Bon, c'est sûr, c'est pas encore très beau...mais ça viendra ! Priorité a été donnée aux résultats d'écoute... Sur la photo, le tweeter est vissé sur le caisson de bas-médium; ce n'est pas sa position réelle !
- un Focal Audiom 15H, 38 cm équipé
d'une membrane légère à profil exponentiel (proche de celle
des Altec 416), suspension souple, xmax réduit (2.5 mm), chargé
par un caisson de 220 litres, accordé en Bass-Reflex. Il sera bientôt
remplacé par un Beyma 15LX60, dans un caisson
plus petit, mais avec un ampli plus "musclé" ne se laissant
pas impressionner par son BL de 20 Tm. La philosophie de ce HP est différente
: membrane plus lourde (120 grammes) à profil droit (fréquence
de coupure plus basse, à prévoir), suspension plus dure, moteur
plus performant, max de 9 mm laissant présager une très bonne
linéarité dans la plage de puissance qui sera utilisée
en utilisation Hi-Fi.
- un Audax BMP401, HP hors catalogue depuis bien longtemps...bas
médium économique à chassis moulé, et à la
réponse en fréquence assez linéaire, équipé
d'une membrane légère à profil exponentiel, et d'une petite
ferrite de 120 mm, chargé par un volume clos de 40 litres.
- un Pavillon en Bois Sablé, chargeant une chambre
de compression Altec 909-8A, dernier modèle
en date des moteurs 1 pouce de la marque, à ce propos refabriqué
depuis peu ! (voici quelques astuce
et mesures concernant les chambres de compression, ou comment la linéarité
de leur réponse en fréquence tient à peu de choses...)
- un Technics 5HH10, utilisé sur certaines des
réalisations de l'Audiophile. Petit tweeter économique, à
chambre de compression.
Le but du filtre passif intercalé entre amplificateur(s) et haut-parleurs,
est de n'envoyer à chacun d'eux que la plage de fréquence à
laquelle il sont destinés. On spécifie les caractéristiques
d'un filtre par :
- sa fréquence de coupure (fréquence à laquelle le signal
à la sortie de la cellule de filtrage est atténuée de 3dB)
- sa pente d'atténuation en déciBell/octave (couramment 6,12,18,24)...
- son type d'optimisation (Bessel, Butterworth, Linkwitz-Riley)
Dans tous les cas, le résultat réel ne sera conforme à
la théorie que si chacun des HP est encore linéaire sur au moins
deux octaves en dehors de la plage d'utilisation prévue lors du calcul
du filtre. En réalité, c'est rarement le cas...
L'étude du filtrage des 38 cm en est un bon exemple : là, la courbe
de réponse du HP accuse une bosse entre 300Hz, et 1100Hz, culminant à
+4dB à 600Hz. Tentons un filtre à 400Hz à 12dB/oct, (le
logiciel que j'utilise -SpeakerWorkshop- permet ce genre de simulation), la
réponse acoustique du HP donnera en réalité 400 Hz à
0dB, et f-3 à 500Hz... On peut évidemment en tenir compte lors
de la mise au point du filtre de bas-médium, mais quoiqu'il en soit,
le déphasage du filtre à 500Hz sera supérieur à
90°, et le recoupement des deux réponses acoustiques est donc assez
imprévisible.
Plus la fréquence de coupure du filtre est proche de la zone ou la courbe
de réponse du HP commence à être accidentée, plus
la pente d'atténuation devra être importante.Si ce n'est pas le
cas, on n'obtiendra pas une réponse droite lors de l'association des
HP entre eux.
- Le filtre à 6dB/Octave est en théorie le meilleur (pas de déphasage),
mais est difficile à appliquer dans la pratique.
Un test bien simple permet de s'en convaincre : il suffit de connecter un HP
de grave de 38cm directement à la sortie de l'amplificateur. Et oh surprise,
ce n'est pas du grave que l'on entend, mais du mauvais médium ! En fait,
un simple coup d'oeil à la courbe de réponse permet de voir une
marche au dessus de 1KHz. Il faut donc déjà une grande atténuation
à cette fréquence, si l'on veut une réponse linéaire
et moins de distortion.
Une autre limite vient des chambres de compression, et tweeters, incapables
de supporter de trop grandes excursion de leur équipage mobile, et donc
d'accepter des fréquences trop basses. (par exemple, dans les 909-8A,
l'espace séparant le diaphragme de la pièce de phase n'est que
de 0.58 mm). Vouloir descendre trop bas, c'est la certitude d'avoir médium
dur et coloré, ou un tweeter qui "ferraille", avec un son typé
"sono" (pris au sens péjoratif du terme).
- Le filtre à 12dB/octave, est un bon compromis atténuation/résultats.
Le déphasage de chaque cellule à la fréquence de coupure
est de 90°. Les haut parleurs doivent donc être connectés en
opposition de phase. Pour obtenir une réponse linéaire, le recoupement
doit s'effectuer à -6dB.
-Le filtreà 18dB/Octave perturbe plus la phase, et les pertes d'insertions
et le coût augmentent avec le nombre de composants. D'un autre côté,
cette augmentation du nombre de composants laisse plus de latitudes de réglage.
- Bessel : optimisé en réponse en phase. L'atténuation
ne commence à suivre la pente d'atténuation que très loin
de la fréquence de coupure.
- Butterworth : optimisé en réponse en amplitude. L'atténuation
rejoint la pente d'atténuation dés 2 x Fc pour un passe-bas, ou
Fc / 2 pour un passe-haut. La réponse en amplitude dans la bande utile
est plate (pas d'ondulation)
- Linkwitz-Riley : compromisentrte les deux précédents...
On trouve facilement les formules pour calculer la valeur des composants nécessaire
à la réalisation de ces filtres, malheureusement ce calcul n'est
valable que cellule chargée par une résistance pure, ce qui en
pratique est la plupart du temps loin d'être le cas... Pour s'en sortir,
la méthode consiste à rendre l'impédance de chaque haut-parleur
la plus constante possible, au moins aux alentours de la fréquence de
coupure souhaitée. En pratique, un réseau de compensation est
connecté en parallèle avec le HP :
- RC (résistance + condensateur) pour linéariser la remonter de
l'impédance avec la fréquence (effet selfique de la bobine)
- RLC (résistance+bobine+condensateur) pour "raboter" les bosse
d'impédance à la fréquence de résonnance du HP,
dans le cas d'un tweeter, ou du HP monté dans sa charge dans le cas d'un
HP de grave (compensation de l'impédance "motionnelle" car
dûe au mouvement)
L'aide d'un logiciel d'aide à la conception est d'un grand secours, en
évitant de longs fasitidieux essais (sans compter le stock de composants
nécéssaires) : Il faut mesurer préalablement la courbe
de réponse en pression du transducteur -ce qui permettra de trouver sa
plage utilisable- et sa courbe d'impédance (HP dans sa charge / chambre
de compression montée sur son pavillon).
Il est même parfois possible de profiter des variations de l'impédance
du HP en fonction de la fréquence pour simplifier le filtre.
Le filtre du BMP401 utilisé en bas médium est un bon exemple de
ce genre de simplification. Revers de la médaille, le choix de la fréquence
de coupure basse était ici quasi imposée...
Les fabriquants de haut-parleurs cherchent à obtenir une
courbe de réponse la plus linéaire possible. J'ai donc pris le
parti d'optimiser le filtre afin que la réponse électrique de
chaque voie colle au plus près aux réponses théoriques,
sans réaliser de correction. En fait, j'ai dû oulier quelque peu
ce "beau" principe pour tirer le meilleur parti des tweeters...
Les filtres à 18dB/Octave perturbent un peu trop la phase à mon
gôut, et les pertes d'insertions augmentent avec le nombre de composants,
alors...
Les cellules suivront donc si possible une atténuation de 12dB/octave,
bon compromis atténuation/résultats. Le déphasage de chaque
cellule à la fréquence de coupure est de 90°. Les haut parleurs
doivent donc être connectés en opposition de phase. Pour obtenir
une réponse linéaire, le recoupement doit s'effectuer à
-6dB. La encore, en pratique j'ai dû me résoudre à passer
parfois à 18dB/octave...
Le filtre, purement passif, ne doit pas apporter de gain. Cela a parait évident,
mais dans le cas d'un passe-bande aux fréquences de coupure proches,
c'est vite arrivé.