000 Hz.
Regardons les choses sous deux angles différents :

 

Par la courbe de réponse

Les questions sont très vite arrivées : quelle est votre source ?
Un CD...
Vous ne pouvez pas entendre la différence, les CD sont limités à 20000 Hz, et vous n'entendez pas au-delà de 20000 Hz puisque vous n'êtes pas une chauve-souris.
Donc la différence entendue ne peut pas exister, c'est un gain "placebo".

 

Par la phase acoustique

Un tweeter qui monte jusque 50000 Hz corrige la phase à partir de 5 à 10 fois en dessous de sa fréquence de coupure.
Prenons 5 fois, 50000 / 5 = 10000 Hz, en pleine zone audible.
Le lecteur CD passe du 10000 Hz, et vos oreilles sont capables d'entendre la différence.
Donc le gain entendu est bien réel...

 

Cherchez des exemples autour de vous, vous trouverez plein d'exemples qui n'ont pas de sens vu uniquement sous l'analyse de la réponse, et qui en ont un avec l'analyse de la phase acoustique.
Les câbles ?
En se donnant les moyens, c'est mesurable, et la mesure ne montre rien de significatif...
L'exception qui confirme la règle, ou placebo ?

 

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