2-6-7-3 : La mise au point des filtres passifs

Mise à jour : 7 novembre 2023, Antidote 11.

 

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, R_RC ou C_RC pour un grave.
Malgré toutes ces précautions, il peut 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 quelques soit le soin apporté à la phase de 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 parallèle : C = C1 + C2.
2 résistances en parallèle : 1/R = 1/R1 + 1/R2, ou encore R = R1*R2 / (R1+R2).

Je ne mets jamais en série 2 composants pour faire la bonne valeur.
Je préfère prendre des valeurs plus élevées pour les résistances et les mettre en parallèle : 1/R = 1/R1 + 1/R2.
Pour les condensateurs, je prends des valeurs plus faibles, 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, et parfois (très rarement) je les débobine...

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

 

Pécuniairement c'est aussi une belle somme, mais qui s'est étalée sur au moins 30 ans.
La multiamplification active finit par revenir moins chère, pour plus de souplesse de réglage.

 

Précision :

La précision à retenir est celle pour laquelle vous entendez réellement une différence.
C'est un aspect de choses que je n'avais pas pris en compte jusqu'à maintenant, et qu'il est obligatoire d'intégrer.
Commencez avec un pas large entre deux valeurs, et si vous entendez la différence réduisez le pas.
Donnez-vous le temps d'apprendre à entendre la différence, il n'y a aucun problème à valider aujourd'hui avec un pas assez large, et de revenir plus tard avec un pas plus fin.

Lire la partie, je n'entends pas la différence du chapitre "La mise au point et le rodage".

 

Un condensateur se règle, pour moi, à 0.33 uF près assez facilement.
Pour un tweeter coupé à 9 ou 10000 Hz, je descends à 0.22 uF, et même à 0.1 uF.
Peut-être que pour vous l'espacement donné par les valeurs standards sera votre limite, et que vous n'irez pas en dessous.

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 près sur la fréquence de coupure ?

Les résistances se règlent, pour moi, 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.
Dans votre cas, fixez-vous, par exemple, un pas entre deux atténuations, par exemple 1.0 dB, et commencez ainsi, puis affinez avec un pas plus fin.

Enfin pour la mise en phase des haut-parleurs par recul en profondeur, 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 à 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...
Dans votre cas il faudra sans doute commencer avec un pas de 5 ou 10 mm, et de le diminuer peu à peu.

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, si vous adoptez mes pas de réglages.

 

Qualité subjective des composants :

Humble maison hi-fi, test de condensateurs.
La limite aux composants de qualité très souvent hors de prix, c'est quand le filtre actif revient moins cher...
Gardez bien cette règle en tête, c'est une excellente limite.
Comptez dans le prix les composants achetés pour rien, parce que pour la mise au point à l'écoute il faut des composants d'avance.

En toute logique vous n'avez pas à acheter plus de composants chers que ce que vous allez réellement utiliser, si vous faites une mise au point préalable avec des composants courants.

 

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 : Une image sonore la plus haute, large et profonde possible.

Dans ces conditions, il a été facile pour moi d'obtenir de meilleurs résultats, même si dans les deux cas le réglage de base était assez bon.

Je ne reviendrai pas sur la touche mono, vous l'avez où vous ne l'avez pas sur votre matériel.
Mais devant la simplicité de réalisation, ne passez surtout pas à côté.

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 plaît, et essayer de le reproduire grâce à un réglage particulier.
Mais ce réglage ne conviendra qu'à un passage précis d'un disque précis, les autres passages des autres disques ne vous plairont pas...
Je l'ai écrit plus haut, si vous ne retenez pas l'image sonore comme critère de choix, c'est l'échec assuré.

Mettez 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, et l'image sonore la plus en arrière.
C'est simple, facile et ça marche à 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 ci-dessous.
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 1,4 mm 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 en série avec le transducteur.
Pour exemple, si vous réalisez une cellule de grave pour le haut-parleur basse, vous placerez la self en série sur le haut-parleur et vous amortirez le condensateur à la masse (si c'est nécessaire) par une faible résistance en série ajustée pour amortir la surtension.

À 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 à ne pas laisser passer.

 

L'avis de Jean-Claude TORNIOR :

Je viens de tomber sur votre préambule sur les filtres de fréquences pour haut-parleurs 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 haut-parleurs 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 un condensateur 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 :

 

Le bornier est retiré, et les fils sortent par-derrière, ils sont en pratique encore trop courts, tout dépend de la place que vous avez sur le côté.
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 bleu 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 :

• Condensateur, self en parallèle et condensateur, suivi 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.

 

Réglage d'un haut-parleur large bande :

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

La fréquence de coupure entre le haut-parleur de grave et le haut-parleur large bande est importante :
Une coupure plus haute est intéressante pour la tenue en puissance du haut-parleur large bande, et pour l'énergie apportée par un haut-parleur de graves 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 éclaircit considérablement le médium.

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

Un haut-parleur large bande monté sur un baffle plan est sujet au baffle step. ( F = 34340 / 2 / Largeur, Largeur en cm ).
Une correction à cette fréquence rend 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 annulaire à haut rendement, même s'il est prévu pour. (Je ne désespère pas, j'y suis arrivé plus tard avec un tweeter à dôme...)
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 centrée sur 1000 Hz environ.
En atténuant le grave cela remontait les aigus, en remontant les aigus cela atténuait 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 à 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.

En 2022, la courbe cible réalisée par convolution va encore plus loin dans le même esprit.
C'est allé jusqu'à la suppression du grave et du tweeter, pour une cohérence de restitution encore plus grande.

 

Dôme Acoustique