Enceinte pour Antoine: Filtrage & Mesures

Le filtre

Pour la réalisation du filtre, je me suis inspiré de la méthodologie décrite par J. D’Appolito :

·        Mesure sur le Boomer (Amplitude, Phase, impédance) avec Speaker Workshop

·        Mesure sur le Tweeter (Amplitude, Phase, impédance) avec Speaker Workshop

·        Calcul de la phase minimale pour les deux haut-parleurs avec Speaker Workshop

·        Détermination du retard du Boomer par rapport au tweeter correspondant à la différence de distance (le microphone est dans l’axe du tweeter) plus la différence des centres acoustiques par comparaison des réponses impulsionnelles

·        Choix du filtre acoustique  Linkwitz/Riley d’ordre 4

·        Détermination des composants du filtre du Boomer avec Speaker Workshop

·        Détermination des composants du filtre du Tweeter avec Speaker Workshop

·        Sommation des deux filtres avec Speaker Workshop (avec prise en compte du délai entre les deux haut-parleurs)

Mesures du boomer

Ne pas tenir compte de l’efficacité car celle-ci n’est pas calibrée avec Speaker Workshop. Lors des mesures, il faut bien faire attention à réaliser toutes les mesures (Boomer et Tweeter) dans la même configuration sans changer ni la position du micro ni la sensibilité de la chaîne. Compte tenu du fenêtrage (3,3 ms), la bande passante utile de la mesure est de 300 Hz à 24 KHz (cf. Le Haut-parleur : Manipulations et mesures électro-acoustiques).

Figure 13  Réponse du boomer à 1 m dans l’axe du tweeter
 

Note : Les mesures ont été faites avec un micro Behringer ECM8000 (~50€)  non calibré monté sur un pied avec une perche d’environ 1m de long et un preampli Behringer Tube Ultragain MIC100 (~60€). Il existe sur le web des fichiers de correction de la courbe de réponse de l’ECM8000, mais cela joue sur quelques dB à haute fréquence (plus de 15.000 Hz).

La courbe est obtenue en mesurant la réponse impulsionnelle du haut-parleur et en prenant ensuite la transformée de Fourier (FFT) sans courbe de pondération mais en prenant soin de placer le curseur de fin juste avant le signal du premier rebond. La fenêtre faisant environ 4ms, cela nous donne une fréquence minimale d'environ 250 Hz.

Notez la résonance très marqué du haut-parleur à partir de 7 Khz.

Mesures du tweeter

Figure 14 Réponse du tweeter à 1m dans l’axe

On note une chute dans les aigus, au-delà de 10 KHz, probablement due aux moyens de mesures car elle ne correspond pas à la fiche du fabriquant et aux mesures faites par les autres internautes qui confirment les données constructeurs.

Simulation du filtre

Le filtre est élaboré à partir d’une simulation faite avec Speaker Workshop qui permet soit de jouer avec les composants et de regarder la réponse correspondante soit de passer par l’optimiseur qui calcule les composants pour obtenir une réponse acoustique. C’est la deuxième méthode que j’ai choisie pour le filtrage du tweeter, qui donne un filtre du troisième ordre électrique, qui, associé au XT25, donne une réponse du quatrième ordre. Il suffit après de refaire une simulation avec des composants standard (i.e. 15 uF au lieu de 15,743 uF) et un calcul par SW pour obtenir la réponse obtenue par rapport à celle souhaitée :

Figure 15 Exemple d’optimisation pour le tweeter

Pour le boomer, j’ai copié sans honte le filtrage proposé par John "Zaph" Krutke qui est lui aussi un LR du quatrième ordre et qui amortit très bien les résonances du haut-parleur vers 7 KHz . A noter que le filtre prend en compte la compensation du bafflage qui introduit une perte de 6 dB aux fréquences basses et des ondulations aux fréquences hautes :

Figure 16 : Influence du baffle sur la réponse en fréquence

Figure 17 Réponse filtrée du Boomer

Le filtre à l’issue de la simulation est présenté ci-dessous. C’est le résultat de nombreuses itérations au cours desquelles diverses adaptations d’impédances (zobel pour le boomer, suppression du pic d’impédance pour le tweeter, etc.) ont été testées puis abandonnées pour obtenir un filtre pas trop complexe.

Figure 18 Le filtre

La comparaison des réponses impulsionnelles (non montrée dans ce document) a permis de déterminer un décalage de 4cm entre les centres acoustiques du tweeter et du boomer par rapport au micro placé à 1m. Les filtres ont été déterminés après avoir enlevé l’excès de phase dû au trajet enceinte-micro et prise en compte de cette différence de trajet.

La réponse escomptée de l’enceinte est donnée ci-dessous. Notez que les deux haut-parleurs se somment bien à la fréquence de coupure, chacun étant atténué de 6 dB :

Figure 19 : Réponse simulée de l’enceinte

Réalisation du filtre

Le filtre est monté sur une plaque de circuit imprimé, lui-même monté à plat dans le fond de l’enceinte. Les connexions entre les composants sont faites en fil à fil en utilisant du fil de fort diamètre (1 mm) :

Figure 20 : Schéma d’implantation des composants du filtre

Mesures enceinte terminée

Figure 21 Réponse de l’enceinte à 1 m dans l’axe du tweeter

La figure suivante permet de comparer la réponse mesurée et la réponse simulée de l’enceinte. On note une différence assez importante dans la réponse du boomer au-dessus de 5Khz sûrement due à la dispersion des composants du filtre et de leur influence mutuelle (selfs).

Note : les courbes ne sont pas lissées.

Figure 22 : comparaison mesure (noir) et simulation (rouge)

On note une chute moindre que prévue dans les aigus, l’erreur étant probablement une mauvaise  mesure lors des premiers essais.

Figure 23 Impédance de l’enceinte

Coût du projet

Les prix, pour le deux enceintes, sont arrondis et donnés à titre indicatif. Ils n’incluent pas le coût du matériel de mesure et de bricolage nécessaire à la réalisation Si on considère qu’on peut trouver sur le marché des enceintes compactes de bonne qualité pour 200 € pièce, on constate qu’on fait des enceintes par plaisir et non pas pour « gagner » de l’argent.

Conclusion

Après huit mois d’efforts, le résultat est à la hauteur de mes espérances. L’écoute a permis de confirmer les bons résultats de mesures (mon fils a déterminé à l’écoute la résistance de 4,7 ohms en série avec le tweeter, choix qui a été confirmé par les mesures). Comme le filtrage prend en compte la compensation du bafflage et que l’évent est situé à l’arrière de l’enceinte, il vaut mieux  positionner celle-ci à distance  des murs (plus de 0,5 m). 

J’ai beaucoup appris durant la réalisation de ce matériel, tant sur le plan théorique (cf. l’ouvrage de Joe d’Appolito) que sur le plan pratique (menuiserie: réalisation des feuillures et du placage). Enfin l’utilisation du logiciel Speaker Workshop m’a permis de faire des mesures en fréquence (dont je n’ai extrait qu’une partie dans ce document) et de réaliser un filtre acoustique prenant en compte les caractéristiques des composants, l’impédance et la réponse en fréquence des haut-parleurs.