Mise à jour : 10 août 2024
Lors d'une écoute collective avec mes petits camarades de jeux audio, ceux-ci ont ressentis une gène dans le medium, quelque chose se situant au voisinage de la fréquence de coupure. Le système faisant appel à la technologie numérique était paramétré en 12 dB / 600 Hz en Butterworth. Ce type de filtrage fait apparaître une bosse de 3 dB à la fréquence de coupure. Le numérique permet de mofifier les paramètres en un claquement de doigts et le filtrage fut alors activé en Linkwitz-Riley qui fourni une réponse plate à le fréquence de coupure. Immédiatement le son nous a paru plus propre.
Fort de cette expérience et donc, après avoir vécu de nombreuses années avec le filtrage numérique, j'ai eu envie de ressortir une vieille carte de filtrage analogique que j'ai adaptée au système "en ville" en adoptant une fréquence de filtrage de 600 Hz en 12 dB/octave et un filtre de type Linkwitz-Riley. (ce filtre est décrit ici : Un filtrage analogique)
A paramètres identiques : Fréquence de coupure et type de filtre, j'ai trouvé que l'écoute était subjectivement bien meilleure qu'avec le filtre numérique. Ca m'a quand même pas mal surpris.
Parcourant régulièrement les forums audio, la synthèse que je fais des divers modes de filtrage en terme de qualité est la suivante :
1. Le filtrage passif avant amplification
2. Le filtrage passif classique (après amplification)
3. le filtrage actif analogique
4. Le filtrage actif numérique
Bref, tout cela pour dire qu'à travers cela, l'idée de réaliser un filtre actif analogique en 4 voies destiné à mes enceintes Jalucine 24 m'est apparu évident. Le filtrage passif actuel s'avère un peu irrationnel, voir, manque un peu de précision et le réglage du niveau entre les haut-parleurs n'est pas du tout aisé.
Le choix du type de filtre étant arrêté, se pose alors le choix de la pente de filtrage. 1. 6 dB/octave. Classique, très connu et relativement adapté à l'enceinte Jalucine auquel je le destine, puisque les fréquences de coupure des haut-parleurs sont assez éloignées des limites de réponse des Haut-parleurs. mais l'inter-modulation est toujours importante... C'est le choix du concepteur en filtrage passif. 2. 12 dB/octave, simple, plus efficace que le 6dB. Ce schéma fonctionne à merveille sur mon système "En ville". Donc... 3. 18 dB/octave. Très efficace, mais plus complexe.
L'idée est donc de réaliser quelque chose comme ça :
Schéma filtre 4 voies
<>Un filtrage composé de plusieurs cellules de filtrage en 12 dB.
Evidemment je ne suis pas parti de rien car connaissant les réalisations de KMTech (voir le filtre stéréo que j'ai évoqué ci-dessus) je me suis empressé de voir si ce fabricant ne produisait pas un PCB de filtre en 4 voies.
J'ai effectivement trouvé ce PCB qui est disponible nu, c'est à dire qu'il ne fait pas l'objet d'un kit comprenant tous les composants. (Il va falloir aller à la pêche !)
PCB filtre 4 voies de KMTech
A ce stade, un premier problème (pour moi) se pose car ce circuit est destiné à accueillir un filtre de 12dB/Octave, mais de type Butterworth, ce qui, pour les raisons exprimées précédemment ne me convient pas.
En fait, le schéma doit subir quelques modifications !
Filtre 12db Butterworth et de sa transformation en Linkwitz-Riley
A gauche, le schéma original et à droite le schéma mettant en évidence les composants qui doivent être supprimés pour passer d'un fonctionnement en Butterworth à un fonctionnement en Linkwitz-Riley.
La suppression de ces composants ont un impact sur les formules de calcul qui sont alors différentes :
Pour le Butterworth, F = 1/ (√2.π.R.C)
Pour le Linkwitz-Riley, F = 1/ (2.π.R.C)
C'est cette dernière que j'ai utilisé pour calculer les éléments du filtre
Le schéma mis à jour :
Schéma du filtre 4 voies modifié
La question est donc alors, comment utiliser le PCB fourni ? Une petite étude s'impose :
PCB du filtre 4 voies de KMTech optimisé
Les traits jaunes surlignent les pistes (existantes) du PCB et en rouge les endroits ou il a lieu d'insérer un strap (dans ce cas, de supprimer une résistance) ou de supprimer un composant (ici, un condensateur)
Les valeurs figurant sur cette image sont celles que j'ai retenues et qui donnent les fréquences de coupures indiquées.
Une remarque à propos du schéma du filtre publié ci-dessus.
Il fait apparaître sur chaque sortie, exceptée sur la voie grave, un potentiomètre linéaire ou plus précisément un trimmer (genre de potentiomètre miniature).
Ce potentiomètre est du type linéaire car il s'agit ici de régler un niveau de tension, ce qui permet, en fonction de l'angle de rotation d'avoir une idée de l'atténuation, ce que ne permet pas un potentiomètre à variation logarithmique.
Comparaison des variations ohmiques des potentiomètres linéaires et logarithmiques
Il apparaît clairement ici qu'avec un potentiomètre linéaire réglé à 50% de sa course, l'atténuation est de 6 dB (les valeurs des résistances de chaque coté du curseur sont égales). Un potentiomètre à variation logarithmique est à 10% de sa valeur pour 50% de sa rotation.
Variation ohmique du trimmer en fonction de sa position
Le sens de rotation indique une augmentation de l'atténuation (si si, c'est un atténuateur !)
Au cas ou on souhaiterait une atténuation plus importante, en insérant une résistance en série (de même valeur que celle du potentiomètre) avec le potentiomètre, on augmente l'atténuation de 6 dB ce qui permet de décaler légèrement l'angle de rotation vers le milieu de la course et qui selon l'atténuation envisagée rend le réglage plus facile.
Il s'agit maintenant de passer à la réalisation et mettre tout ça dans une "belle" boîte, mais fidèle à ma manière de procéder, je réalise une petite simulation à l'échelle 1/2 :
Etude d'implantation
La carte alimentation symétrique est un module tout fait pour fournir le +/- 12V nécessaire à l'alimentation des cartes de filtrage.
La petite carte avec des rectangles orange est un module prêt à l'emploi qui est un sélecteur de sources à relais dont la source sélectionnée par un petit contacteur à 4 positions est signalée par une led.
Détail de la commutation des 4 voies d'entrée
Le petit bloc noir à gauche du sélecteur à relais est un ensemble prise IEC et filtre Schaeffner dont l'influence sur la dynamique (critiquée par certains) doit être négligeable puisque ces filtres n'amplifient rien.
La réalisation très proche de la simulation.
La photo est perturbée par l'éclat de la diode Led témoingnant du fonctionnement de la carte d'alimentation. (J'en ferai une autre...)
J'ai procédé à quelques essais et je me suis aperçu que la dispersion des caractéristiques des trimmers était plus qu'aléatoire et la 'théorie' que j'avais élaborée à partir de la variation de la course du trimmer (cf le schéma ci-dessus) ne s'avérait pas fiable, ce qui ne m'étonne qu'à moitié car la largeur de la piste d'un trimmer doit être extrêmement faible. De plus, la mesure de la valeur ohmique des trimmers varie de plus de 20% !
J'ai donc opté pour l'utilisation de potentiomètres et il a fallu que je revois le câblage.
De ce fait, les potentiomètres tournent dans le sens inverse
Variation ohmique du potentiomètre en fonction de sa position
Le réglage d'un potentiomètre, en façade d'un boitier, est beaucoup plus simple à effectuer que celui d'un trimmer installé dans le boitier !
Cependant les premiers essais de réglages que j'ai réalisé montrent que les potentiomètres agissent entre 30 et 90° (soit de -10 à -21dB) ce qui n'est pas très souple !
Pour cela une solution simple et facile à implémenter consisterait à insérer une résistance de même valeur que celle du potentiomètre en série avec le potentiomètre.
On obtient ainsi un pont résistif qui divise par 2 la tension aux bornes du potentiomètre, soit -6dB.
Variation ohmique affinée du potentiomètre en fonction de sa position
La plage de réglage souhaitée est (serait) maintenant centrée sur la position médiane du potentiomètre, la position de départ étant déjà atténuée de 6 dB.
Si je veux conserver le réglage normal sans atténuation préalable comme décrit ci-dessus, mais que je veux une atténuation importante de l'ordre de 12 dB, la rotation du potentiomètre m'amène à positionner les curseurs des potentiomètres à des valeurs proches des fins de course, au moins pour le potentiomètre d'aigu qui nécessite l'atténuation la plus élévée. Voici ce que ça donne :
Effets du réglage des potentiomètres
On s'aperçoit que lorsque le potentiomètre s'approche de la fin de course, il suffit d'un très petit déplacement pour que la valeur d'atténuation fasse un bond, ce qui n'est pas pratique à régler, mais reste toutefois fonctionnel.
Il s'agit donc de compenser la sensibilité du haut-parleur de grave qui est d'au moins 6dB inférieur aux autres haut-parleurs, probablement plus (voir entre 9 ou 12 dB) car ce haut-parleur est monté dans une enceinte close qui fait naturellement chuter le rendement de 3 à 6 dB.
Pourquoi alors ne pas connecter la sortie "grave" de ce filtre à l'amplificateur via un petit "pré-amplificateur" ?
En surfant sur le site d'Audiophonics, un petit détour par le fil "pré-amplificateur" me fait tomber sur une petite carte qui m'a l'air très bien conçue et qui répond parfaitement à mon besoin.
Carte pré-amplificateur
Conçue autour des fameux et très standards NE5534, cette carte montre une section d'alimenation assez soignée avec de bons régulateurs et des condensateurs conséquents (3000 µF) pour la consommation envisagée qui doit être de quelques mA, d'une part et un étage dédié à l'amplification proprement dite avec un potentiomètre de qualité ALPS d'autre part.
L'alimentation requiert un petit transfo de 2x18V.
Ces petits circuits d'origine asiatique sont quasiment touours fournis sans schéma, mais comme j'aime bein savoir ce que j'utilise, j'ai fait un peu de rétro-enginnering et décortiqué le schéma :
Schéma du booster grave
Le temps de choisir un petit boitier et approvionner les composants et je réalise ça :
Réalisation du booster grave
L'introduction de ce booster dans le système, donc à la sortie du filtre grave est transparente et permet d'atteindre le but recherché.