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

1 - TUTORIEL : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
#11
RE: Tutoriel : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
Speaker Workshop (suite: JBL 2404 filtré à 6 db)

Nous allons maintenant profiter des connaissances de bases acquises lors de la lecture des messages précédents pour réaliser une expérience amusante, qui va mettre en évidence les limites du « bricolage » en termes de filtrage.

Nous sommes nombreux à utiliser, ou à avoir utilisé, des tweeters JBL de la gamme 24XX. J’ai personnellement utilisé des 2405 et j’ai encore une paire de 2404.

Nous avons tous entendus, ou été conseillés de rajouter ces tweeters à un système deux voies pour rajouter un peu d’aigus, en les coupant simplement avec un condensateur en 6db. Nous allons voir, par l’exemple, à quoi ce genre de bricolage peut aboutir.

Tout d’abord, mesurant l’impédance des haut-parleurs, donnés pour 8 Ohms :

   

Aie ! il y a une vilaine bosse vers 4800 Hz.

Mesurons la courbe de réponse :

   

Le 2404 monte bien jusqu’à 16000 Hz, mais en pente descendante vers l’aigu et avec 8 db de plus à 4800 Hz, là où on a la bosse d’impédance.

Importons les fichiers FRD et ZMA dans SPW :

       

Et créons ce filtre 6 db conseillé par un copain. Pour l’exemple, je choisis une coupure à 9000 Hz, et je trouve, pour 8 Ohms, une valeur de 2,2 uF.

   

Regardons le résultat (voir message précédant pour les méthodes) :

   

Zut ! il n’y a pas de coupure ! Quasiment 10 db d’écart avec la cible à 4800 Hz, à cause de la bosse d’impédance. Le condensateur a seulement permis d'égaliser la courbe de réponse...

Autant dire que ça va ferrailler sérieusement. Au lieu de rajouter des aigus au-dessus de 9000 Hz, on a rajouté 10 db dans le haut medium.
Comment peut-on arranger ça ? Personnellement, je n’utiliserais pas un filtre de premier ordre pour ces tweeters… mais pour l’exemple, regardons ce qu’une correction d’impédance, telle que calculée par SPW, pourrait donner (il y a d’autres outils en lignes pour calculer les corrections d’impédance, peut-être plus performants, en rajoutant un RLC par exemple) :

   
   

Cela améliore les choses, mais on reste quand même nettement au-dessus de la cible.

En continuant à travailler avec SPW, on pourrait certainement se rapprocher encore plus, mais ce n’est pas le but de ce message, que je poste pour illustrer l’intérêt de la mesure et de la simulation, et pour faire passer un message : Attention aux solutions trop simples…
Cordialement,

Dominique T

http://unepassionaudiophile.fr/
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#12
RE: Tutoriel : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
La correction d’impédance

Nous avons vu dans les chapitres précédents que la courbe d’impédance des haut-parleurs chargés, notamment dans le cas des pavillons, est loin d’être une belle ligne horizontale.

On remarque normalement une remontée de l’impédance avec l’augmentation de la fréquence. On peut corriger cette remontée de l’impédance avec un circuit RC :

   

On remarque aussi, surtout avec les pavillons, une bosse près de la fréquence de résonance, qui peut être très gênante pour calculer le filtre si elle se situe près de la fréquence de coupure. On peut corriger cette bosse avec un circuit RLC.

Les puristes utiliseront les deux :

    (ici avec SPW).

Le calcul de ces correcteurs peut être réalisé avec Speaker Workshop. Le site de Dominique Petoin offre aussi des outils bien pratiques.

Personnellement, j’aime beaucoup la feuille de calcul Excel de Jef Bagby, qui peut faire beaucoup plus et même remplacer en partie Speaker Workshop.

La correction d’impédance est jugée indispensable par certains, inutile par d’autres.
Ce qui est important, c’est que la variation d’impédance ne vous empêche pas d’atteindre les valeurs cibles (pentes et niveaux) pour la coupure du filtre.
Cordialement,

Dominique T

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#13
RE: Tutoriel : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
Le réglage des niveaux

C’est l’avant dernier message. Ce sujet me semble très important (merci à Anaël d'avoir attiré mon attention sur ce point). Avant de commencer à affiner l’alignement des haut-parleurs, il faut :
  • Que chaque HP soit filtré conformément à la coupure cible.
  • Que chaque HP, mesuré séparément, soit ajusté en niveau par rapport aux autres.

Nous allons voir que le niveau intervient sur la qualité du raccordement, et donc, sur l’alignement.

En général, du moins sur les systèmes utilisant des chambres de compression en médium et aigu, le haut-parleur de basse a un rendement plus faible que le médium et l’aigu. C’est donc celui que nous prenons en référence.

Nous commençons avec la mesure fenêtrée (pour avoir une idée de la valeur moyenne du niveau) du HP de basse :

   

à partir de cette mesure, on peut définir les valeur cibles. Dans mon cas , je choisis 74 db pour le 515-8G (la valeur de 74 db n’est pas une valeur juste, car mon système n’est pas calibré), et 73,5 db pour le médium et l’aigu. J’ai un filtre du 3ème ordre JMLC, les valeurs sont : 549/722 et 2791/3670.

Je continue avec la mesure de l’aigu, et du médium.

   

Dans cette exemple, j’ai volontairement décalé le niveau du médium de 5 db (Arta scale). Que voit on ? Bien sûr, un manque de niveau du médium, mais surtout, que les fréquences de coupures théoriques ne sont pas respectées, avec à la clé, de nombreuses conséquences sur l’écoute.

Une fois le niveau du médium recalé, tout rentre dans l’ordre !

   

Il ne reste plus qu’à affiner l’alignement des HP.
Cordialement,

Dominique T

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#14
RE: Tutoriel : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
L’alignement des haut-parleurs (1/2)

C’est la dernière étape du réglage. je rappelle que toutes ces opérations peuvent être itératives et que des retouches sont souvent nécessaires.
Les pavillons posent un problème particulier avec le filtrage passif. Pour des raisons pratiques et esthétiques, on voit souvent la face avant du pavillon quasiment alignée sur la face avant de l’enceinte de grave. Les mesures comme l’écoute nous démontrent que c’est rarement une bonne solution…

Le filtre quasi optimal Le Cleach permet de compenser en partie cette contrainte en introduisant un décalage entre les haut-parleurs (voir le message 8 ci-dessus) et on voit des enceintes bass-reflex comme celles de René Cariou qui sont à la fois très bien alignées et dont l’esthétique est agréable. C’est évidemment beaucoup plus facile avec des enceintes de graves à pavillons, comme les VOT.

Avant d’aller plus loin sur ce sujet, je recommande la lecture d’une présentation faite en 2005 par Jean-Michel Le Cléach sur la distorsion de phase. Cette présentation est disponible sur le site Mélaudia. Je n‘ai pas réussi à obtenir de l’auteur l’autorisation de publier certaines des planches en rapport avec ce sujet, mais je crois que la lecture de ce document, même en ne s’attardant pas sur l’analyse des équations (pour les non scientifiques) est incontournable pour qui veut comprendre l’importance d’un bon filtrage.

Dans ARTA, 3 outils permettent d’ajuster l’alignement :

- La courbe de réponse (Vue FR)
- Le CSD
- La vue Step Response

Je vais traiter ici des deux premières méthodes, qui sont celles que j’utilise principalement. Je sais que Pascal (PVRX) préfère analyser le démarrage des impulsions avec la vue Step Response. Je l’invite, s’il le souhaite, à compléter ce tutorial avec une explication concernant l’utilisation de cette fonction.

L’alignement influence la courbe de réponse.

Nous allons reprendre avec la vue des 3 mesures faites séparément et les valeurs cibles.

   

La mesure globale devrait montrer une sommation des courbes. Dans l’exemple qui suit, je montre le résultat avec deux positions différentes du haut–parleur d’aigu.

Haut-parleur correctement aligné :

   

Le creux à 440 Hz n’est pas lié au filtrage, il est présent quand on mesure le grave non filtré, et probablement dû à une annulation de fréquence au point de mesure.

Dans l’ensemble, la courbe globale colle d’assez près à l’objectif.

Haut-parleur d'aigu avancé de 26 mm, pour mesurer l'effet du désalignement (courbe verte):

   

Je crois que le résultat parle de lui-même… là encore, ce genre d’optimisation ne peut pas se faire à l’écoute. Il faut mesurer…

Le réglage de l’alignement est un peu fastidieux car il faut procéder pas à pas.

Le raccordement grave médium est le plus critique et c’est celui qu’il faut soigner en priorité.

Nous allons maintenant découvrir comment obtenir un graphique CSD exploitable, mais il faudra faire plusieurs mesures pour comparer les CSD entre eux, et de temps en temps, regarder l’impact sur la courbe de réponse.

A partir d’une mesure globale, il faut d’abord fenêtrer.

Cliquez d’abord avec le bouton de droite sur le sommet de l’impulsion, puis faites glisser le curseur jaune vers la gauche en maintenant le bouton gauche de la souris appuyé jusqu’à obtenir une valeur supérieur à 5 ms (Dans l’exemple ci-dessous : « Gate : 5.079 ms »).

   

Vérifiez que dans le menu « View », vous avez cliqué sur « Gate Time » et faites glisser le curseur rouge vers la droite en maintenant le bouton droit de la souris enfoncé jusqu’à lire, en bas et à gauche de la fenêtre, une valeur d’environ 15 ms (une valeur trop faible écrête les basses fréquences).

   

Cliquez sur le bouton CS (en haut) ou allez dans le menu « analysis » et sélectionnez « Cumulative Spectrum ». Une fenêtre s’ouvre :

   

Entrez exactement les mêmes paramètres que dans l’exemple ci-dessus.

Cliquez sur « OK » et vous devriez obtenir ce CSD :

   

Je joins le fichier PIR pour que vous puissiez réaliser l’exercice.

Comment interpréter le CSD ?

Le CSD ne donne pas d’information exploitable dans les basses fréquences, par contre, il est très utile pour observer ce qui se passe dans les zones de coupures usuelles (400Hz et au-dessus).
L’échelle verticale représente le temps et l’échelle horizontale les fréquences. Les couleurs représentent l’intensité du niveau sonore. L’idéale serait d’obtenir un front continu (mais pas forcément horizontal) par zone de couleur.

En générale, on opère pas à pas, raccordement par raccordement. On peut commencer avec le médium, avec un pas de 5 cm, puis 2 cm et enfin, on peut descendre à 1 cm . Pour l’aigu, il faut travailler avec des pas plus fins (voir l’exemple ci-dessus et ce que peut donner 26 mm de décalage…).

La série que je publie ci-dessous correspond à la fin de l’opération, au moment où on affine, cm par cm.

   

Dans l’image « A », vous remarquerez un affaissement vers 1400 Hz. Au départ, il était beaucoup plus important :

   

Je l’ai réduit en reculant progressivement le haut-parleur de basse par rapport au medium.

Il y un réglage optimal au-delà duquel, quand on continue à reculer l’enceinte, le CSD se détériore où bien, la courbe de réponse se détériore. Il faut penser à toujours comparer CSD et courbe de réponse.
Dernier point, quand vous commencerez, votre CSD peut ressembler à ça :

   

Pas d’affolement, en suivant ce tutoriel et avec un peu de persévérance, vous devriez améliorer les choses !

Voilà, c’est terminé pour moi. J’espère ne pas avoir créé de confusion et avoir été suffisamment didactique. Si j’ai dit des bêtises, j’espère que les experts me corrigeront, en utilisant le fil de commentaires.

Alain (audiotechno) m’a proposé de publié ce tutoriel sur son site de manière à le pérenniser. Je pense que c’est une bonne idée car j’observe que le site de Mélaudia foisonne d’informations intéressantes, mais dont on perd la trace au fil du temps.

Je remercie Anaël et Eric, qui m'ont aidé, et j'attends vos commentaires et suggestions.


Pièces jointes
.zip   Exemple CSD.zip (Taille : 234,84 Ko / Téléchargements : 188)
Cordialement,

Dominique T

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#15
RE: 1 - TUTORIEL : Mesures pour optimiser la conception d'un filtre passif
l'alignement des haut-parleurs (2/2)

Les commentaires de Pascal (PVRX) et les échanges qui ont suivi avec Jimbee et JMLC m’ont amené à considérer de plus près la méthode recommandée par Pascal, qui consiste à aligner les HP en se servant d’une analyse de l’impulsion.

Pascal partait du postulat que le démarrage des impulsions des 3 HP devait se produire au même instant. La discussion a montré que c’est vrai pour un filtre classique, mais qu’il peut en être autrement pour un filtre Quasi Optimal.

J’ai donc repris la feuille de calcul de Jean Michel et pris en compte les valeurs de décalage :

+101 mm (avance du grave par rapport au medium) et – 19 mm (retard de l’aigu sur le medium).

   

Pour commencer, j’ai débranché l’aigu pour faciliter la lecture. Il faut zoomer sur l’impulsion au maximum et augmenter le gain (zoom et gain sont à droite de l’écran sur ARTA). J’ai affiné le décalage de ma VOT jusqu’à obtenir la valeur que l’on voit à l’écran (en bas à gauche) grâce au fenêtrage entre le démarrage du grave (à gauche) et le démarrage du medium (à droite). L’option « View/Gate Time » permet de lire la distance en mm.

Dans mon cas, l’identification du point de démarrage du medium est facilité du fait de l’inversion de la polarité, et du signal.

   

Notez que ce décalage d’environ 100 mm de l’impulsion ne correspond pas exactement au décalage physique des haut-parleurs. Essayer de régler le système (comme je l’ai fait au tout début), en se basant sur l’écart géométrique est une approximation.

Je joins le CSG correspondant (2 HP seulement, pas d’aigus).

   

Le réglage de l’aigu est un peu plus délicat, mais peut-être effectué avec la même méthode.

   

Je joins le CSG global et la courbe globale. Le trou en dessous de 500 Hz n’est pas lié au filtrage. On voit que le raccordement à 620 et à 3200 Hz se passent plutôt bien.

           

A l’écoute, c’est ce que j’ai obtenu de mieux jusqu’à présent, à la fois au niveau des timbres et de la dynamique. Très spectaculaire sur les percussions.

Cette dernière méthode me semble plus rapide et plus discriminante que la précédente.

Je remercie Pascal, Jimbee et JMLC pour leur contribution.

Edité le 10/11/2013: Ajout du fichier PIR pour ceux qui veulent pratiquer par l'exemple et de l'image montrant le délai de groupe.


Pièces jointes
.zip   131107-1700 globale droite.zip (Taille : 235,21 Ko / Téléchargements : 175)
Cordialement,

Dominique T

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