2-6-9-1 : La mise en phase des haut-parleurs

Mise à jour : 1 mars 2023, Antidote 11.

 

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.

Il y a 3 mises en phase à faire, électrique, acoustique, sur une impulsion, et une recherche de polarité absolue.
Les mises en phase électrique, acoustique et sur une impulsion ne concernent que l'enceinte.
La polarité absolue concerne l'enceinte branchée sur l'ampli.

Sur au moins un forum Audiophile, le terme phase est utilisé pour parler du sens de branchement des prises secteur.
Pour moi cela n'a rien à voir avec la phase, le terme employé par ces audiophiles est totalement inapproprié.
Si vous venez sur ce chapitre pour avoir des explications sur le sens de branchement des prises secteur, vous ne trouverez rien...
Si je dois écrire quelque chose sur le sens de branchement des prises secteur, ce sera dans un des chapitres sur les câbles.

 

Mise en phase (polarité) électrique :

La mise en phase électrique concerne le branchement des haut-parleurs.
Le terme phase n'est pas exact, dans un filtre actif, un processeur d'enceinte, le terme utilisé est polarité, polarité normale ou polarité inversée.
Si vous branchez une pile aux bornes du haut-parleur de grave et que la membrane avance, le + du haut-parleur correspond au plus de la pile.

Attention au voltage de la pile : La résistance au courant continu d'un grave est de 5.5 Ohms environ, avec une pile de 4.5 Volts la puissance est de 4.5² / 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 : 1.5² / 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 polarité normale.
• Avec un filtre à 12 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en polarité inversée.
• Avec un filtre à 18 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en polarité inversée.
• Avec un filtre à 24 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en polarité normale.
   
• Avec un filtre à 12 et 18 dB par octave, le branchement se fait théoriquement en polarité inversée.
• Avec un filtre à 12 et 18 dB par octave plus un haut-parleur relais, tous les haut-parleurs sont branchés en polarité normale.
• En pratique, vous essayez les deux branchements, et gardez le meilleur à la mesure ou à l'écoute : Le branchement théorique concerne un haut-parleur assimilé à une résistance pure, qui est éloignée d'un haut-parleur réel.
  Si vous le faites à l'écoute, recommencez le test à plusieurs jours d'interval, pour être sûr de votre choix.

Quel que soit le type de filtrage utilisé, passif ou actif, la mise en phase électrique (la polarité électrique) doit être correctement réalisée.
Ci-dessous, un exemple de filtre qui ne respecte pas la théorie.
Seule la simulation avec le simulateur théorique de filtres JMLC, ou l'écoute si vous avez l'habitude, peut dire le bon sens de branchement.

 

J'ai un avis personnel sur les filtres qui demandent un branchement de certains haut-parleurs en polarité inversée, ils sont mauvais sur la réponse sur une impulsion.
Je rappelle que la musique n'est faite que d'impulsions.
Les images sont explicites, à gauche branchement en polarité inversée avec un filtre à 12 ou 18 dB/octave, à droite branchement en polarité normale avec un filtre Linkwitz-Riley à 24 ou 48 dB/octave + correction de la phase acoustique avec un PC.
Je suis particulièrement surpris que l'internaute qui a mis sur un forum l'image de gauche la trouve bonne.
Remarquez que j'ai vu sur une doc Dynaudio des choses absolument similaires.
Et si le tweeter n'est pas reculé en profondeur, les choses sont bien pires.
L'image de droite est l'image de gauche retouchée avec Paint, mais j'ai des résultats absolument similaires à la mesure sur mon système.
Faites des choix de solutions techniques qui vous donnent l'image de droite...
Celle de gauche vous montre la non-fidélité de l'enceinte.

 

Il faut savoir que lorsque vous n'avez qu'une seule impulsion dans le bon sens, la dynamique du signal musical est supérieure à celle d'un autre système où l'impulsion du tweeter est inversée par rapport à celle du grave médium.
La mise en phase acoustique par délai numérique, par recul du tweeter, ou par inclinaison vers l'arrière de l'enceinte, augmente la dynamique du signal musical, sans passer par le haut rendement.
C'est une constatation que j'ai vérifié soigneusement sur mon système, et que je n'ai jamais lu nulle part.
99% des enceintes acoustiques vendues dans le commerce, et beaucoup de celles réalisées par vous, n'ont pas de mise en phase acoustique, ou ont un filtre qui demande le branchement du tweeter en polarité inversée, vous perdez en dynamique.

 

Les deux mises en phase acoustique :

La notion n'est pas facile à appréhender.

• Nous partons d'une enceinte comme on en voit partout, avec tous les haut-parleurs sur la même face avant.
  Le centre acoustique du tweeter est en avant de celui du médium, lui-même en avant de celui du grave.
  Le filtre de séparation des fréquences destinées à chaque haut-parleur, qu'il soit actif ou passif, apporte un retard supplémentaire des aigus et du médium par rapport au grave.
  La courbe de phase acoustique a une pente, et des accidents à 200 et 2000 Hz sur l'exemple ci-dessous.
  Image du haut.
   
• La première mise en phase acoustique permet de faire correspondre les impulsions du haut-parleur grave avec celui du médium, ou du médium avec le tweeter.
  En deux voies c'est du grave médium avec le tweeter.
  Cette mise en phase est obtenue par recul du médium et du tweeter dans une enceinte avec un filtre passif, ou par un délai si vous avez un filtre actif numérique, ou encore avec un filtre passe tout.
  La mise en phase sur une impulsion corrige les accidents de phase à 200 et 2000 Hz sur l'exemple ci-dessous. Mais le retard apporté par le filtre reste.
  Image du milieu.
   
• Une correction numérique de la phase permet de linéariser la phase en fonction de vos paramètres de filtrage, et de la bande passante de vos haut-parleurs.
  Cette correction est expliquée dans le chapitre Correction de la phase acoustique avec un PC.
  Le résultat est une réponse linéaire en phase, du grave à l'aigu. Je vous assure que cela s'entend.
  Image du bas.

 

Un égaliseur linéarise la réponse de l'enceinte en amplitude : Avant la correction il y a des creux et des bosses dans la courbe de réponse, aprés la correction la courbe de réponse est beaucoup plus linéaire.
La correction de la phase acoustique linéarise la phase sans toucher à l'amplitude. C'est une correction complémentaire à celle faite par l'égaliseur. Avant la correction la phase acoustique varie de plusieurs centaines de degrés, après la correction la phase acoustique varie beaucoup moins et reste dans quelques dizaines de degrés.
Les deux corrections apportent leurs gains, chacune dans leur domaine. Il n'y en a pas une plus importante que l'autre, les deux sont nécessaires.
Enfin, dans la vraie vie, les choses ne sont pas aussi idylliques que sur mes schémas...

L'image ci-dessous explique autrement les choses, et permet d'avoir une compréhension plus facile.
Même si les choses ne sont pas aussi simples que ça, l'image explique bien le passage de l'image du haut ci-dessus à l'image du milieu.

 

Filtres passifs et phase acoustique :

La simulation des filtres passifs se fait après la mesure individuelle de chacun des haut-parleurs montés dans l'enceinte, mesure de la courbe de réponse et de la phase acoustique, mesure de l'impédance et de la phase électrique.
À partir des 4 courbes mesurées, et du schéma du filtre, de l'indispensable décalage en profondeur des haut-parleurs, le logiciel de simulation est capable de vous donner la courbe de réponse de l'enceinte avec les haut-parleurs filtrés, et la valeur des composants à utiliser.
C'est une excellente solution, qui limite sensiblement la mise au point.
Un exemple de simulation se trouve sur l'image ci-dessous.

 

Que vous utilisiez un filtre passif ou un filtre actif IRR, la phase acoustique varie.
Un exemple calculé avec RePhase pour un filtre Linkwitz Riley à 24 dB/octave. Échelle de 720° à -180° :

 

Pour un filtre à 2 voies, la phase acoustique varie de :

• 90° quand les pentes acoustiques sont à 6 dB/octave, et 45° à la fréquence de coupure.
• 180° quand les pentes acoustiques sont à 12 dB/octave, et 90° à la fréquence de coupure.
• 270° quand les pentes acoustiques sont à 18 dB/octave, et 135° à la fréquence de coupure.
• 360° quand les pentes acoustiques sont à 24 dB/octave, et 180° à la fréquence de coupure.
• etc.

La fidélité d'une enceinte est obtenue quand la courbe de réponse est plate ET quand la courbe de phase acoustique est plate.
Faire des enceintes qui se veulent haute fidélité sans corriger la phase acoustique est la certitude absolue que l'enceinte ne sera pas fidèle, même si cette enceinte est une TAD de très haut de gamme, même si vous la jugez excellente, vous pouvez avoir encore mieux...
Ce n'est pas parce que vous avez pris l'habitude d'écouter la musique sans correction de la phase acoustique qu'il faut continuer à le faire...
La correction de la phase acoustique peut se faire facilement avec un PC sous WINDOWS, voir les chapitres PC et Hi-Fi.
Que vous soyez avec un filtre actif ou avec un filtre passif, la phase acoustique peut être corrigée, et vous améliorerez très sensiblement la qualité d'écoute.

Et la phase minimum ? En préparation...

 

Centre acoustique de la membrane d'un haut-parleur :

Le centre acoustique de la membrane du haut-parleur est l'endroit où se forme le son.
Si la membrane était plate, ce serait contre la membrane. Mais les membranes sont coniques...
Le centre acoustique est un plan qui divise la membrane en deux parties de surfaces égales.
Ce centre acoustique est valable aux fréquences ou la membrane travaille en piston : aux basses fréquences, un peu dans le médium c'est la définition ci-dessus.
Pour un haut-parleur large bande qui monte dans les aigus, le centre acoustique recule jusqu'au cache noyau.
Si vous me demandez où se trouve le centre acoustique de mon large bande à 5500 Hz, je ne saurai pas répondre...

 

Le plan bleu coupe bien la membrane en deux surfaces à peu près égales. C'est le centre acoustique de la membrane de ce haut-parleur large bande bi-cônes.

 

Calculez le centre acoustique de la membrane de votre haut-parleur :

Le calcul demande 3 diamètres et 4 profondeurs. Actuellement la profondeur au milieu de la suspension n'est pas prise en compte, suspension plate.
Les profondeurs peuvent être en positif ou en négatif, cela n'a aucune importance.
Les profondeurs sont à mesurer par rapport à la référence de votre choix, la position du centre acoustique sera donnée par rapport à cette référence.

Diamètres :		Profondeurs :
Diamètre au milieu de la suspension :		Profondeur au milieu de la suspension :
Diamètre au bord de la membrane :		Profondeur au bord de la membrane :
Diamètre au fond du cache noyau :		Profondeur au fond du cache noyau :
		Profondeur au centre du cache noyau :

 

 

Calcul du cache noyau : Diamètre à la surface moyenne = 53.0 mm, profondeur moyenne = 51.9 mm, surface du cache noyau = 44.2 cm².
Calcul de la partie conique de la membrane : Diamètre à la surface moyenne = 184.6 mm, profondeur moyenne = 29.9 mm, surface de la membrane = 446.7 cm².
Calcul de la partie active de la suspension : Diamètre à la surface moyenne = 257.1 mm, profondeur moyenne = 12.0 mm, surface de la suspension = 56.5 cm².

Centre acoustique du HP à 29.9 mm du 0 retenus, pour la membrane, le cache noyau, la suspension plate.
Centre acoustique à 0.372 de la profondeur du cône. Le 1/3 indiqué dans ce chapitre c'est 0.333. Erreur = 1.9 mm.

Fréquence limite de validité du calcul : Ce sont les fréquences inférieures à 652 Hz, là où la membrane travaille exclusivement en piston.
Pour les fréquences supérieures, mon calcul n'est plus valable, parce que ce n'est plus la totalité de la membrane qui rayonne le son.

 

Centre acoustique du haut-parleur :

Ce n'est pas par hasard que j'ai bien séparé le centre acoustique de la membrane de celui du haut-parleur.
Pour aligner temporellement deux haut-parleurs d'une enceinte multivoie, vous devez connaître les centres acoustiques de chacun des haut-parleurs.
Ce centre acoustique est composé de deux choses :

• Du centre acoustique de la membrane que vous avez calculé à la rubrique précédente.
• D'un retard supplémentaire entre 0 et 20 mm, dont les explications théoriques sont mal définies, et qui se voient à la mesure.

Vous devez donc ajouter les deux valeurs, celle calculée plus une valeur entre 0 et 20 mm environ, prenez une moyenne de 10 mm faute de mieux actuellement, ou faites une conception d'enceinte qui permet le réglage.

Hypothèse :

Ce qui peut justifier un retard supplémentaire est que le haut-parleur se comporte comme un filtre passe-haut et passe-bas, et qu'un filtre à un délai de groupe.
Ce délai de groupe, à exprimer en mm, est le retard supplémentaire à ajouter.
Si c'est effectivement la bonne raison, le délai de groupe doit pouvoir être calculé.
À suivre...

 

Mise en phase sur une impulsion :

Prenons un grave médium de 21 cm et un tweeter de 2.5 cm avec une coupure à 6000 HZ.
À 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 où 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 soient rigoureusement alignés 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 coaxiaux, dont nous avons parlé au chapitre sur le filtrage, se trouve au niveau de la mise en phase sur une impulsion.
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.
À 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 écho sur l'impulsion.
Le gain sur le départ de l'impulsion est pour moi plus important que la perte par écho sur la suite de 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 où se 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 ou le dôme, 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'où l'intérêt du coffret séparé pour le tweeter.

 

Par basculement de l'enceinte vers l'arrière :

Cette solution est particulièrement simple à mettre en œuvre, et s'applique très bien pour les enceintes à 2 voies.
Cette solution s'applique aussi et surtout aux enceintes du commerce, sans la moindre modification interne.
L'image de droite et les cales usinées en dessous sont de Bruno, et dont l'épouse a tenu les propos : "On comprend tout ce que chante Mylène !" après avoir écouté le résultat du basculement vers l'arrière de l'enceinte et de son pied...

 

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'essai ne coûte rien, et vous saurez très vite si vous avez un gain à l'écoute 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 haut-parleur de grave médium, plus il faudra un angle important pour faire la mise en phase sur une impulsion.

 

Mise en phase sans réglages :

Le petit schéma ci-dessous permet d'aligner un peu plus correctement les centres acoustiques des haut-parleurs.
Il suffit de prendre environ le 1/3 avant du cône du grave médium, et environ le 1/3 avant du dôme du tweeter, il y a des écarts pratiques par rapport à cette valeur approchée.
J'ai utilisé cette méthode pour aligner mes 21 cm large bande avec mes graves de 38 cm sur mes baffles plans.
Pourquoi environ le 1/3 ?
Sur un cône, c'est la côte qui divise la surface en deux parties égales, c'est une valeur approchée

C'est le centre acoustique de chacun des haut-parleurs qui doit être aligné dans le même plan vertical.
Ce centre acoustique n'est pas au 1/3, nous l'avons vu plus haut dans les deux rubriques sur les centres acoustiques.

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 devient particulièrement juste.
Sauf qu'aujourd'hui, avec des tweeters qui acceptent des coupures plus basses qu'il y a 30 ans, 2500 ou 3000 Hz au lieu de 5000 ou 6000 Hz, le son se forme en avant du cache noyau du haut-parleur grave médium.

 

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

Le fait de prendre environ 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...

 

Attention :

Par rapport à cette position théorique, le filtre ajoute son retard.
L'alignement sur environ les 1/3 (environ) avant des membranes place les centres acoustiques des haut-parleurs dans le même plan vertical.
Avec le retard du filtre, le tweeter doit être plus reculé.
De combien ?
Utilisez le tableur JMLC pour le calculer.
Il est possible, avec un filtre Bessel à pente plus raide sur le tweeter, d'obtenir le recul acoustique du tweeter sans avoir à le reculer physiquement.

 

Certains recommandent 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 haut-parleur en deux juste à 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, pour lequel on fera l'hypothèse qu'il est infiniment rigide et sans masse.

 

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.
Le milieu des plaques de champs est l'endroit ou la force qui fait bouger la membrane s'applique à la bobine mobile, qui elle-même pousse la membrane.
Ce n'est pas l'endroit où se forme le son.
Gardez juste la bobine et retirez la membrane, vous n'aurez pas de son...

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 ?
Au niveau des forces, il y a bien deux forces de même sens, une au milieu de la plaque de champs avant, une au milieu de la plaque de champs arrière.
Ces deux forces s'ajoutent dans la bobine mobile pour pousser la membrane plus fort.
De plus avec deux spiders, l'un avant et l'autre arrière, la bobine mobile n'a pas d'autre solution que de filer droit.
Mécaniquement la solution est bonne, si la fixation du noyau de l'aimant est bien réalisée, c'est de la mécanique pure.

 

Mise en phase sur une impulsion 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.

 

Le grave médium est monté normalement sur la face avant.
Une 2^e plaque assure l'encastrement de ce grave médium.
Cette méthode est très simple à réaliser et ne nécessite qu'une scie sauteuse et pas une défonceuse.
L'épaisseur de la 2^e 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 2^e plaque est également fixée à l'arrière de la face avant et est percé également au diamètre du tweeter + 5 mm.
Une 3^e plaque ferme la cavité dans laquelle sera logé 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 longues.
Des écrous à frapper assurent une fixation robuste et facilement démontable.
Un jeu de rondelles entre le tweeter et la 3^e plaque assure le positionnement en profondeur.
Les écrous à frapper se trouvent facilement dans les grandes surfaces du bricolage, mais aussi et pour plus cher chez votre spécialiste de 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 et peu coûteuse.

Enfin, et ce point est très important, du feutre de laine ou de la mousse absorbera les réflexions sonores 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.

 

Avec un guide d'onde devant le tweeter :

Un guide d'onde est une sorte de petit pavillon très ouvert, qui reculera le tweeter par rapport au grave médium.
En fonction de la forme donnée à ce guide d'onde, la directivité peut être contrôlée pour s'adapter parfaitement au haut-parleur de médium ou de grave médium.
Le recul donné par le guide d'onde peut être choisi pour s'adapter exactement au besoin.
Pour trouver le bon recul, il faudra faire plusieurs essais de guide d'onde plus ou moins profond.
Le guide d'onde va augmenter la sensibilité du tweeter de 2 ou 3 dB s'il est un peu profond, moins s'il est plus ouvert.

Ci-dessous le guide d'onde MONACOR WG-300, adapté au tweeter MONACOR DT-300.
Encore en dessous, le tweeter WAVECOR TW030WA12 avec son guide d'onde intégré, guide d'onde qui laisse libre la suspension en 1/2 rouleau.

 

Rien ne dit que les guides d'onde montrés en exemple ci-dessus auront la bonne profondeur pour votre cas précis ni qu'il s'adaptera à votre tweeter pour le MONACOR.
Votre guide d'onde devra être dessiné en 3D au préalable, et imprimé en 3D plastique.
C'est une solution qui me semble plus économique qu'une réalisation en aluminium sur un tour à commande numérique, plus chère qu'une réalisation en bois si vous maîtrisez la réalisation.
Il faudra faire plusieurs modèles de différentes profondeurs, et essayer à l'écoute.

Les enceintes de monitoring amplifiées on très souvent un guide d'onde sur leur tweeter, par exemple la GENELEC 8020 DPM, ou la NEUMANN KH120 A.
Je me demande pourquoi le monde de la hi-fi a autant de retard, et des prix aussi abusivement élevés.

 

Pour ceux qui ne veulent pas reculer le tweeter :

Un filtre passe-tout permet sur une fréquence précise d'avoir l'équivalent du recul du haut-parleur.
Sur les autres fréquences, le filtre passe-tout n'est absolument pas équivalent à un délai ou un recul du tweeter, le lien ci-dessus le montre bien.

J'ai trouvé cet avis sans appel sur un forum :

Pour mémoire, on citera des réalisations totalement passives chez ELIPSON et chez TANNOY ou WHARFEDALE (?), très vite abandonnées par ces constructeurs, /.../.
Si les industriels ont renoncé à cette solution, aucun amateur de bon sens ne saurait s'y attaquer.

Pour utilisateurs avertis uniquement, bien que je considère que si vous êtes effectivement un utilisateur averti vous n'utiliserez pas cette solution...
C'est volontairement que le tweeter a été remplacé par un médium sur le schéma du filtre passe-tout : c'est sur un médium qu'il fonctionnera le mieux.

 

Une réalisation esthétique :

 

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 numériques ont un réglage appelé "Delay" qui est équivalent à un recul mécanique d'un haut-parleur par rapport à l'autre.
Dans ces conditions, il n'est pas 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, et au décalage des centres acoustique.

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.
Par contre dans un système à deux voies avec un grave qui monte jusque 800 ou 1000 Hz et une compression + pavillon, le délai de la compression doit être mis à 0, et il faut un retard sur le haut-parleur de grave.
La raison est que sans le délai, le grave est beaucoup trop avancé.

 

Délai et phase :

Les filtres actifs numériques ont un réglage de délai.
Les filtres actifs analogiques, les modules des caissons de grave, ont un réglage de phase.
Les deux ne font pas exactement la même chose.

Prenons une coupure à 1000 Hz, avec un recul du haut-parleur de 50 mm.
Avec une célérité de l'air de 344000 mm/s, à 1000 Hz la longueur d'onde est de 344 mm, et la rotation de phase de 360 / 344 * 50 = 52.3°.
Avec un recul mécanique du haut-parleur, à 100 Hz le recul est de 50 mm, à 1000 Hz le recul est de 50 mm, à 10000 Hz le recul est de 50 mm.
Avec un délai dans le filtre actif, à 100 Hz le délai est de 50 mm, à 1000 Hz le délai est de 50 mm, à 10000 Hz le délai est de 50 mm.
Avec un réglage de la phase, à 100 Hz les 52.3° font un équivalent de 500 mm, à 1000 Hz nous avons bien l'équivalent des 50 mm, à 10000 Hz les 52.3° font un équivalent de 5 mm.

Le filtre actif DCX 2496 dispose d'un réglage de délai et de phase, tout le monde utilise le délai, et personne la phase à ma connaissance.
Avec les explications ci-dessus c'est compréhensible, la phase ne donne pas un retard identique à toutes les fréquences.
Votre caisson de grave à un réglage de phase, et cela peut poser des problèmes de raccordement avec le reste du système.
La bonne solution en pratique est de marier une avance mécanique du caisson de graves, le caisson à la place de la table du salon, avec le réglage de phase.
La bonne avance c'est quand la phase est à 0°...
La bonne solution commerciale serait un réglage de délai à la place, ou en plus, du réglage de la phase, nous pouvons toujours rêver...

 

Influence du déport :

La mousse anti-écho est indispensable sur les marches 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.
Le 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 où 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.

 

Le décalage entre le haut-parleur large bande et celui du grave a aussi été réalisé au temps ou j'étais en filtrage passif : J'ai respecté la règle d'alignement des haut-parleurs au 1/3 du cône.
Plus tard, en filtrage actif, j'avais adopté des pentes à 18 dB/octave, le DELAY entre le grave et le large bande était de 570 mm.
Les 22 mm que j'avais mis à l'époque me semblent aujourd'hui dérisoires par rapport à 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 le prouvent 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.

 

Il y a une alternative à l'avance du pavillon, un filtre passif à pente douce sur le pavillon, et très raide sur le grave pour qu'il ai un retard du au filtre.
306 mm dans l'exemple ci-dessous avec une coupure à 800 Hz.
L'exemple me semble réaliste tant sur la fréquence de coupure que sur le délai.

La solution utilisée par TAD sur ses grosses enceintes de studio "EXCLUSIVE 2402", avec une fréquence de coupure vers 600 Hz, consiste en une pente de coupure à 12 dB/octave sur la compression et à 36 dB/octave sur le grave.
Le pavillon est plus reculé, pratiquement dans le plan du haut-parleur de 38 cm, parce que le filtre à pente raide sur le 38 cm fait un recul électrique du haut-parleur de 38 cm.
Cette analyse Filtrage Linkwitz-Riley 24 dB sur le site audiotechno le montre beaucoup mieux que moi.
36 dB/octave c'est 12 + 24 dB/octave ou 12 + 12 + 12 dB/octave, il était plus facile pour moi de simuler à 36 dB qu'a 12 + 24 dB...

 

La solution d'un filtre avec une pente plus forte sur un haut-parleur que sur l'autre est une solution très judicieuse qui évite le recul mécanique de l'un des haut-parleurs.
La pente de coupure la plus forte doit être sur le haut-parleur qui doit être reculé.
L'utilisation du Simulateur de filtre passif JMLC permet de trouver la combinaison fréquence et pentes de coupure adaptée à votre cas.
Vous ne pourrez pas choisir la fréquence de coupure facilement, puisqu'un changement sur la fréquence change aussi le délai.

 

Et avec un haut-parleur coaxial ?

Ce n'est pas difficile pour la partie grave médium, le centre acoustique se trouve au 1/3 avant du cône si vous ne faites pas monter trop haut en fréquence cette membrane.
Pour la partie compression, il faut estimer où se trouve la membrane de la partie aiguë, pour connaître la distance avec la partie grave médium.
Cette distance ne peut qu'être estimée

Là encore la solution TAD avec une pente de coupure plus forte sur la membrane de grave médium que sur la compression est la seule solution facilement réalisable en passif.
Compte tenu des distances plus faibles entre les centres acoustiques des deux membranes, un filtre à 18 ou 24 dB/octave sur la partie grave médium et à 12 dB/octave Linkwitz-Riley sur la compression doit être suffisant.
Il faut aussi tenir compte lors de la conception de l'enceinte des selfs en série avec la partie grave médium du haut-parleur, deux selfs en série pour un filtre à 18 ou 24 dB/octave, trois selfs en série pour un filtre à 30 ou 36 dB/octave.
Vous ne pourrez pas choisir la fréquence de coupure facilement, puisqu'un changement sur la fréquence change aussi le délai.

 

Je n'ai pas fait ce qu'il fallait :

J'aime bien l'exemple de l'image ci-dessous : vous avez une enceinte qui vous en met "plein la vue".
La réaction de base est que l'écoute ne peut être qu'excellente, pourtant la mesure objective est d'un tout autre avis...
Sur ce genre de système, un filtre actif numérique avec des délais sur 3 des 4 voies est indispensable.
Les enceintes ont de l'ambition et du potentiel, gâchés par une réalisation qui oublie des aspects techniques importants.
Un beau gâchis !!!

 

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 certains forums de hi-fi, mais elle est plus facilement compréhensible par certains 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 haut-parleur ne bougerait-elle pas dans le bon sens ?

Parce que votre fournisseur préféré d'électroniques a voulu gagner trois francs et six sous sur son matériel, et qu'il inverse la phase entre l'entrée et la sortie.
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, le gain est sensible, la solution ne coûte pas un centime.

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 certains disques qui sont inversés.

Sur un forum, un Audiophile se posait la question de savoir "si le branchement en opposition de phase ne risquait pas de flinguer ses enceintes à la longue".
Il n'y a rigoureusement, absolument, aucun risque
Pour l'expliquer simplement, le signal est un signal alternatif, un coup dans un sens, un coup dans l'autre, peu importe que l'on commence dans un sens ou dans l'autre...

 

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".
J'étais en trois voies à 18 dB/octave à l'époque, j'avais 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 vôtre.

Mais les autres filtres actifs 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 sûr de la position, sauf si vous avez un accès facile à l'arrière des appareils.

Pour le vérifier de façon certaine, il faut passer par la mesure sur impulsion, haut-parleur par haut-parleur, voir "Mise en phase".
La mesure vérifie autant la phase absolue, que le délai entre les haut-parleurs.
Si les Audiophiles faisaient ce type de mesure sur leurs enceintes "haut de gamme" avec un filtre passif, ils seraient étonnés d'un aussi piètre résultat sur des enceintes aussi chères...

 

Une vérification à l'écoute :

J'ai pu vérifier chez moi que certains 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 en est la cause.

Le réglage de phase absolue est assez décrié sur certains forums.
Soyez pragmatique, faites l'essai 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 côté.

 

Branchement en phase de haut-parleur, qui se branche normalement en opposition de phase :

Avant de commencer, je vous invite à lire 5.3.2 : Retard et déphasage dans le site de Francis audio.
Il n'y a pas mieux que les explications d'un spécialiste...

Très grosse simplification de cette partie, suppression totale sauf l'image, puis ajout des simulations...
Deux liens sur des réalisations qui ont utilisé cette solution de filtrage : Une solution nouvelle aux systèmes à plusieurs voies, et Écoute de l'enceinte AUDIOTEC G150.
Recul du haut-parleur de médium d'une demi-longueur d'onde environ :

 

Résultat pratique, obtenu avec le simulateur théorique de filtre JMLC, d'un filtre Linkwitz Riley à 12 dB/octave coupés à 630 Hz, avec les deux haut-parleurs branchés en phase avec un recul d'environ 1/2 longueur d'onde : 204 mm.
Le recul pratique est plus faible que ce que dit la théorie (273 mm pour 1/2 longueur d'onde à 630 Hz), mais le résultat est correct.
J'ai dû ajouter un délai sur le grave, que j'ai ajouté à celui du tweeter, pour que les courbes de délais de phase et de groupe soient visibles.

 

C'est la comparaison qui est pertinente!!!
Résultat pratique, obtenu avec le simulateur théorique de filtre JMLC, d'un filtre Linkwitz Riley à 12 dB/octave coupé à 630 Hz, avec les deux haut-parleurs branchés en opposition de phase.

 

Conclusion :

Le branchement des deux haut-parleurs en phase, avec recul de presque une demi-longueur d'onde :

• Apporte une ondulation de la courbe de réponse.
• À un délai de groupe moins bon : 234 mm au lieu de 174 mm.
• À un délai de phase meilleurs : 109 mm au lieu de 174 mm.
• Est peut-être un peu meilleur sur les signaux carrés, à discuter sur les forums.
• Et, cela ne se voit pas à la simulation, apportera un solide écho à la mesure, par réflexion du médium sur la partie grave.
   
• Les délais de phase et de groupe sont supérieurs à 0 mm dans le grave, alors qu'ils sont inférieurs à 0 mm avec un filtre "habituel".
  Y a-t-il un intérêt ? Je ne sais pas, à discuter sur les forums.

L'intérêt n'est pas évident, mais ce n'est pas une grosse connerie non plus.
Vous voulez l'utiliser ? Surtout, simulez le délai au préalable.
Il y a peut-être un intérêt pour un caisson de graves de type table basse placés plus en avant que les enceintes principales. Peut-être !!!
Enfin la solution est aussi possible avec un filtre à 18 dB/octave, pour l'instant je garde les simulations sous le coude.

 

Le point le plus important à retenir est que l'analyse d'un filtre ne doit pas se faire au milieu du train d'ondes, mais sur la première demi-sinusoïde.
La musique n'est faite que d'impulsions, c'est la première demi-sinusoïde qui s'en rapproche le plus.
L'exemple Audiotec, et sa F80, nous démontre simplement que le filtre à 12 dB n'est pas bon, que le branchement soit en phase ou en opposition de phase.
Certainement qu'avec une correction de la phase acoustique les conclusions seraient différentes.

 

Conclusion :

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 à 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.
Si la mesure vous indique un branchement, et si la théorie vous indique son contraire, croyez la mesure, personne ne vous le reprochera...

 

Dôme Acoustique