26/10/2013-09:24:28
(Modification du message : 26/10/2013-09:29:36 par Dominique-Tanguy.)
RE: Tutoriel : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
Speaker Workshop Freeware disponible ici)
Nous sommes arrivés à une étape importante, et nous allons faire nos premiers pas avec Speaker Workshop (SPW). Le texte qui suit a été rédigé par Anaël (Nashorn), que je remercie pour sa contribution. J’ai inséré des captures d’écran pour illustrer et je joins les fichiers pris en exemple pour que vous puissiez évaluer le logiciel. J’ai apporté ici ou là des modifications mineures. J’espère que Anaël ne m’en voudra pas
N’oubliez pas, vos commentaires et questions sont bienvenus dans le fil prévu à cet effet !
-------------
Afin de pouvoir calculer un filtre qui convienne comme solution de filtrage, il faut d'abord vous être assuré que votre fréquence cible convienne parfaitement aux HPs que vous utilisez (voir la section filtre de EBA).
1°) Import de courbes d'impédance et de réponse fréquence fenêtrée (rappel message précédant)
Se caractérisant par un fichier .ZMA que vous pouvez exporter directement d'Arta et d'un fichier .FRD qui doit être dérivé de la manière suivante pour de bonnes perspectives de simulation:
- Sur l'impulse d'ARTA, estimez un pre-delay suffisant dument renseigné dans la fenêtre principale, avant de fenêtrer correctement (en général un chouia plus que votre distance de mesure); cliquez ensuite sur "FR", affichage MAG+PHASE, lissage au 1/6 octave suffisamment précis dans 90% des cas. Ensuite cliquez sur "Exporter" -> ASCII file -> « OK pour plain FRD format ».
Pour ce tutoriel, placez sur le bureau du PC les deux fichiers (ZMA et FRD) attachés.
Premier lancement de SPW :
Ne soyez pas surpris si vous avez ce message d’erreur (avec Windows 7). Cliquez sur OK. La fenêtre principale va s’ouvrir :
Le fenêtre est séparée en deux parties.
Dans SPW, faire "Ressource" -> "Importer" puis dans la fenêtre vous pourrez choisir votre ZMA (changer l'extension dans "type de fichier" pour avoir les bons paramètres à chaque fois pour les importations).
Une fois le ZMA et le FRD importés, ils apparaissent dans la colonne de gauche, double-cliquez sur chaque afin de vous assurer de la validité de leur affichage et qu'ils correspondent bien aux fichiers exportés de LIMP ou ARTA.
2°) Création du modèle de HP dans SPW
Nous allons maintenant créer le HP correspondant aux courbes relevées d'impédance et de Mag+phase;
Positionnez la souris au-dessus de SpkrWk1, au sommet de l’arborescence, clic droit puis, "Nouveau" puis "haut-parleur", nommez le dans la fenêtre puis « OK ».
Une nouvelle fenêtre va s'ouvrir avec le nom du HP choisi par vos soins.
En clic droit sur cette fenêtre, "Propriétés" puis sur le dernier onglet "Données", vous renseignez le chemin au fichier .ZMA pour l'impédance et .FRD pour la réponse en fréquence en cliquant sur le point d’interrogation, puis "OK" .
A ce stade je vous recommande de sauver votre travail, Fichier -> « Enregistrer sous » et utilisez un nom explicite pour votre fichier .swd propriétaire à Speaker Workshop.
3°) Création d'une cible de filtrage pour votre HP
Nous allons tout d'abord relier le modèle de HP à un générateur de tension de façon à établir certaines bases nécessaires pour la suite.
Pour ce, menu Ressource -> nouveau -> Filtre. Nommez votre objectif puis OK.
Une nouvelle fenêtre s'affiche, blanche, avec le générateur à gauche. On peut déplacer le générateur (votre ampli) avec la souris pour le ramener au milieu de la fenêtre. Clic droit sur cette fenêtre, puis "Ajouter" -> nouveau HP et là choisissez votre modèle précédemment créé puis OK. On peut aussi déplacer le HP.
Il faut ensuite relier votre HP au générateur avec la souris. Pour cela, cliquez avec le bouton gauche sur un connecteur du générateur, maintenez le bouton enfoncer et tirer le trait jusqu’à une borne du HP, puis relâchez.
Puis clic droit sur le schéma, "Propriétés" et là cochez "Impédance du filtre" de façon à avoir les 2 cases cochées (Réponse fréquence et impédance) puis « OK ».
A ce stade sauver encore une fois le travail n'est pas de trop
Ensuite, d'après la portion de réponse à peu près droite de votre HP, estimez l'amplitude en dB de votre passe-bande (bande non filtrée). Par exemple, votre HP de grave se maintient à peu près vers 100 dB relatifs, choisissez 97,5 environ (compensation effet baffle, etc.); c'est ce qu'il faudra renseigner dans l'étape suivante.
Menu "Filtre" puis Créer Objectif et là, choisissez vos paramètres :
- Ordre (6dB, 12, 18, 24) et « Passe-haut » et « passe-bas »: suivant désir,
Attention dans la version française les termes passe haut et passe bas sont inversés ...
- type (Butterworth, Bessel, Linkwitz ...)
- fréquence résonante : c'est la fc de votre filtre
- niveau de référence : soit d'après la courbe du HP (estimation auto de SPW) ou absolu, entrez "97,5" par exemple puis « OK ».
La colonne de gauche de SPW va alors s'enrichir d'un objectif nommé .Cible (ou goal si votre logiciel est paramétré pour l’anglais).
En double-cliquant dessus vous pourrez vérifier qu'il s'agit bien de ce que vous souhaitez, il suffit de déplacer le curseur sur le graphe pour lire l'indication de niveau, fréquence et phase.
4°) Insérer des composants sur le schéma du filtre :
Sur le filtre, clic droit puis « Insérer »... et insérez vos composants un à un, en les nommant et en leur attribuant les valeurs souhaitées.
Je conseille de partir de valeur "stock" théoriques pour votre filtre, calculé en ligne sur le web par exemple avec l'impédance à Fc souhaitée.
L’autre option consiste à utiliser l’utilitaire intégré : Clic droit au-dessus du schéma de filtre et insérer un filtre standard (Stock Crossover en anglais) :
Les propriétés de chaque composant peuvent être éditées (clic droit ou double clic au-dessus du composant). Attention pour les selfs, veuillez renseigner leur valeur au courant CC en ohm, c'est important pour la précision des simulations ...
Pour tourner un composant ou bouger les indications écrites, il suffit de double-cliquer dessus et ensuite de choisir le « layout » puis « OK ». Attention ne jamais utiliser la touche "Appliquer", c'est un bug récurrent de SPW ...
Il peut être délicat de relier les composants entre eux. Pour cela, utiliser le clic et la souris plus la touche "Majuscule" en même temps pour relier un composant à une liaison déjà effectuée précédemment.
Ensuite, vous pouvez lancer le calcul : clic droit sur le schéma et " Calculer la réponse" ... Normalement 2 nouvelles lignes vont apparaitre dans la colonne de gauche; la réponse en fréquence calculée (Passe haut 3670hz 18db.Iwata 600 - GPA 802-8G.Frequency) et la courbe d'impédance résultante (Passe haut 3670hz 18db.Impedance) ; Il est recommandé de jeter un œil dessus assez régulièrement !
Dans la fenêtre de la réponse FR calculée, vous pouvez faire un clic droit "Ajouter" puis choisir votre .cible) qui va se superposer à la réponse, permettant une comparaison directe.
A ce stade, il est permis d'être irrité que les valeurs théoriques ne donnent pas satisfaction par rapport à la cible ... c'est tout le sujet sur le filtrage analogique passif !!! 
Donc nous allons utiliser une autre fonction indispensable de SPW, l'optimisation (dans le cas présent, on voir surtout un écart de niveau entre la cible et la réponse du HP).
Cliquez à nouveau (fenêtre de gauche) sur le filtre pour ramener la fenêtre montrant le schéma en premier plan., puis menu « Filtre » -> Optimiser le filtre ...
Et : entrer vos paramètres désirés,
- Réponse fréquence début : à votre juste appréciation, par exemple pour couper un boomer à 700 en 24 dB Linkwitz, je placerais le début vers 350 ou 400 Hz et la fin haute vers 1k5 - 1k8 ...
- Nombre de points : 100, par défaut, 200 peut fonctionner mais être plus lourd
- Cible : Allez renseigner votre .cible précédement créé
- Composants à optimiser / varier : choisissez ceux désirés.
Vous pouvez en exclure certains que vous ne souhaiteriez pas bouger, par exemple les compensations d'impédance type Zobel, LPAD, ...
En appuyant sur « OK » et en regardant votre filtre, vous verrez que SPW essaye d'optimiser les valeurs des composants afin de coller à votre cible, ce que vous devez vérifier à chaque itération en clic droit "Calculer la réponse" ...
Et voici le résultat, avec de nouvelles valeurs de composants :
Si le résultat semble coller, n'oubliez pas de vérifier la courbe d'impédance résultante de votre réseau, rien ne sert a priori de le mettre en pratique si le résultat descend à 1 ohm à une certaine fréquence ... sauf amateurs avertis sachant ce qu’ils font Essayez alors plutôt de re-optimiser avec différents paramètres, pour obtenir un résultat voisin mais avec une impédance clémente. N'oubliez pas qu'autour de Fc, en passif mono amplification l'impédance du grave va se combiner avec celle de votre medium, occasionnant une valeur en générale encore inférieure in fine …
Une fois votre projet bien mûr, il sera alors moment de le mettre en pratique et de le mesurer une fois réalisé, afin de vous assurer qu'il colle bien acoustiquement à la cible que vous aviez choisie.
Un certain nombre d'itérations sera nécessaire avant de vous repérer dans SPW comme dans d'autres logiciels courants, mais ce simulateur est plutôt logique et l'apprentissage en est relativement simple une fois le fonctionnement bien assimilé !!!
Nous sommes arrivés à une étape importante, et nous allons faire nos premiers pas avec Speaker Workshop (SPW). Le texte qui suit a été rédigé par Anaël (Nashorn), que je remercie pour sa contribution. J’ai inséré des captures d’écran pour illustrer et je joins les fichiers pris en exemple pour que vous puissiez évaluer le logiciel. J’ai apporté ici ou là des modifications mineures. J’espère que Anaël ne m’en voudra pas
N’oubliez pas, vos commentaires et questions sont bienvenus dans le fil prévu à cet effet !
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Afin de pouvoir calculer un filtre qui convienne comme solution de filtrage, il faut d'abord vous être assuré que votre fréquence cible convienne parfaitement aux HPs que vous utilisez (voir la section filtre de EBA).
1°) Import de courbes d'impédance et de réponse fréquence fenêtrée (rappel message précédant)
Se caractérisant par un fichier .ZMA que vous pouvez exporter directement d'Arta et d'un fichier .FRD qui doit être dérivé de la manière suivante pour de bonnes perspectives de simulation:
- Sur l'impulse d'ARTA, estimez un pre-delay suffisant dument renseigné dans la fenêtre principale, avant de fenêtrer correctement (en général un chouia plus que votre distance de mesure); cliquez ensuite sur "FR", affichage MAG+PHASE, lissage au 1/6 octave suffisamment précis dans 90% des cas. Ensuite cliquez sur "Exporter" -> ASCII file -> « OK pour plain FRD format ».
Pour ce tutoriel, placez sur le bureau du PC les deux fichiers (ZMA et FRD) attachés.
Premier lancement de SPW :
Ne soyez pas surpris si vous avez ce message d’erreur (avec Windows 7). Cliquez sur OK. La fenêtre principale va s’ouvrir :
Le fenêtre est séparée en deux parties.
Dans SPW, faire "Ressource" -> "Importer" puis dans la fenêtre vous pourrez choisir votre ZMA (changer l'extension dans "type de fichier" pour avoir les bons paramètres à chaque fois pour les importations).
Une fois le ZMA et le FRD importés, ils apparaissent dans la colonne de gauche, double-cliquez sur chaque afin de vous assurer de la validité de leur affichage et qu'ils correspondent bien aux fichiers exportés de LIMP ou ARTA.
2°) Création du modèle de HP dans SPW
Nous allons maintenant créer le HP correspondant aux courbes relevées d'impédance et de Mag+phase;
Positionnez la souris au-dessus de SpkrWk1, au sommet de l’arborescence, clic droit puis, "Nouveau" puis "haut-parleur", nommez le dans la fenêtre puis « OK ».
Une nouvelle fenêtre va s'ouvrir avec le nom du HP choisi par vos soins.
En clic droit sur cette fenêtre, "Propriétés" puis sur le dernier onglet "Données", vous renseignez le chemin au fichier .ZMA pour l'impédance et .FRD pour la réponse en fréquence en cliquant sur le point d’interrogation, puis "OK" .
A ce stade je vous recommande de sauver votre travail, Fichier -> « Enregistrer sous » et utilisez un nom explicite pour votre fichier .swd propriétaire à Speaker Workshop.
3°) Création d'une cible de filtrage pour votre HP
Nous allons tout d'abord relier le modèle de HP à un générateur de tension de façon à établir certaines bases nécessaires pour la suite.
Pour ce, menu Ressource -> nouveau -> Filtre. Nommez votre objectif puis OK.
Une nouvelle fenêtre s'affiche, blanche, avec le générateur à gauche. On peut déplacer le générateur (votre ampli) avec la souris pour le ramener au milieu de la fenêtre. Clic droit sur cette fenêtre, puis "Ajouter" -> nouveau HP et là choisissez votre modèle précédemment créé puis OK. On peut aussi déplacer le HP.
Il faut ensuite relier votre HP au générateur avec la souris. Pour cela, cliquez avec le bouton gauche sur un connecteur du générateur, maintenez le bouton enfoncer et tirer le trait jusqu’à une borne du HP, puis relâchez.
Puis clic droit sur le schéma, "Propriétés" et là cochez "Impédance du filtre" de façon à avoir les 2 cases cochées (Réponse fréquence et impédance) puis « OK ».
A ce stade sauver encore une fois le travail n'est pas de trop
Ensuite, d'après la portion de réponse à peu près droite de votre HP, estimez l'amplitude en dB de votre passe-bande (bande non filtrée). Par exemple, votre HP de grave se maintient à peu près vers 100 dB relatifs, choisissez 97,5 environ (compensation effet baffle, etc.); c'est ce qu'il faudra renseigner dans l'étape suivante.
Menu "Filtre" puis Créer Objectif et là, choisissez vos paramètres :
- Ordre (6dB, 12, 18, 24) et « Passe-haut » et « passe-bas »: suivant désir,
Attention dans la version française les termes passe haut et passe bas sont inversés ...
- type (Butterworth, Bessel, Linkwitz ...)
- fréquence résonante : c'est la fc de votre filtre
- niveau de référence : soit d'après la courbe du HP (estimation auto de SPW) ou absolu, entrez "97,5" par exemple puis « OK ».
La colonne de gauche de SPW va alors s'enrichir d'un objectif nommé .Cible (ou goal si votre logiciel est paramétré pour l’anglais).
En double-cliquant dessus vous pourrez vérifier qu'il s'agit bien de ce que vous souhaitez, il suffit de déplacer le curseur sur le graphe pour lire l'indication de niveau, fréquence et phase.
4°) Insérer des composants sur le schéma du filtre :
Sur le filtre, clic droit puis « Insérer »... et insérez vos composants un à un, en les nommant et en leur attribuant les valeurs souhaitées.
Je conseille de partir de valeur "stock" théoriques pour votre filtre, calculé en ligne sur le web par exemple avec l'impédance à Fc souhaitée.
L’autre option consiste à utiliser l’utilitaire intégré : Clic droit au-dessus du schéma de filtre et insérer un filtre standard (Stock Crossover en anglais) :
Les propriétés de chaque composant peuvent être éditées (clic droit ou double clic au-dessus du composant). Attention pour les selfs, veuillez renseigner leur valeur au courant CC en ohm, c'est important pour la précision des simulations ...
Pour tourner un composant ou bouger les indications écrites, il suffit de double-cliquer dessus et ensuite de choisir le « layout » puis « OK ». Attention ne jamais utiliser la touche "Appliquer", c'est un bug récurrent de SPW ...
Il peut être délicat de relier les composants entre eux. Pour cela, utiliser le clic et la souris plus la touche "Majuscule" en même temps pour relier un composant à une liaison déjà effectuée précédemment.
Ensuite, vous pouvez lancer le calcul : clic droit sur le schéma et " Calculer la réponse" ... Normalement 2 nouvelles lignes vont apparaitre dans la colonne de gauche; la réponse en fréquence calculée (Passe haut 3670hz 18db.Iwata 600 - GPA 802-8G.Frequency) et la courbe d'impédance résultante (Passe haut 3670hz 18db.Impedance) ; Il est recommandé de jeter un œil dessus assez régulièrement !
Dans la fenêtre de la réponse FR calculée, vous pouvez faire un clic droit "Ajouter" puis choisir votre .cible) qui va se superposer à la réponse, permettant une comparaison directe.
A ce stade, il est permis d'être irrité que les valeurs théoriques ne donnent pas satisfaction par rapport à la cible
... c'est tout le sujet sur le filtrage analogique passif !!! Donc nous allons utiliser une autre fonction indispensable de SPW, l'optimisation (dans le cas présent, on voir surtout un écart de niveau entre la cible et la réponse du HP).Cliquez à nouveau (fenêtre de gauche) sur le filtre pour ramener la fenêtre montrant le schéma en premier plan., puis menu « Filtre » -> Optimiser le filtre ...
Et : entrer vos paramètres désirés,
- Réponse fréquence début : à votre juste appréciation, par exemple pour couper un boomer à 700 en 24 dB Linkwitz, je placerais le début vers 350 ou 400 Hz et la fin haute vers 1k5 - 1k8 ...
- Nombre de points : 100, par défaut, 200 peut fonctionner mais être plus lourd
- Cible : Allez renseigner votre .cible précédement créé
- Composants à optimiser / varier : choisissez ceux désirés.
Vous pouvez en exclure certains que vous ne souhaiteriez pas bouger, par exemple les compensations d'impédance type Zobel, LPAD, ...
En appuyant sur « OK » et en regardant votre filtre, vous verrez que SPW essaye d'optimiser les valeurs des composants afin de coller à votre cible, ce que vous devez vérifier à chaque itération en clic droit "Calculer la réponse" ...
Et voici le résultat, avec de nouvelles valeurs de composants :
Si le résultat semble coller, n'oubliez pas de vérifier la courbe d'impédance résultante de votre réseau, rien ne sert a priori de le mettre en pratique si le résultat descend à 1 ohm à une certaine fréquence ... sauf amateurs avertis sachant ce qu’ils font
Essayez alors plutôt de re-optimiser avec différents paramètres, pour obtenir un résultat voisin mais avec une impédance clémente. N'oubliez pas qu'autour de Fc, en passif mono amplification l'impédance du grave va se combiner avec celle de votre medium, occasionnant une valeur en générale encore inférieure in fine …Une fois votre projet bien mûr, il sera alors moment de le mettre en pratique et de le mesurer une fois réalisé, afin de vous assurer qu'il colle bien acoustiquement à la cible que vous aviez choisie.
Un certain nombre d'itérations sera nécessaire avant de vous repérer dans SPW comme dans d'autres logiciels courants, mais ce simulateur est plutôt logique et l'apprentissage en est relativement simple une fois le fonctionnement bien assimilé
!!!