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Filtres actifs

Mise à jour : 2011-08-06.

Préambule :

Avant de passer en filtrage actif, je suis resté un très long moment à travailler le filtrage passif.
J'en ai tiré un certain nombre de règles que vous trouverez les chapitres Tweeter et filtre et Filtre passif.

En passant en filtrage actif, il faut pratiquement tout oublier :

• La coupure d'un large bande avec un tweeter qui ne pouvait se faire en passif qu'avec un filtre à 6 dB sur le tweeter et rien sur le large bande, se fait à 5200 Hz sans difficultés avec un filtre actif à 24 dB/octave.
   
• La coupure d'un grave de 38 cm avec un large bande qui était difficile et longue en passif, se fait en 10 minutes avec un filtre actif, avec de bien meilleurs résultats.

Placement :

Un filtre passif se place après l'ampli de puissance, juste avant les haut-parleurs.
La plupart du temps il est placé dans l'enceinte.

Un filtre actif se place entre le préampli et les amplis.
Si vous êtes en bi amplification active, il vous faut deux amplis de puissance.
Si vous êtes en tri amplification active, il vous faut trois amplis de puissance.

La raison est que le filtre actif travaille sur "des puissance" très faibles, identiques à celle d'un lecteur de CD ou DVD, d'un tuner ou d'une télé.
Ces puissances sont trop faible pour attaquer directement un haut-parleur.
Dans un filtre passif, vous avez des selfs de 5 ou 6 cm de diamètre et de 2 à 5 cm de haut, des condensateurs de 3 ou 4 cm de diamètre, bref des composants qui acceptent les dizaines ou centaines de watts qui sortent d'un ampli.
Dans un filtre actif, vous avez des transistors, des circuit intégré, des DSP, bref des composants de faible puissance.

Piège :

Je ne veux pas vous faire peur, mais il y a un point important à savoir : Certain amplis inversent la phase absolue et d'autres pas.
Il y a une conséquence directe : Prenons une enceinte 2 voies filtrée à 18 dB/octave avec un raccord à -5 dB.

• Avec deux amplis identiques, vous allez brancher le grave en phase et le tweeter en opposition de phase, comme le veux la théorie et l'écoute.
• Avec un ampli qui inverse la phase absolue et l'autre pas, vous allez tout brancher en phase et vous aurez un branchement correct.

Comment savoir si un ampli inverse la phase absolue ?
Il y a certainement une mesure électronique qui permet de le savoir, mais ce n'est pas dans mon domaine de compétance.
Par contre, une fois les amplis branchés sur le filtre actif d'un coté, sur les enceintes de l'autre coté, une simple mesure acoustique sur une impulsion permet de le savoir.

A défaut de savoir le mesurer, ou d'avoir le matériel pour le faire, un essai à l'écoute en phase et en opposition de phase devrait vous permettre assez facilement de trouver le bon branchement.
Vous n'auriez certainement pas tenté l'essai sans savoir que vos amplis pouvaient vous "planter" par rapport à la théorie...

Pour ou contre ?

Cette question préoccupe des Audiophiles qui sont plus habitués aux solutions clefs en main qu'au DIY.
Il y a deux cas qui demandent des approches différentes, suivant que vous partez d'enceintes du commerce qui ont déjà un filtre passif, ou d'enceintes que vous réalisez à partir de rien.

Vous réalisez vos enceintes :

Le filtre actif numérique est un plus incontestable, avec la possibilité :

• De corriger la réponse des HP individuellement avant filtrage.
• D'avoir un filtrage parfait indépendant de l'impédance des HP.
• D'avoir une mise en phase acoustique parfaite grâce aux délais numériques.
• D'avoir les niveau relatif entre les HP parfaitement réglés.
• De pouvoir essayer différentes fréquences et pentes de coupure très facilement, même s'il n'y a plus a chercher longtemps la pente..
• De corriger la réponse théorique des filtres avec des égalisations spécifiques.

Vous avez des enceintes du commerce avec un filtre passif :

La résistance des selfs en série avec le HP de grave a modifié le Qts du HP, donc le volume de l'enceinte et la taille de l'évent.

• Vous pouvez, en passant avec un filtre actif, chercher à l'écoute la nouvelle longueur de l'évent qui convient le mieux, en sachant que cette longueur sera plus courte, si l'évent était au départ bien dimensionné.
  Il est probable que le volume de l'enceinte restera adapté au HP.
• Vous pouvez aussi rajouter une résistance série au HP de grave, résistance de même valeur que la résistance des selfs qui étaient en série avec le HP de grave, et ne rien changer.
  Mettez plusieurs résistances en parallèle pour qu'elles tiennent la puissance, et ne les collez pas contre une planche en bois qui peut prendre feu si ça chauffe trop.

Ce point traité, tous les avantages indiqués dans la partie "vous réalisez vos enceintes" s'appliquent sans réserve : Vous aurez un gain à l'écoute en passant avec un filtre actif.
Je réfute catégoriquement les conseils "Audiophile" qui disent que l'on peut avoir de meilleurs résultats avec un filtre passif.

• La perfection sans mise en phase acoustique ?
• La perfection en corrigeant et filtrant les HP avec les même composants ? Le mélange des genres n'est jamais parfait.
• La perfection avec des valeurs approchées des composants ? Approché, ce n'est pas la perfection. Vos constructeurs d'enceintes Audiophiles font des économies en limitant le nombre de composants..

Analogique ou numérique ?

Les deux types de filtres actifs existent dans le commerce. Mais ils ne font pas exactement la même chose.

• Les deux font filtrage. Les analogique n'ont qu'une pente de coupure, les numériques plusieurs au choix.
• Les deux permettent un réglage de la fréquence de coupure.
  Certain filtre actif analogique Audiophile n'ont pas de réglage de la fréquence de coupure.
• Les filtres actifs analogique ont un réglage de délai analogique, et la valeur du délai varie avec la fréquence. Les filtres actifs numériques ont un réglage de délai qui est un retard pur.
  Certain filtres actifs analogique Audiophile n'ont même pas de réglage de délai.
• Les filtres actifs analogique n'ont pas de correction de la réponse des HP avant filtrage.

Les conclusions sont vites tirées : Les plus mauvais sont les filtres actifs analogique Audiophile, qui n'ont aucune souplesse. Puis vient les filtres actifs analogiques du commerce avec les fréquences de coupure et le délai réglable, et enfin les filtres actifs numériques appelés aussi processeur d'enceinte et qui incluent l'égaliseur.
Idéalement, il faut rester en numérique du lecteur CD au filtre actif numérique. C'est le filtre actif numérique qui fait DAC.
La musique dématérialisée sur PC (dans un format sans perte) est encore meilleure que le lecteur CD "temps réel".

Évolution vers la multi amplification :

Branchement :

Vous êtes en mono amplification avec des baffles qui ont un filtre passif.
Vous souhaitez passer en multi amplification, bi amplification dans les cas présentés ci-dessous, mais le principe est le même pour la tri amplification.
Cette bi amplification peut être l'ajout d'un caisson de grave, ou une coupure grave / médium ou médium / aigu.
Comment peut-on rajouter un vrai filtre actif a votre chaîne qui a un ampli préampli non séparable ?

La solution est d'utiliser la partie préampli de votre ampli comme sélecteur de sources.
Puis vous sortez le signal au niveau d'une sortie enregistrement ou magnétophone.
Vous attaquez un préampli passif qui n'est qu'un potentiomètre ou bouton de volume.
Du préampli passif vous attaquez le filtre actif.
La partie grave qui sort du filtre actif attaque l'ampli de grave.
La partie médium aigu qui sort du filtre actif rentre dans votre ampli préampli au niveau d'une entrée monitoring ou magnétophone.
Vous bloquez le potentiomètre de votre ampli préampli.

Il y a un bout de scotch rouge identique sur le bouton de volume.
Même si le potentiomètre n'est pas cranté, le découpage maladroit du scotch est suffisant.
Ma fille de 7 ans aurait fait ça mieux que moi...

Bouton de volume :

Le potentiomètre fait environ 22 k Ohms log. C'est la valeur qui fonctionne chez moi.
Mais des valeurs comprises entre 10 k et 47 k sont possibles.

Les interrupteurs situés après le potentiomètre sont facultatifs, mais tellement utiles.
Le premier, c'est la "touche mono" indispensable pour la mise au point.
Les deux autres servent à couper les canaux D ou / et G. Toujours indispensable pour la mise au point.
Si vous souhaitez rajouter un sélecteur d'entrées, pour ne pas utiliser celui de votre ampli, voyez Le préampli passif.

Ampli supplémentaire :

Quel ampli ajouter pour la voie de grave de notre exemple ?
En occasion, ce que l'on trouve de moins cher ce sont des ampli préampli tout à fait courant.
Il suffit d'appliquer exactement la même méthode, d'attaquer ce 2^eme ampli au niveau d'une entrée monitoring, de bloquer le potentiomètre de volume, et c'est tout.
N'hésitez pas a aller voir les boutiques d'occasion a coté de chez vous du type "CASH CONVERTER", "TROC de machin chose", ou équivalent.
Votre marchant de HI-FI habituel en a aussi certainement, a un prix plus élevé...

Les puristes :

Je vois d'ici les puristes faire un bon au plafond :
Pourquoi utiliser à moitié la partie préampli ? Il existe des amplis sans préampli.
Oui, mais c'est plus cher et beaucoup moins courant. Consultez votre porte monnaies.

Les mêmes puristes parleront des pertes dans le filtre actif, en terme de transparence sonore et de buzz.
Mais un filtre passif a aussi d'énormes pertes.
Et je ne parle pas des mises au point DIY non maîtrisées.
Une chaîne est un tout, avec des gains et des pertes.
Je suis passé en tri amplification car la somme des gains est bien supérieure à la somme des pertes.

Filtre actif :

Détrompez vous, ce n'est pas cher.
A condition de choisir du matériel de sono, et d'accepter les prises XLR qui vont avec.
BEHRINGER, par exemple, vous en donne largement pour votre argent.
Cherchez le prix d'un 2310 par exemple. Environ 150 €.
C'est un filtre actif deux voies stéréo, avec une sortie Sub en mono.
Mais la coupure Sub ne comprend pas le passe haut des baffles D et G.

Il existe des adaptateurs XLR / RCA, en mâle et femelle. 4 combinaison en tout.
C'est un peu cher certes ( 9 € l'adaptateur ), mais votre ampli HI-FI se branchera sans problèmes.

Pour un caisson de grave :

La solution la plus simple, et la moins coûteuse, est de prendre un filtre actif stéréo, un ampli de grave stéréo, et un haut-parleur de grave à double bobines.
Attention au sens de branchement des bobines...
Si votre ampli fait 2x60 W, c'est comme si vous alimentiez votre HP avec 120 W.

Certain ampli filtre pour caisson de grave sont aussi de vrai filtre actif qui peuvent couper le grave de vos baffles D et G.
Je ne répèterai jamais assez combien cette coupure du grave dans les haut-parleurs D et G est importante, INDISPENSABLE.
Mon schéma de branchement ne change pas. Simplement, filtre actif et ampli de grave sont dans le même boîtier.

Ce type d'ampli filtre est assez rare et cher, la plupart n'ont qu'un demi filtre actif uniquement sur le grave.
Acoustiquement c'est un non sens total, comme les baffles centraux de home cinéma...
Commercialement ça marche. Et c'est tellement plus simple à brancher...
Comparez les prix avec un vrai filtre actif, un ampli d'occasion, et des câbles adaptateur DIY.

Boost pour caisson de grave :

La discussion a démarrée sur un forum de HI-FI avec Daniel qui répondait à une question.
J'ai écris cette rubrique en consultant les différentes réponses de Daniel, qu'il en soit ici remercié.

Les caissons de grave en clos ont une courbe de réponse qui chute progressivement dans le grave quand le QTC est faible, de l'ordre de 0.5.
Les internautes réclament, sans doute a tord, des caisson linéaires dans le grave aux fréquences les plus basses possibles.
Rare sont les haut-parleurs qui en sont réellement capable sans correction active au niveau de l'ampli de puissance.

C'est là que la solution filtre actif et ampli séparé prend tout son intérêt.
Il est possible d'intercaler trois éléments passifs qui ne coûtent qu' 1 € maximum pour avoir une courbe de réponse en passe bas à 6 dB/octave.
Associé a la coupure et au gain du filtre actif, on crée une courbe de réponse qui remonte dans le grave.

Le schéma de principe est le suivant :

L'impédance de sortie du filtre actif doit être très inférieure à 10 k. (Elle est de 40 Ohms sur un filtre actif BEHRINGER 2300).
L'impédance d'entrée de l'ampli de grave doit être très supérieure à 10 k. (Généralement 47 k).
Le gain dans le grave peut aller jusqu'a 6 dB. L'ampli doit être puissant, 6 dB c'est quatre fois plus de puissance. Le haut-parleur doit suivre, 6 dB c'est une élongation doublée.
Le gain de l'installation doit être suffisant sur le canal grave, ce petit filtre de correction a une perte d'insertion qui peut aller jusqu'a -8.5 dB.
Le rapport signal / bruit du canal grave doit être bon.
La fréquence de coupure du grave doit être basse, 150 Hz semble être le maximum.

Efficacité d'un tel réseau de correction :
- R série = 10 k, R parallèle = 6.8 k, C = 470 nF. Perte d'insertion -8.5 dB. Correction +1 dB à 90 Hz, +3 dB a 40 Hz ; +4 dB a 28 Hz ; +5.5 dB a 20 Hz .
- R série = 10 k, R parallèle = 10 k, C = 220 nF. Perte d'insertion -7.0 dB. Correction +1 dB à 120 Hz, +3 dB a 50 Hz ; +4 dB a 33 Hz ; +4.5 dB a 20 Hz .
- R série = 10 k, R parallèle = 8.2 k, C = 220 nF. Perte d'insertion -7.5 dB. Correction +1 dB à 130 Hz, +3 dB à 60 Hz, +4 dB à 33 Hz, +5.6 dB à 20 Hz.
- R série = 10 k, R parallèle = 5.7 k, C = 330 nF. Perte d'insertion -9.4 dB. Correction +1 dB à 143 Hz, +4 dB à 53 Hz, +6 dB à 28 Hz, +7 dB à 20 Hz.
Il ne faut pas chercher à obtenir une forte correction avec ce montage très simple.

Une autre application de cette correction est la réponse dans le grave des baffles plans multi amplifiés.
Il faut essayer à l'écoute différentes corrections :
- R série = 10 k, R parallèle = 10 k, C = 220 nF.
- R série = 10 k, R parallèle = 8.2 k, C = 220 nF
- R série = 10 k, R parallèle = 6.8 k, C = 220 nF.
- R série = 10 k, R parallèle = 4.7 k, C = 220 nF.
- R série = 10 k, R parallèle = 5.7 k, C = 330 nF.
Le chapitre Baffle plan vous expliquera les particularités sur le choix du haut-parleur en terme de Qts, le boost ne fait pas tout.

J'insiste lourdement sur le risque qu'il y a à utiliser cette solution avec un ampli pas assez puissant, et un haut-parleur trop petit.
Je l'utilise personnellement sans problème avec un ampli de grave de 2x220 W RMS et un haut-parleur de 38 cm de 93.5 dB/2.83V/m de sensibilité sur un baffle plan.
Mais si vous l'utilisez avec un haut-parleur de 17 cm a faible sensibilité, et un ampli de 10 W, c'est à vos risques et périls : Ne venez pas vous plaindre...

Câble adaptateur DIY :

Le chapitre câbles décrit parfaitement la solution, avec du câble micro à deux conducteurs + blindage.
Mais deux images expliquent bien les choses.

Quelle pente de coupure ?

• Il y a une solution qui fait consensus auprès des Audiophiles : Le filtre à 18 dB/octave avec raccord à -5 dB de Jean Michel LE CLEAC'H.
   
• En deuxième position je mettrai le filtre à 24 dB/octave Linkwitz Riley.
   
• Je ne suis jamais resté longtemps avec un filtre à 12 dB/octave, et suis toujours revenu au filtre à 18 dB/octave.
   
• Le filtre à 6 dB/octave n'est bon que sur le papier.
  Pour qu'il marche bien il faut, pour une coupure à 1000 Hz, que l'un des HP puisse descendre à 250 Hz et que l'autre puisse monter à 4000 Hz, c'est à dire 2 octaves de part et d'autre. Dans ces conditions il ne présente plus aucun intérêt.

Filtre à 18 dB avec raccord à -5 dB :

D'après la méthode de Jean Michel LE CLEAC'H (JLMC). Télécharger son fichier de calcul et ses explications.

Pour une coupure théorique à F = 1000 Hz :

• Le passe bas doit être coupé à 0.8729 * F = 0.8729 * 1000 = 872.9 Hz = F_PB.

• Le passe haut doit être coupé à 1.1456 * F = 1.1456 * 1000 = 1145.6 Hz = F_PH.

• Passe bas et passe haut sont en opposition de phase.

• Delay = 0.22 * 343707 / F = 0.22 * 343707 / 1000 = 76 mm sur le haut-parleur qui a le passe-haut.

• F_PH / F_PB = 1.3125

Ce filtrage conduit a de très grand Delay aux basses fréquences : 605 mm à 125 Hz.
La précision des coefficients est beaucoup plus grande que ce qui est réalisable en pratique dans un DCX...

Lors de la mise au point d'une enceinte, il faut chercher la fréquence de coupure optimale.
Il est facile de décaler la fréquence de coupure du tweeter.
Il faut aussi décaler celle de grave médium de la bonne valeur, et recalculer le délai.
Le délai peut avoir plusieurs composantes, avec une partie dû au filtre, une partie dû à la position des centres acoustiques, et une partie qui est la recopie du délai du médium par rapport au grave.
Une petite aide au calcul ne sera pas superflue, je considère que les valeurs de départ sont celles d'un système parfaitement au point, avec le délai du grave à 0...

Nouvelle fréquence de coupure passe haut médium :
Nouvelle fréquence de coupure passe haut aigu :
Fréquence de coupure du médium en Hz :
Délai du médium en mm :
Fréquence de coupure de l'aigu en Hz :
Délai du l'aigu en mm :

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La structure et ce site ont été analysés par Thomas NADAUD en mars 2007, en vu d'une meilleure lisibilité pour le lecteur et d'un meilleur référencement dans Google.
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Philippe (Phil) m'a fait ajouter en mars et avril 2010 quelques balises Title aux endroits qui convenaient pour que Google s'y retrouve beaucoup mieux dans le site.
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