Donzac (82) mai à octobre 2021 - Les débuts du son avec la TSF et au cinéma

courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
#1
courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
On veut étudier sous ARTA une réponse impulsionelle du point de vue des courbes de phase et de retard de groupe.

A titre d'exemple on peut importer sur son ordinateur le fichier ci contre : "exemple_2Voies.txt"


.txt   exemple_2Voies.txt (Taille : 4,08 Ko / Téléchargements : 577)

puis on changera son extension actuelle .txt (format de fichier accepté pour des fichiers joints sur le forum Mélaudia) en .pir (format de fichier non accepté pour des fichiers joints sur le forum Mélaudia). [le logiciel gratuit ChangeExt est téléchargeable sur Internet à l'URL http://www.clubic.com/telecharger-fiche2...geext.html ]

La réponse impulsionelle étant ouverte dans ARTA, on place le curseur en avant de l'arrivée de l'impulsion (par un clic gauche) et on place le marqueur avant la première réflexion (par un clic droit).

   

En cliquant à droite dans "zoom", sur [Max] la partie de la réponse impulsionelle située entre le curseur et le marqueur est agrandie.

   

Estimation du préretard

La réponse impulsionelle ne démarre jamais par un pic maximum, mais une partie de la réponse impulsionelle se trouve en avant du pic principal, ce qui oblige à placer le curseur en avant de ce pic dans une zone où l'amplitude est nulle. On appelle "pré-retard" (dans ARTA "PreDelay") la durée entre la position du curseur sur l'axe des temps et la position du maximum du pic principal de la réponse impulsionelle.
Sans bouger le curseur (ligne jaune) on place, par un clic droit, le marqueur (ligne rouge) sur le sommet du pic principal. Si ce pic est fin cela signifie qu'il est constitué de composantes fréquentielles de haute fréquence.

On clique sur [get] et la valeur du pré-retard s'affiche.

   

On peut ensuite effacer le marqueur (en haut à droit "Marker" et clic sur [Del] ) et on déplaçe le pointeur de la souris pour le placer un peu en avant de la première réflexion. Ainsi, les calculs par FFT ne prendront pas la partie du signal à droite du marqueur. C'est important car l'interférence entre la première réflexion et l'impusion est une des grandes causes de perturbations des courbes de phase et de retard de groupe).

On clique alors sur l'icone [Fr] une nouvelle fenêtre s'ouvre. Au bas de celle ci on clique sur [M + P] et les courbes de réponse (magnitude) et de phase s'affichent.

   

Si le pré-retard a été bien estimé alors une partie de la courbe de phase est horizontale (elle est en général située dans les hautes fréquences). On peut peaufiner cette horizontalité d'une partie de la courbe de phase en refermant cette fenêtre et en retouchant directement la valeur du pré-retard ou "PreDelay (ms)" avant de réouvrir en cliquant sur l'icône [Fr] la fenêtre qui présente les courbes de réponse et de phase. (plusieurs itérations sont parfois nécessaires avant d'obtenir une courbe de phase avec une intéressante partie horizontale).

Si la partie horizontale de la courbe de phase fluctue autour de -180¨? (et de +180¨?), alors cela signifie que la polarité de la réponse impuslionelle est à inverser.
Pour cela on referme la fenêtre et dans la fenêtre principale d'ARTA on va dans le menu [Edit] et on clique sur [invert].

   

La réponse impulsionelle est maintenant inversée et lorsqu'on clique sur l'icône [Fr] la partie horizontale de la courbe de phase fluctue maintenant autour de 0¨? ce qui signifie qu'elle est de polarité correcte.

   

Dépliement de la phase.

La phase a été calculée à partir des parties imaginaires et réelles de la transformée de Fourier en utilisant une fonction trigonométrique arctangente sur 4 quadrants, qui renvoie toute valeur d'angle dans l'intervalle -180¨? à +180¨?, c'est la phase repliée. Dans la réalité la phase tourne d'autant plus rapidement quand la fréquence augmente que les composantes fréquentielles du signal sont plus fortement retardées.

Ainsi, si sur quelques pas de fréquence, comme sur l'exemple traité autour de 850Hz, les valeurs de la phase sont successivement -178¨?, -179¨?, -180¨? on peut prédire que les prochaines seront -181¨?, -182, -183¨? mais le repliement dans l'intervalle -180¨? à +180¨? fait que les valeurs calculées sont +179¨?, +178¨? ,+177¨?...

   

Si le repliement n'est pas trop généralisé, par exemple si il n'y a que quelques passages par -180¨? et +180¨? Arta peut retrouver les valeurs de la phase dépliée.
Pour cela afficher la courbe de phase seule en cliquant sur [Ph] et aller dans le menu [View] et cliquer sur "Unwrap phase".

   

La courbe de phase dépliée s'affiche alors (la recadrer en cliquant sur [Fit] à droite de la fenêtre).

   

Si la courbe de phase dépliée vous semble correcte (si elle est continue et ne présente pas trop de marches d'escalier) alors on peut calculer la courbe de retard de groupe et l'afficher en cliquant sur [Gd].

   

La courbe de retard de groupe s'affiche. Son cadrage par défaut rend souvent son examen difficile. Positionner le pointeur de la souris sur l'axe vertical à gauche de la fenêtre et par un clic droit faire apparaître la fenêtre "graph Setup" aller en haut à droite dans "Group delay (ms)" et entrer Gd Top = 3 et Gd Range = 6. La courbe de retard de groupe s'affiche alors plus correctement et on peut peaufiner l'échelle verticale et horizontale en agissant sur les flèches situées sur le bord droit de la fenêtre.

   

Dans l'exemple traité on constate que le grave est en avance d'environ 0,2 milliseconde sur le tweeter. Comme la vitesse du son est de 344m/s 1 milliseconde correspond à 344millimètres et 0,2 milliseconde correspond à 68,8 millimètres. Pour obtenir une courbe de retard de groupe plus contante mieux vaudra avancer le tweeter de 69 millimètres. (Le diagramme Constant Spectral Decay ou CSD dont nous parlerons plus tard permet aussi d'affiner le réglage dit d'alignement des haut-parleurs).

Jean-Michel Le Cléac'h
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#2
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
Bonjour Jean-Michel,

Concernant la mesure de la phase avec Arta, j'avais donné quelques indications sur le forum Audax :

Arta Phase

Ces commentaires ont été rassemblés en bas de cette page au chapitre 5.8.2 :

https://sites.google.com/site/francisaud...e-enceinte

Pour en discuter.

Amicales salutations.

Francis Brooke
Une installation « Hi-Fi », c’est généralement un système non calibré dans un local bruyant et inadapté et dont les défauts sont plaisants à son propriétaire.
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#3
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
francisbr a écrit :Concernant la mesure de la phase avec Arta, j'avais donné quelques indications sur le forum Audax :

Arta Phase

Bonjour Francis,

Merci pour le lien.

Dans un premier temps je préfère ne pas parler de la courbe de phase minimum qui ne dérive pas de la phase donnée par la FFT mais est obtenue par transformée de Hilbert de la réponse en magnitude ( = la "courbe de réponse" classique), se basant sur l'idée qu'un haut-parleur est un dispositif à phase minimum (ce qui implique que chaque variation vue sur la courbe de réponse a son équivalent sur la courbe de phase).

Je parlerai éventuellment plus tard de la courbe de phase minimum, bien que je pense personnellement qu'on puisse s'en passer totalement.

De plus il y a un gros danger à trop promouvoir son utilisation car étant tellement facile à obtenir (par rapport à une courbe de phase classique) les gens oublient facilement qu'il y a des situations (filtrage, intérférences entre HPs...) où il y a perte du caractère "minimum phase" .

Amicales salutations,

Jean-Michel Le Cléac'h
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#4
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
Bonjour Jean-Michel,

Merci pour ces instructions bien utiles pour la mesure de la phase et du group delay.
La manipulation cependant me conduit à remarquer que l'acuité de la courbe obtenue du group delay dans les fréquences basses est directement tributaire de la largeur de fenêtre retenue.
Sauf erreur de ma part, une fenêtre de 3 ms ne m'apparait pas conduire à des résultats exploitables.

crd
images :
A partir d'une impulsion résultant du bouclage direct sortie --> entrée deux courbes de group delay, avec ( 3,2ms ) et sans gate out.


Pièces jointes Image(s)
           
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#5
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
Citation :la courbe obtenue du group delay dans les fréquences basses est directement tributaire de la largeur de fenêtre retenue.

Et pour cause! 3ms correspond à un peu plus d'un mètre, or la longueur d'onde dans les basses fréquences dépasse le mètre!

Il faut regarder la ligne jaune qui apparait dans le bas de la page group delay (ou des autres pages), on la voit sur ton premier graph, tout ce qui est en dessous de 300hz n'est pas valable puisque les longueurs d'ondes sont plus grandes que la fenêtre elle même, et donc n'ont aucunes chances d'être mesurée Wink
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#6
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
"Et pour cause! 3ms correspond à un peu plus d'un mètre, or la longueur d'onde dans les basses fréquences dépasse le mètre!"

Oui, la ligne jaune... c'est précisément pourquoi je m'interroge sur la procédure décrite par Jean-Michel dans ce premier post:
A partir de quelle extrapolation le group delay est tracé par arta (au niveau de la ligne jaune) et ses limites de validité.


Pièces jointes Image(s)
   
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#7
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
jimbee a écrit :"Et pour cause! 3ms correspond à un peu plus d'un mètre, or la longueur d'onde dans les basses fréquences dépasse le mètre!"

Oui, la ligne jaune... c'est précisément pourquoi je m'interroge sur la procédure décrite par Jean-Michel dans ce premier post:
A partir de quelle extrapolation le group delay est tracé par arta (au niveau de la ligne jaune) et ses limites de validité.

Bonjour,

Il avait été décidé avec les responsables de Mélaudia que les mesures qui serviraient à illustrer les discussions du forum consacrées à la pratique de la mesure avec ARTA seraient basées sur les mesures effectuées lors du weekend Mélaudia au cours duquel une démonstration avait été faite de l'utilisation d'ARTA.
Je me suis astreint à cete exercice périllieux en sachant que les conditions de mesures dans la salle de gym de Rueil ne sont pas très bonnes et que donc je m'exposais inévitablement au risque de voir mes explications dénigrées par ceux qui assurent que seules les mesures faites avec du matériel professionnel et en chambre sourde avait une valeur,ƒ∂ Heureusement la mesure s'est beaucoup démocratisée parmi les amateurs et ses pratiquants, de plus en plus compétents. Je m'étonne donc qu'une de ses attaques viennent de Jimbee.

Mais je le remercie de son intervention qui va me permettre de relever quelques lieux communs et y apporter des corrections.

Jimbee nous dit que la largeur de la fenêtre appliquée au signal qui sert de référence à l'exemple servant à l'obtention de la courbe de retard de groupe est trop faible pour qu'une information pertinente de phase au basses fréquences soit utilisable pour en dériver une courbe de retard de groupe valable à basse fréquence. Il nous est dit aussi qu'il nous faudrait au minimum une largeur de fenêtre d'au moins une demi-période aux fréquences étudiées...

La fenêtre utilisée étant approximativement large de 3 millisecondes, je crois que ce que l'on veut dire par là est que l'information de retard de groupe au dessous de 300 Hz pour l'exemple traité, est sans valeur.

Il y a je pense deux mauvaises compréhensions. L'une qui concerne cette notion de largeur minimale d'une demi-période qui serait nécessaire, l'autre concernant l'influence du fenêtrage sur la phase. Je crois qu'il y a aussi une confusion entre réponse impulsionelle dont la longueur est courte (si on se limite par exemple au temps qui renferme 90% de la puissance du signal) et signaux permanents,ƒ∂

J'espère que cette histoire de demi période n'est pas en relation avec une mauvaise interprétation du théorème de Shannon. Celui-ci stipule en effet que pour reconstituer parfaitement un sinus de caractéristiques inconnues (fréquence, amplitude, phase) il faut que ce sinus soit au moins échantillonné avec (au moins) un point par demi période,ƒ∂

Notre problème est différent, la fréquence du sinus est donnée, on ne recherche pas son amplitude (ARTA souligne d'ailleurs d'un trait jaune la partie de l'axe des fréquences pour laquelle du fait de la largeur finie de la fenêtre on a une atténuation de la puissance apparente du signal en relation avec le rapport largeur de la fenêtre / période), ce qu'on veut connaître c'est sa phase aux différentes fréquences (basses) et en tirer la courbe de retard de groupe. Or, on peut très bien estimer la phase d'un signal basse fréquence échantillonné (aux fréquences d'échantillonage utilisées en audio) même si la largeur du signal étudiée est inférieure à une demi période (voir aussi la remarque amusante en fin de ce message). Il suffit de regarder les caractéristiques d'une (bonne) fenêtre (içi de 3ms), pour s'en assurer.

   

A titre d'exemple voici les courbes de réponse, de phase et de retard de groupe d'une fenêtre en cosinus érigé de 3ms. Comme on le voit cette fenêtre n'a pas de déphasage quelque soit la fréquence (la transformée de Fourier d'un cosinus érigé na pas de partie imaginaire) et donc même si du fait de sa faible largeur elle ne permettait pas d'estimer préciséement à chaque fréquence (basse) la puissance de la composante en sinus correspondante, la phase de ce sinus sera parfaitement estimée et par conséquent on pourra analyser la courbe de retard de groupe donnée par ARTA tant que l'affaiblissement dans la partie soulignée en jaune dans la courbe de réponse ne sera pas trop forte (jusqu'à -20dB par exemple).

Pour ceux qui sont en vacances au bord de l'océan et qui prèferaient expérimenter par la contemplation de la nature , ils pourront se convaincre que nul n'est besoin d'étudier la marée pendant plus de 12heures pour, étant sur la plage, ayant observé que la marée basse est aujourd'hui à 14H12, la prochaine marée haute dans la journée de demain sera à 15H07 (+ ou ,ƒÏ quelques minutes),ƒ∂

Cordiales salutations,

Jean-Michel Le Cléac'h

du bord de l'océan (marée montante)
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#8
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
Bonjour Jean-Michel,

Je ne veux pas trop abuser de votre temps de vacances et de la contemplation des marées Smile mais je suis en train de découvrir ces mesures avec Arta et je n'arrive pas à obtenir une courbe de retard de groupe qui soit horizontale pour le grave, avant l'oscillation au niveau de la fréquence de coupure. Du coup, le retard est difficile à lire. Ai-je fait une erreur quelque part ?

Cordialement,

Dominique-t (amateur...)
Cordialement,

Dominique T

http://unepassionaudiophile.fr/
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#9
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
Bonjour Dominique-Tanguy,

Je ne conseille pas d'utiliser la courbe de retard de groupe pour régler l'alignement entre un médium-aigu et un grave.

Pour ce réglage il vaut mieux utiliser le CSD (à condition qu'il descende dans les fréquences sufisamment basses ce qui n'est pas simple avc ARTA).

Mais une méthode qui semble plus facile à mettre en oeuvre pour régler l'alignement est d'appliquer un filtre FFT aux réponses impuslionelles des 2 HPs filtrés. Je vous renvoie à la description de la méthode donnée par Francis Brooke sur son site.

D'une manière assez générale il est difficile d'obtenir une courbe de retard de groupe plate pour un haut-parleur de grave filtré, à moins d'une égalisation en phase minimale assez importante (ou convolution avec réponse impulsionnelle inversée).

Je dois rappeler que l'exemple tarité içi vise unqiuement à l'obtention d'une courbe de phase et de ratrd de groupe, il ne concerne pas l'alignement visant à une meilleure réponse impulsionelle d'un système multivoies complet. C'est la méthode qui est importante aps l'exemple traité. Et je dois insister encore pour dire que peu importe la largeur de la fenêtre obtenue, le plus important est de bien palcer le marqueur (marker = ligne verticale de couleur rouge) un peu avant de la première réflexion. Sans cela la courbe de retard de groupe sera inutilisable.

Cordiales salutations,

Jean-Michel Le Cléac'h
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#10
RE: courbes de phase et de retard de groupe avec ARTA
Bonjour Jean-Michel,

Merci pour l'explication ! Je vais me remettre à l'ouvrage le week-end prochain en essayant d'appliquer la recette de Francis Brooke.

Bonne vacances !

Dominique-t
Cordialement,

Dominique T

http://unepassionaudiophile.fr/
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