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Méthode de mise au point rapide par filtrage actif IIR

La démocratisation des filtres actifs fait que de plus en plus de gens s’équipent. Le filtrage actif permet une plus grande souplesse de réglages ainsi qu’une plus grande précisions mais il ne nous affranchit pas d’une mise au point rigoureuse. Ce tutoriel de mise au point vise à vous permettre de sortir un son rapidement de vos nouvelles enceintes ou de votre nouveau filtre. Ce ne sera pas forcément le meilleur filtre pour vos enceintes mais c’est un point de départ !

Prérequis

Avant d’utiliser ce petit tutoriel il est nécessaire de maîtriser certaines bases et de posséder le matériel adéquat.

  • Un PC : si vous lisez cet article c’est que vous en possédez un a priori.
  • Matériel de mesure : j’ai déjà rédigé un article dédié que je vous invite à (re)parcourir si besoin La mesure : première approche
  • Logiciels : dans cet article j’utiliserai les logiciels ARTA et LspCad6 mais si vous maîtrisez d’autres logiciels ce n’est pas un problème. Vous pourrez trouver les liens vers ces logiciels dans la logithèque JustDiyIt . J’ai également rédigé des articles pour apprendre à utiliser ARTA et Lspcad6. J’aurai également pu utiliser REW qui propose même une option qui pourrait vous faire gagner du temps sur l’égalisation mais je n’ai pas encore rédigé d’article à ce sujet si vous ne maîtrisez pas ce logiciel.
  • Un filtre actif et les électroniques associées nécessaires (amplis…)
  • Et bien sûr : les enceintes à mettre au point !

Si vous êtes complètement débutant cela risque d’être moins rapide que ce que promet le titre. Ne vous inquiétez pas si tout ne marche pas tout de suite et ne passez à la suite de l’article que si vous maîtrisez à peu près le reste.

Les enceintes

Le but de cet article n’est pas de vous donner des conseils sur le choix des haut-parleurs, de leur charge, etc. Vous trouverez des informations utiles dans les diverses catégories de ce site ou ailleurs sur le net.

Nous partirons donc d’un cas d’enceintes données, déjà montées et qui n’attendent que leur filtre. Ce sera des enceintes deux voies équipées d’un haut-parleur de 8 pouces Peerless HDS205 Exclusive et d’un tweeter Morel ET338-110. Ce sont les enceintes que j’ai à régler actuellement mais peu importe la référence des haut-parleurs ou presque. Le principe reste le même.

Le filtre actif utilisé sera un Behringer DCX2496. Donc un filtre IIR classique très connu et répandu.

Je considère également pour cet article que vous connaissez vos haut-parleurs et que vous avez une idée de leur capacité en terme de bande passante. Le projet doit effectivement être bien né et le choix des haut-parleurs doit être judicieux pour que l’enceinte fonctionne. A ce titre mes enceintes exemples n’en sont pas un très bon (d’exemple) mais on fera avec !

Etape 1 : La mesure des haut-parleurs

NB : Comme déjà expliqué plus haut nous ne partirons pas ici dans la considérations d’analyse propre des haut-parleurs comme on peut le faire dans la catégorie Test JustDiyIt. Si les haut-parleurs utilisés n’ont pas déjà été mesurés par vous ou ailleurs et que vous ne connaissez pas leurs capacités c’est le moment de le faire pour choisir au mieux les zones de coupures possibles.

L’enceinte exemple est de conception classique avec les deux haut-parleurs sur un même baffle droit. Cela signifie que les centres émissifs des haut-parleurs ne sont pas alignés. Il est donc important de connaitre la distance entres ces centres émissifs.

Pour faire cette mesure je vous invite à lire cet article : Mesure des centres émissifs par impulsion

J’ai placé mon micro à 80cm du baffle à mi hauteur entre le tweeter et le woofer, correspondant à peu près à la hauteur d’écoute. Bien sûr l’enceinte est dégagée de tout obstacle autour.

Si je compare l’écart entre mes deux pics d’impulsion je vois que le woofer est en retard de 0,166ms et ce retard correspond à un décalage de 57mm. C’est la valeur que j’entrerai dans logiciel de simulation pour qu’il tienne compte du retard du woofer par rapport au tweeter.

Vous pouvez faire cette mesure en plaçant votre micro au point d’écoute. La réponse en fréquence des haut-parleurs non filtrées ainsi obtenue ne sera pas forcément utilisée ensuite pour régler le filtre mais l’écart mesuré entre les pics d’impulsions sera représentative du décalage au point d’écoute et cette information peut être utile.

Astuce : Si ce décalage est proche de ce que vous mesurez à 80cm ou 1m il y a encore plus simple. Vous calez votre curseur pour le haut-parleur le plus en avance. Ici c’est le tweeter qui est en avance mais selon la configuration il peut en être autrement. Vous commencez donc à régler votre predelay (cf tuto ARTA) et vous ne le déplacez PAS par pour la mesure du woofer. Ainsi la courbe de phase mesurée du woofer intégrera directement le retard du haut-parleur. Il n’y aura alors pas besoin de renseigner le décalage des centres émissifs dans le logiciel de simulation ! C’est possible également sur REW : pour obtenir la phase réelle mesurée il faut « shifter » l’impulsion à zero. Faites le pour le tweeter (ie le haut-parleur le plus avance), et il faudra « shifter » le woofer manuellement de la même valeur que le tweeter. Là aussi le retard sera inclut directement dans votre mesure. Vous êtes embrouillés ? Alors oubliez cette astuce et revenez-y plus tard quand vous aurez pris plus d’assurance avec ces mesures.

Dans cet article j’ai choisis de ne pas utiliser cette astuce et de faire les mesures de phases « normalement » , ainsi j’indiquerai le retard dans le logiciel.

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Remarque importante : la mesure des haut-parleurs doit être une mesure fenêtrée, tant que possible, si on veut une courbe de phase mesurée qui veut dire quelque chose. En effet si la mesure n’est pas fenêtrée ou mal fenêtrée votre courbe de phase risque d’être inexploitable car polluée par les réflexions de la pièce. C’est pour cette raison (entre autres) que je travaille avec cette technique de mesure qui a d’autres défauts. Si pour une raison ou une autre il n’est pas possible de faire une mesure fenêtrée correcte alors utilisez la phase minimale qui fera probablement une meilleure approximation (pour les haut-parleurs non filtrés).

L’autre solution quand il n’est pas possible de fenêtrer serait d’utiliser des mesures différentes pour le réglage de l’égalisation et pente de filtres de celles pour aligner les haut-parleurs en phase. On utilise alors une mesure au point d’écoute pour la réponse en fréquence et une mesure en champ proche pour les courbes de phase. Ça tient du bricolage mais ça peut rendre service.

Conclusion : Cette étape de mesures est très importante, c’est la qualité de ces mesures qui va conditionner la qualité de votre travail à venir. Le reste est presque un jeu d’enfant !

Deuxième étape : L’égalisation des haut-parleurs

Nous allons commencer par réaliser une égalisation des haut-parleurs sans filtre et pris séparément.

Il y a des principes de base pour cette égalisation :

  • Si possible aucune égalisation positive, on ne rajoute pas on enlève, sauf exception (il y en a toujours).
  • Ne pas corriger les coupures naturelles en fin de bande des haut-parleurs : il est illusoire d’obliger un tweeter à descendre plus bas ou un woofer à monter plus haut.
  • C’est le moment d’aligner le niveau des haut-parleurs entre eux. Il faut aligner le niveau final sur le niveau dans le grave du haut-parleur qui va faire cette bande. On commence donc par lui en général.

Voici ce qu’on peut obtenir facilement

Avant égalisation

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Puis après

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Toutes les EQ que j’ai réalisées dans cette exemple ne sont pas forcément nécessaires et discutables mais il serait trop long de détailler pourquoi et c’est directement dépendant des haut-parleurs eux-mêmes.

Bref, cette égalisation va faciliter le travail pour l’étape suivante. En effet si vous partez d’un haut-parleur avec une courbe à peu près plate la courbe de celui ci suivra plus facilement la fonction de transfert prévue par les filtres.

Troisième étape : Le filtrage

Afin de gagner du temps j’utilise la fonction Optimizer de Lspcad mais en mode manuel. Il me permet de créer une courbe cible.

Pour cet exemple je vais essayer de faire un filtre de Type Linkwitz-Riley du 4eme ordre donc 24db/o (LR4 ou LR24).

Ce type de filtre est pratique quand on veut faire rapide car la fréquence de coupure indiquée est la fréquence à -6db qui est le point du raccord. On a donc des fréquences de coupure identiques de chaque côté. Les filtres Butterworth par exemple sont donnés à -3db il faut donc faire un petit calcul pour décaler les fréquences. Si les haut-parleurs s’y prêtent je vous invite également à essayer les filtres LR12, il faut simplement se souvenir que contrairement aux LR24 et LR48 il est souvent nécessaire d’inverser la polarité d’un des haut-parleurs.

Note : on cherche une courbe cible acoustique correspondant à un LR24. Pour l’obtenir il ne faut pas forcément entrer un LR24 dans votre filtre actif. Ce serait vrai sur des haut-parleurs parfaitement linéaires. L’égalisation précédente nous en approche mais souvenez vous, on ne corrige pas les extrémités et la pente naturelle des haut-parleurs vient s’ajouter à celle de votre filtre. Il faut peut être parfois entrer une fréquence différente, un type de filtre différent ou encore un ordre plus faible pour obtenir la pente acoustique souhaitée ! Il faut en effet distinguer fonction de transfert du filtre et celles des haut-parleurs. 

J’attire votre attention sur un point. Les courbes cibles donnent un résultat théorique parfaitement plat. Les haut-parleurs même égalisés n’ont pas forcément une linéarité parfaite. On s’approche donc de ces courbes mais avec de légères variations. Si vous ne pouvez pas facilement coller parfaitement soyez plutôt légèrement en dessous de la courbe plutôt qu’au dessus, surtout dans la zone de raccord sous peine d’avoir une petite bosse à ce raccord.

Dans mon exemple je souhaite une coupure à 1710Hz en LR24.

Cas du woofer, l’application d’un LR24 à 1710Hz colle parfaitement à la cible

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Dans le cas du tweeter, l’application d’un LR24 à 1710Hz ne donne pas tout à fait le résultat escompté en bas de bande passante.

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En effet la pente réelle semble plus importante que prévue. D’où l’intérêt d’utiliser des courbes cibles pour s’en rendre compte.

L’explication vient de la pente de coupure naturelle du tweeter que je n’ai pas compensée et qui intervient proche de la fréquence de coupure choisie.

Nous avons là deux options : soit on retouche l’égalisation pour faire coller, ici il faudrait booster autour de 1000Hz. Ou on essai un ordre de filtrage moins élevé. J’ai choisi cette dernière option et un BUT12 à 2300 me convient très bien

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Quatrième étape : Alignement des phases

A ce stade on peut voir que la somme des courbes de réponse ne correspond pas forcément à ce qu’on en attendait. C’est parce que les haut-parleurs ne sont pas forcément en phase à la coupure.

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Certes un LR24 devrait permettre d’obtenir une coupure en phase mais n’oublions pas que les haut-parleurs n’ont pas des phases à zero sur toute leur bande et qu’ils ne sont pas alignés géométriquement.

On  passe alors dans l’onglet phase du logiciel. On va chercher à ce que les courbes de phases se superposent au maximum dans la zone de recouvrement des haut-parleurs.

Au départ on a ceci après égalisation et filtrage

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Plus le haut-parleur est en retard plus on va avoir de rotations de phase qui vont se rapprocher les unes des autres en se décalant vers la gauche du graphique. Le phénomène sera d’autant plus marqué avec nos filtres IIR que l’ordre du filtre sera élevé.

Ici il y a une rotation de phase liée au filtre LR24 mais on remarque que le woofer est en retard. C’est du au fait qu’on lui ait appliqué un décalage de 57mm (0,166ms) par rapport au tweeter.

Comme on ne peut pas, dans le logiciel appliquer une avance on va donc appliquer un retard au tweeter pour qu’il s’aligne sur le grave. A ce stade on va ajuster grâce aux « delay ».

Essayons déjà en compensant le recul des centres émissifs qu’on a entré tout à l’heure, soit 0,17ms

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Bingo ! Ca colle du premier coup. Les courbes de phase se superposent entre elles, les haut-parleurs sont donc calés. Ca ne tombe pas toujours juste comme ça et il faut parfois affiner la valeur qui ne correspond pas toujours au recul des centres émissifs. En effet si on utilise des haut-parleurs qui, non filtrés, ont déjà une phase qui dévie trop de zero, cette courbe sera d’autant plus déviée une fois filtrée et ça ne tombera pas juste lors du réglage des « delay ».

Le fait que les courbes de phase se suivent bien et se superposent entre elles, notamment autour de la fréquence de coupure, s’appelle le « phase tracking ».

C’est à mon avis quelque chose d’important dans la mise au point. C’est ce qui va faire que vos haut-parleurs vont parfaitement fusionner lorsqu’ils joueront des fréquences communes et le son sera d’autant plus précis, articulé, fluide, ou tout autre qualificatif subjectif de sensation d’écoute. C’est là que le logiciel de simulation prend tout son intérêt. Il est facile de tâtonner sans simulation et à l’aide de nos logiciels de mesure pour faire les étapes précédentes. Mais celle-ci c’est plus compliqué et pourtant c’est un point important qui fait la différence à l’écoute.

Voyons notre courbe de réponse :

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Voyez la différence de courbe totale, juste en réglant la mise en phase, sans toucher aux courbes de réponse.

Pour vérifier que les haut-parleurs sont en phase certains utilisent la méthode du « reverse », c’est à dire qu’on inverse la polarité d’un des haut-parleurs. S’ils étaient parfaitement en phase au départ, lorsqu’on inverse on décale de 180°c et il doit y avoir annulation parfaite à la fréquence de coupure.

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Ici l’annulation n’est pas parfaite mais excellente. En effet si on regarde bien nos courbes de phase, elles se suivent bien mais il y a un léger écart entre elles à la coupure.

A l’inverse il est possible d’obtenir une annulation parfaite, c’est à dire un « reverse » très pointu et profond, et malgré tout avoir un « phase tracking » plus médiocre. C’est à dire que les courbes de phases pourraient se superposer à 1700Hz mais être très décalées à 1300Hz et 2000Hz.

Je privilégie donc un bon « phase tracking » à un bon « reverse » mais on peut tout à fait avoir les deux.

Pour info il est compliqué de mesurer le « reverse » et ne pensez même pas le visualiser sur une mesure non fenêtrée, les réflexions de la pièce vont trop le perturber pour le voir de manière efficace.

Cinquième étape : On affine

Le plus gros est fait. On vérifie la linéarité de la courbe de réponse en fréquence et si besoin on fait quelques ajustement. Si le travail est bien fait en amont il n’y a quasiment rien à faire.

Il peut être intéressant parfois de vérifier le bien fondé de certaines EQ. En effet il est parfois possible d’en supprimer car le filtre gomme toute différence. Si on est un utilisateur averti on peut d’ailleurs jouer sur certains paramètres de filtres qui vont rendre inutiles certaines EQ, voir les delais ! C’est ce qu’on fait avec un filtre passif dans la mesure du possible, on utilise des moyens détournés pour arriver à nos fins. Par exemple une grosse self série fait parfois office à la fois de filtre mais également remplacer une fonction de shelving (égalisation en plateau) pour compenser l’effet de baffle, ou en jouant avec la valeur des composants parallèle pour modifier le facteur Q du filtre.

A cette étape il peut être utile de configurer le filtre actif avec les valeurs issues de la simulation, puis de vérifier à la mesure s’il n’y a pas d’erreur.

Il est maintenant temps de charger votre musique préférée et de recueillir vos premières impressions d’écoute.

Sixième étape : La correction

Il y a différents aspects dans la correction.

  • Suite à vos écoutes vous allez peut être vouloir un peu plus d’aigu, un peu plus de grave, moins de medium etc. Il suffira affiner vos égalisation pour coller à vos goûts et impressions.
  • Vous avez aussi peut être préjugés des capacités de vos haut- parleurs en les coupant dans des zones où ils ne sont pas à l’aise, il faudra peut être modifier vos coupures
  • Il peut être intéressant de faire une(des) mesure(s) au point d’écoute pour corriger l’équilibre tonal en fonction de votre pièce. Avec toutes les limites que ce genre de traitement comporte

Les limites

C’est une méthode rapide, qui essaye d’être la plus universelle mais c’est très compliqué de l’être. Ca ne donnera pas forcément les meilleurs résultats possibles et la sixième étape peut être très longue. Certains n’en sortent même jamais !

La simulation me parait importante pour faire un travail soigné et facile. Néanmoins il y a des soucis avec lspcad :

C’est payant et limité à 2 voies en version démo. Il faudra jongler deux par deux si on veut faire 3 voies ou plus.

Les conventions d’eq et de filtres peuvent différer d’un filtre actif à l’autre. Par exemple il intègre certes un module DCX mais ils ne collent pas parfaitement ensemble.

Il est nécessaire à mon avis de faire une mesure en boucle fermée de votre filtre actif pour vérifier la concordance avec le logiciel de simulation. C’est ce que j’ai fait pour le DCX sur le forum HCFR.

A l’heure actuelle certains fabricant commencent à intégrer la fonction de visualisation/simulation en direct sur courbes mesurées qui permettrait de se passer de lspcad et d’être sûr de la concordance avec ce qu’on fait. Le plus abouti que j’ai pu croiser mais encore imparfait est le logiciel du kit Najda. Le logiciel Hypex est pas mal aussi  mais il manque un onglet essentiel : les phases ! La plupart se contentent d’afficher les fonctions de transfert théoriques des filtres a priori mais je suis sûr que ça va évoluer.

L’autre limite de cette méthode tient au fait qu’on travaille sur des filtre IIR qui contrairement aux filtres FIR impliquent des rotations de phase. On peut limiter ce phénomène avec un PC comme source et corriger la phase via le logiciel REphase. Ce logiciel permettra aussi de simuler des filtres FIR, mais le principe reste proche !

Cédric B. (Kro)

J’ai mis le doigt dans l’engrenage lorsque j’étais étudiant en achetant mon premier matériel hifi-homecinema. Mon budget restreint, mes diverses rencontres dans la région lyonnaise, et surtout ma cursiosité m’ont rapidement poussé à chercher « comment ça marche » et à mettre les mains dans la soudure. Mon métier est vétérinaire et ma formation a peu de chose à voir avec l’audio. J’ai longtemps été animateur puis modérateur sur le forum du site www.homecinema-fr.com et c’est en grande partie grâce à internet que j’ai pu progresser et apprendre dans le domaine de l’audio. Si j’ai souhaité créer justdiyit c’est pour transmettre à mon tour, et à mon niveau, tout ce que la communauté DIY a pu m’apprendre et continue à le faire chaque jour. Alors quand Guillaume m’a proposé de s’occuper du support je n’ai pas hésité !

5 réflexions sur “Méthode de mise au point rapide par filtrage actif IIR

  • Xavier

    Merci pour ces infos. Ca va être très utile, je sais enfin comment effectuer le « phase tracking »; cependant est-il nécessaire après d’optimiser la directivité et comment procède-t-on ?

    Répondre
    • L’optimisation de la directivité va se faire dans le choix des haut-parleurs et de leurs caractéristiques dans ce domaine, du choix des fréquences et pentes de coupure, et de la position des haut-parleurs entre eux. J’aurai tendance à penser que le gros du travail sera fait si on a bien fait ses choix en amont, avant la phase de mise au point.

      Répondre
  • Laurent.G (Nexus.6 sur HCFR)

    Super Infos Cedric. Sans simu, en utilisant REW, il doit etre possible de mesurer les phases des HP un par un et de faire un travail pas trop éloigné bien qu’un peu plus fastidieux non? Je vais tenter une approche de ce genre pour passer en actif mes Triangle Lyrr…

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    • Oui il doit être possible d’approcher le travail avec REW même si probablement plus fastidieux comme tu le dis. En FIR ce serait même encore plus simple avec rePhase si tu linéarises les phases.
      Si tu veux te lancer dans l’aventure simu je te conseille d’essayer de prendre en main Vituixcad.

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  • Alex

    Bonjour moi j ai un modèle je comprends pa

    Répondre

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