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Calcul filtre

Le <a href="http://www.elektor.fr/bienentendu" target=_blank><U>livre</U></a> de Francis Ibre

Postby romain b » Wed May 30, 2007 12:00 am

Bonjour à tous,

Je post pour la première fois sur ce forum. Félicitations à Francis Ibre pour son livre passionnant.
Jusquà présent, j'ai fait la mise au point de mes filtres avec juste un logiciel de mesure qui s'appelle Fuzzmeasure2 (pour OS X) qui semble être assez proche de Clio en terme de fonctionnalités.
J'aimerais aller plus loin en récupérant mes fichiers de mesure (diff. formats d'export) dans un logiciel de calcul de filtre qui prenne en compte les courbes module et phase minimum de la réponse impulsionnelle et de l'impédance de chacun des HPs. Francis Brooke a fait une procédure à base d'excel et mapple mais ne la propose pas en ligne. Existe-t-il un logiciel pas trop compliqué ni trop cher qui prenne mes courbes de mesure et qui me sorte les courbes calculés des HP filtrés?
D'autre part, il semble qu'il y ait 2 chapelles : ceux qui linéarisent au max la courbe d'impédance au préalable (JMLC par exple) et ceux qui sont contre. Si c'est un logiciel qui me donne le filtre "idéal", je suppose qu'il prend en compte la réactivité des HPs et que cette linéarisation n'a plus lieu d'être, n'est-ce-pas?

Merci pour vos réponses très attendues car je suis bloqué à ce stade...
romain b
 
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Postby francis ibre » Wed May 30, 2007 12:00 am

Bonjour Romain,

merci de vos compliments, et bienvenue sur ce forum.

V. Dickason, dans son livre **Enceintes Acoustiques et HP**, montre la procédure (avec des exemples très détaillés) d'otimisation d'un filtre, à l'aide du logiciel LEAP. je vous conseille vivement sa lecture.
Les courbes de réponse des HP ont été relevées à 1m dans l'axe, avec le micro de mesure du système MLSSA, et les résultats sont ensuite transférés au logiciel LEAP-4, paragraphe 8-4-4 pages 208 à 214.
A la fin du livre, on trouve en appendice une liste de logiciels consacrés aux HP. Akabak et Speaker-Pro ont des fonctions d'optimisation de filtre.
Il en existe d'autres plus récents, mais je ne suis pas assez bien informé sur ce point.

V. Dickason montre ensuite les résultats obtenus avec un filtre calculé classiquement : on constate que l'objectif d'une réponse type Butterworth (dans l'exemple choisi) est loin d'être atteint !
S'en suit une phase d'otimisation des cellules de filtrage, qui amène les réponses de chaque HP très près de l'objectif.

Problèmes posés :
- comment choisir l'objectif à atteindre ? faut-il une coupure d'ordre 2 ? ou 3 ? pourquoi pas 4 ??? Seule l'expérience et la bonne connaissance des HP choisis permet de décider...
- la position géométrique des HP nest pas prise en compte : le logiciel suppose que les deux HP rayonnent depuis le même plan (et non depuis la même face avant, car dans ce cas les centres d'émission sont décalés, les différents HP n'ayant pas la même profondeur !).
- la **mise en phase** n'est pas effectuée : il restera une rotation de phase aux fréquences de transition. Cela va créer des lobes inclinés (de + ou -15° avec les filtres d'ordre impairs).
- la directivité nest pas prise en compte, en particulier la puissance totale rayonnée est ignorée, seul la pression dans l'axe sert de référence pour définir l'objectif à atteindre.

Je crois que le plus simple pour l'amateur, pour éviter des tatônnements successifs, fastidieux et couteux en composants (je suis passé par là il y a quelques années...) est d'employer un filtre actif numérique DCX2496 de Berhinger.
Il permet de trouver très rapidement les fréquences, pentes et délais optimaux pour le set de HP utilisés.
Une fois les paramètres trouvés, il devient assez facile de créer les mêmes filtres en actif, avec quelques ampli-op. En passif c'est parfois plus compliqué, dès qu'on dépasse l'ordre deux...

Evidemment, il faut avoir sous la main plusieurs amplis pour brancher en multi-amplification (provisoirement).
Rien n'empêche d'utiliser un seul ampli stéréo, un canal pour le grave, l'autre pour le médium. On peut relever la réponse filtrée de chacune des voies, puis la réponse de l'ensemble, ceci dans diverses configurations de réglage du filtre actif.
On procède de même ensuite pour la coupure médium/aigu.

Pour ce qui est des réseaux de correction d'impédance, ils sont indispensables si on calcule les filtres de manière habituelle, mais inutiles si on passe par un optimiseur, ou si on ajuste par tâtonnements et mesures.

En ce qui concerne la mise en phase, il y a sur ce forum un sujet où j'ai expliqué ma façon de voir (sujet : pour une deuxième édition, avant-dernière page) qui vise à optimiser la forme d'onde. JMLC vise l'optimisation du délai de groupe, mais l'inversion de polarité du HP médium ne me plait pas : Wood a démontré en 1957 que la polarité d'un signal dissymétrique était parfaitement audible (Wood effect).

Je préfère donc faire des concessions sur la linéarité de la réponse fréquentielle, mais conserver la polarité correcte pour tous les HP. C'est un choix qui n'engage que moi !

Avec tout cela, je ne sais pas si j'ai donné des éléments de réponse utilisables ???

Cordialement
Francis
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Postby romain b » Wed May 30, 2007 12:00 am

Bonjour Francis,
votre réponse me satisfait pleinement. J'ai le bouquin de Dickason et je vais me replonger dedans. En revanche, je ne souhaite pas passer par un DCX qui coûte tout de même 300€. C'est avant tout la démarche qui m'interesse et le DCX ne permet pas de comprendre, juste de tatonner (ce que j'ai déjà fait avec mes assez nombreux composants passifs). Ce que je retiens avant tout c'est que les réseaux de compensation d'impédance sont un moyen supplémentaire d'obtenir la réponse en fréq. optimale, elle n'est en aucun cas obligatoire.
Ce qui me dérange un peu dans l'approche de Dickason, c'est qu'il fait abstraction de l'impact sur la distortion de groupe. J'ai cru comprendre que la démarche de JMLC consistait à travailler avec des HPs rendus au préalable purement résistifs par des réseaux de compensation. Est-ce que l'un de ces logiciels me permet de trouver directement les composants à rajouter aux HPs pour les rendre purement résistifs?

Merci encore pour vos précieux éclaircissements.
romain b
 
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Postby francis ibre » Wed May 30, 2007 12:00 am

Bonsoir Romain,

l'approche de Dickason est comme beaucoup d'autres, basée sur des modèles de calcul établis à partir d'hypothèses bien précises :
- les HP rayonnent à partir d'un même plan
- la réponse niveau/fréquence linéaire dans l'axe est l'objectif

Si on s'éloigne de ces hypothèses, on acquiert une grande liberté, mais il faut se fixer un objectif précis. JMLC se fixe le meilleur compromis possible entre délai de groupe et linéarité de la réponse niveau/fréquence, et il arrive à un résultat remarquable, sur ces critères-là !

Remarque : mathématiquement (mais pas physiquement !) une inversion de polarité correspond à un déphasage d'une demi-période, ce qui fait que la phase calculée, et le délai de groupe calculé, donnent des résultats différents selon la polarité de branchement des HP.
Mais d'un point de vue physique, le fait de brancher le HP dans un sens ou dans l'autre n'a aucun effet **temporel** : l'onde sonore ne va pas sortir du HP plus tôt ou plus tard, selon qu'il est branché dans un sens ou dans l'autre !
Le délai de groupe calculé par la feuille de JMLC donne des résultats très intéressants lorsque l'un des HP est branché en polarité inversée.
J'ai déjà dit ce que j'en pensais : je n'optimise pas comme cela.

Deuxième remarque : l'impédance d'un HP n'est pas **rendue résistive** par la présence d'un réseau **Zobel** ! c'est l'impédance de l'ensemble **HP + Zobel** qui est résistive, le filtre calculé sur 8 ohm ayant ainsi la réponse prévue.
Mais le HP, lui, n'a pas changé ! Il ne prend ni plus ni moins de courant, avec ou sans Zobel : avec ce réseau, la tension arrivant aux bornes du HP sera bien celle prévue, mais le courant sera détourné en grande partie dans le réseau...
Le résultat est :
- le filtre donne bien les coupures et pentes prévues par le calcul
- la musicalité n'est pas meilleure, et si le résultat est plus neutre, en revanche la dynamique est compressée, la transparence est souvent moins bonne, l'aération et l'ouverture de la scène sont perdues.

On peut parfaitement obtenir les mêmes réponses de filtre sans le réseau : si l'impédance du HP (avec sa charge) est correctement modélisée, le logiciel de calcul du filtre donne d'excellents résultats.

Bon, restons dans le pratique : CACD est un petit logiciel (ancien quand même...) d'optimisation des filtres, dans lequel on peut modéliser l'impédance du HP.
La position spatiale des HP est prise en compte, et l'objectif est défini par la fonction de transfert visée.
Sinon, Calsod fait la même chose mais est sans doute plus cher.

Personnellement, j'utilise Electronic-Workbench, qui est un simulateur de circuit très complet.
1- je relève l'impédance du HP avec sa charge, grâce à un impédancemètre spécifique (kit Sélectronic).
2- je modélise cette impédance par un circuit RLC, parfois assez complexe mais en général 5 ou 6 composants suffisent.
3- je simule un filtre passif chargé par cette **impédance-modèle** et EWB me trace les réponses niveau/fréquence et phase/fréquence.
4- j'optimise par tâtonnements les valeurs des composants (la simulation va vite et ne coute rien !)
5- je réalise une maquette du filtre, avec des composants basiques.
6- je relève au sonomètre linéaire la réponse obtenue, à 1m du HP filtré, puis à 3m, dans l'axe et hors de l'axe, pour chaque HP puis pour l'ensemble.
7- en fonction des résultats, je décide des modifications à apporter : par exemple, créer une bosse de 3dB à l'octave au dessus de la coupure.
8- je refais la simulation pour atteindre ce nouvel objectif
9- retour au point 6, et ainsi de suite...

Cela peut prendre de longues heures, mais on ne fait pas des filtres tous les jours !
Avec un PC intégrant un système de mesures électro-acoustiques complet, tel que Clio, on fait la même chose mais sans quitter son fauteuil, et en quelques minutes seulement...

Je vais essayer de me renseigner, chez Euphonie-Audiotechnique.
A bientôt
Francis
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Postby romain b » Wed May 30, 2007 12:00 am

Bonsoir Francis,

merci pour votre réponse très détaillée et instructive!
J'ai essayé la version démo de Calsod; c'est tout à fait le type de logiciel que je recherche, mais son interface est très "datée", il doit bien exister un équivalent pour XP, non? (pour OSX, j'y crois pas trop).
Sur un autre forum, un internaute m'a parlé de "soundeasy" qui peut récupérer entre autre les mesures de Clio. Celles de Fuzzmeasure peuvent être exploitées également? Sur Fuzz, le format d'export est en ".frd" quand on l'ouvre sur un éditeur, on a bien 3 colonnes avec Freq(Hz) Mag (dBFS) et Phase (deg) aussi bien pour la mesure au micro que celle de l'impédance. Je pourrais si necessaire passer par excel pour convertir les dBFS en Ohms pour la mes. d'impédance...
Sinon, cest encore en vente Calsod?

A+

Romain
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Postby romain b » Wed May 30, 2007 12:00 am

Dans le post sur "une deuxième édition..." que je viens de lire vous démontrez d'une manière convaincante que la méthode de JMLC, basée sur un modèle mathématique, est moins proche de la réalité que la vôtre. Ca m'arrange car je trouvais la méthode de JMLC trop restrictive. Je me pose cependant 2 questions :
Pourquoi les réponses impulsionelles de type waterfall (ou sur échelon) qui synthétisent assez bien le comportement d'une enceinte en régime transitoire ne sont quasiment pas représentées dans les revues spécialisées? Auraient-ils peur de se brouiller avec leurs sponsors?
Pourquoi JMLC et Francis Brooke sortent systématiquement une "simulation mathématique" pour estimer un réglage alors qu'un waterfall bien fait serait nettement plus parlant puisque du domaine réel?
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Postby francis ibre » Wed May 30, 2007 12:00 am

Bonjour Romain,

tu peux voir, sur le site de l'association Mélaudia, tous les détails sur la conférence tenue par JMLC :

http://www.melaudia.net/rueil0503confJM.php.

Tu y trouveras un lien vers le document complet en format PDF.
Dans ce document, JMLC présente des relevés ressemblant aux waterfall, mais avec un rendu en couleur pour lintensité acoustique, ce qui revient à peu près à une représentation en 3D.

Mais comme avec la waterfall, cette présentation montre l'intensité acoustique en fonction du temps et de la fréquence, et ne tient pas compte de la polarité de l'onde, c'est à dire du signe de la pression acoustique (pression ou dépression).
C'est aussi pour cela que JMLC et F.Brooke se **contentent** d'une optimisation mathématique, sur le délai de groupe, qui finalement donne une mise en phase parfaite, mais une polarité inversée pour une voie.

Je reste convaincu que la polarité de l'onde s'entend (Wood effect démontré en 1957) bien plus que quelques petites non-linéarités dans la réponse niveau-fréquence.

Je ne dis pas que je fais mieux que ces messieurs hautement compétents, je dis que j'essaye de faire autrement, et que j'arrive à quelque chose qui me plait !

Concernant les logiciels optimiseurs de filtre : je ne me suis pas tenu au courant des logiciels sortis depuis le siècle dernier et je suis resté sur mes **vieux machins**.
La société Euphonie distribue de nombreux produits récents : je tenvoie un lien dès que j'ai trouvé.

A bientôt
Francis'
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