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Enceinte pour Françoise: Filtrage & Mesures

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Le filtre

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

Mesures du woofer

Pour toutes les courbes qui suivent, ne pas tenir compte de l’efficacité car celle-ci n’est pas calibrée avec SoundEasy V.14. Lors des mesures, il faut cependant bien faire attention à réaliser toutes les mesures (woofer et Tweeter) dans la même configuration sans changer ni la position du micro ni la sensibilité de la chaîne, en commençant par la mesure en champ lointain. 

Pour le woofer, la mesure est faite en cinq étapes:

La mesure en champ proche permet de vérifier la réponse dans le grave conforme aux résultats attendus pour une enceinte close. Elle se fait en mettant le micro très proche (moins d'un centimètre) du cône du haut-parleur. Comme le microphone est très prêt du woofer, les effets parasites de réflexion au sol sont minimisés. On peut donc avoir une très longue fenêtre temporelle qui permet à son tour de mesurer très bas dans le grave. Cette mesure ne prend pas en compte l'effet de diffraction due au baffle de l'enceinte (en Anglais BSC: Baffle step correction). Il faut donc appliquer une correction qui est calculée par le logiciel SoundEasy en fonction des dimensions et de la forme du baffle).

 

TC14_sealed_box

Figure 1  Réponse du woofer à 1 m dans l’axe du tweeter (Bass reflex non optimisé)


spoutnick 1 nearfield

Figure 2  Réponse optimisée du woofer+évent  en champ proche   avec self série 1,5 mH 

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  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).

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L'amplificateur est un Denon des années 90, un PMA-520A, qui a une réponse en fréquence dépassant les 50KHz.

La carte son est une EMU 0404 USB capable d'échantillonner le signal à 192KHz et qui a une courbe de réponse très plate jusqu'à 96 KHz (-3dB). Cette bande passante n'est pas très utile ici, mais permet par exemple de mesure des bandes passantes d'amplis ou préamplis audio. Par rapport à d'autres solutions USB, cette interface a une latence très réduite et un jitter quasi nul, ce qui facilite les mesures.

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Le logiciel SoundEasy prend automatiquement en compte les écarts de la chaîne de mesure (carte son, amplificateur) et peut prendre en compte la courbe de réponse du microphone si elle est fournie. J'ai essayé plusieurs amplificateurs sans que cela ait une influence sur les mesures.

Les mesures sont obtenues 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 5ms, cela nous donne une fréquence minimale d'environ 200 Hz pour la mesure en champ lointain.

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Mesures du tweeter

La mesure de la réponse en fréquence du tweeter est réalisée dans les mêmes conditions que pour la mesure en champ lointain du woofer

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Figure 3 Réponse du tweeter à 1 m dans l’axe

 

On note une courbe de réponse assez plate dans la zone 1KHz-10Khz avec un début de chute des aigus dès 10KHz

Simulation du filtre

La fréquence de coupure choisie est d'environ 3,5 KHz avec un filtre Linkwitz/Riley d’ordre 4

Le filtre est élaboré à partir d’une simulation faite avec SoundEasy V.14 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 cette méthode que j'utilise, suivie par une variation des paramètres pour affiner la courbe de réponse (en fait des heures à peaufiner le filtre !). 

Nota: Simulation faite avec le bass reflex pas encore optimisé. A noter cependant l'influence de la self de 1,5 mH sur la diffraction de baffle entre 100 Hz et 1Khz.

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Figure 4 Réponse simulée   LR4@3,5KHz optimisé par SE

Le filtre complet (woofer + tweeter) est représenté ci dessous:

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Figure 5 Filtre complet 

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Figure 6 : Influence du baffle sur la réponse en fréquence

 

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Figure 7 : Réponse simulée de l’enceinte avec woofer inversé

Le creux dans la courbe de réponse prouve que la réponse acoustique est bien du type L-R d'ordre 4. Les réponses du woofer et du tweeter, en opposition de phase, s'annulent.

Réalisation du filtre

Le filtre est monté sur une de circuit imprimé montée sur le plancher  de l’enceinte. Pour cela j'ai réalisé le  circuit imprimé suivant une méthode qui est expliquée en anglais sur le site: http://www.raymondaudio.nl/index.html 

 En deux mots on imprime le circuit sur une imprimante LASER noir & blanc, puis on plaque le papier sur le cuivre avec un fer à repasser très chaud; on retire le papier en faisant tremper le CI dans l'eau chaude. Le toner reste collé sur le CI. On plonge ensuite le CI dans le perchlorure de fer jusqu'à disparition du cuivre non protégé par le toner. On nettoie le CI à l'acétone pour éliminer le toner et on finit par un étamage à froid.

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Figure 8 : Photos du filtre

Mesures enceinte terminée

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Figure 9 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. Ne pas tenir compte de la réponse dans le grave qui est de type BR non optimisé pour la réponse simulée (noir) et de type enceinte close pour l'enceinte réelle (bleu). Le bruit plus important pour l'enceinte simulée est dû à l'absence de lissage (1/6 octave pour l'enceinte réele) et aux conditions de mesures différentes. On retrouve bien la même allure générale des courbes 

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Figure 10 Comparaison enceinte simulée - réele

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Figure 11 Impédance de l’enceinte bass reflex (jusqu'à 5 KHz)


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Conclusion

Après plusieurs mois d’efforts, le résultat est à la hauteur de mes espérances. Je ne suis pas bien placé pour juger des qualités acoustiques (je les trouve évidemment excellentes) et les écoutes ont été faites par mon fils musicien à l'oreille exercée qui a donné un avis très positif. 

Le coût de la réalisation est sans objet, compte tenu de la disponibilité aléatoire des TC14 qui ne sont plus fabriqués mais qu'on trouve régulièrement sur ebay. Comme d'habitude (!), le coût est cependant relativement élevé, de l'ordre de 300€ par enceinte, compte tenu des composants utilisés, sans compter les dizaines (centaines?) d'heures dépensées pour la réalisation.

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