Largeur de la zone de recouvrement en filtrage

[œdicnème]

Le zone de recouvrement, c'est la zone où se croisent les voies passe-bas et passe-haut d'un filtrage.
Quelle largeur peut-on attribuer à cette zone ?
J'ai posé la question il y a bien longtemps sur plusieurs forums. Les réponses les plus courantes ont donné comme limites, les fréquences où le niveau est de -12, -20, ou -30 dB (cette dernière était celle de Francis Brooke).
Pour de nombreuses simulations (des milliers...), j'ai choisi comme limite -20 dB, ce qui pour les filtrages les plus classiques, pour un croisement choisi à 1 kHz, donne :
(limite du passe-haut à gauche, limite du passe-bas à droite)
   
-20 dB    treble   bass          
06_BUT    100      10k0  
12_LiR    333      3k00  
18_BUT    426      2k14            
24_LiR    575      1k73
30_BUT    631      1k59
36_LiR    697      1k44      
48_LiR    707      1k41

Qu'en penser ?
PS. En pratique, j'utilise des processeurs numériques qui me permettent de corriger la résonance des haut-parleurs pour qu'elle n'influe pas la réponse globale.

[GG14]

Le zone de recouvrement, c'est la zone où se croisent les voies passe-bas et passe-haut d'un filtrage. Quelle largeur peut-on attribuer à cette zone ?

J'ai eu un filtre actif DX46 dont la pente était déterminée par le nombre de taps. Vers 600 Hz, la pente avoisinait les 50dB/octave.

Aujourd'hui, j'utilise du 24 dB LR à phase linéaire complété par 6dB. La pente acoustique est à 28 dB/octave. Un peu de recouvrement est préférable à l'écoute.

[narshorn]

Le problème auquel nous sommes tous confrontés, c'est que ce paramètre de "zone de recouvrement"
(présumé sur réponse dans l'axe donc) est aussi à relier à la directivité intrinsèque des HPs à raccorder.
Crdt.

[œdicnème]

Le problème auquel nous sommes tous confrontés, c'est que ce paramètre de "zone de recouvrement" (présumé dans l'axe donc) est aussi à relier à la directivité intrinsèque des HPs à raccorder. Crdt.

La préoccupation d'un filtrage d'une enceinte à deux voies qui reste dominante , c'est que les deux irrégularités majeures de la réponse en fréquence des haut-parleurs - la résonance principale du haut-parleur d'aigu et le fractionnement du haut-parleur  grave - soient suffisamment atténuées pour ne pas être perceptibles. La fréquence de ces irrégularités doivent donc se situer en dehors de la zone de recouvrement.

[narshorn]

Le problème auquel nous sommes tous confrontés, c'est que ce paramètre de "zone de recouvrement" (présumé dans l'axe donc) est aussi à relier à la directivité intrinsèque des HPs à raccorder. Crdt.

La préoccupation d'un filtrage d'une enceinte à deux voies qui reste dominante , c'est que les deux irrégularités majeures de la réponse en fréquence des haut-parleurs - la résonance principale du haut-parleur d'aigu et le fractionnement du haut-parleur  grave - soient suffisamment atténuées pour ne pas être perceptibles. La fréquence de ces irrégularités doivent donc se situer en dehors de la zone de recouvrement.

Disons que cela fait partie d'un cahier des charges global :

- Fractionnements des transducteurs situés en dehors des zones de raccord
- Directivités voisines des HPs aux fréquences de raccord envisagées
- Fréquences de raccord "réalistes" car choisies pour exploiter le meilleur de chaque voie = zones des réponses à plus faibles THD/IMD

Le domaine temporel, du Temps, n'étant à aborder qu'après avoir réuni ces prérequis.  

Crdt.

[œdicnème]

Disons que cela fait partie d'un cahier des charges global

Je cherche ici à étudier un chapitre, défini par le titre,
parmi les nombreux autres du cahier des charges global
et recueillir des avis.

[œdicnème]

Dans le post n°1, j'indique avoir choisi pour fréquences déterminant la zone de recouvrement celles où le niveau en sortie de filtrage est de -20 dB.
En considérant une enceinte deux voies, cela signifie que, en deçà et au delà de ces fréquences, on n'entend que l'émission d'une voie, l'émission de l'autre voie étant trop atténuée pour être perceptible.
Je n'ai pas trouvé dans la littérature de justification pour cette valeur de -20 dB ou une autre, -12 ou -30 dB, parfois citées. On a donné priorité à la pifométrie.

Un peu de raisonnement ne ferait pas de mal.

Le seuil de perception d'une différence de niveau est 0.5 dB en signal sinusoïdal.
Il serait donc assez naturel de choisir les limites de la zone de recouvrement comme étant les fréquences où l'apport de la voie grave à la voie aigüe et l'apport de la voie aigüe à la voie grave sont 0.5 dB.

Un exemple concret : soit, pour une enceinte à deux voies, un filtrage Linkwitz-Riley d'ordre 4 (24 dB/oct) à fréquence de croisement 1 kHz.
La somme des deux voies est rigoureusement plane à 0 dB (les valeurs sont arrondies dans ce qui suit).

A 500 Hz, l'émission de la voie grave est à -0.5 dB et celle de la voie aigüe -25 dB, leur somme fait 0 dB.
Si l'on coupe la voie aigüe, le niveau à 500 Hz de la somme ne baisse que de 0.5 dB.  

A 2 kHz, l'émission de la voie aigüe est à -0.5 dB et celle de la voie grave -25 dB,  leur somme fait 0 dB.
Si l'on coupe la voie grave, le niveau à 2 kHz de la somme ne baisse que de 0.5 dB.

La somme n'est donc pas sensiblement influencée par la voie aigüe en dessous de 500 Hz
et par la voie grave au dessus de 2 kHz.  
   
Il semble donc assez naturel d'adopter 500 Hz et 2 kHz comme les limites de la zone de recouvrement.

[narshorn]

Oui, soit 1 octave de part et d'autre d'Fc.

Mais cela ne sera pas forcément applicable à toutes les technologies de dispositifs de reproduction sonore. Je pense aux mix HPs/pavillons en 2 voies où pour le suivi la comp chute assez rapidement vers le bas alors que le HP lui monte davantage.  Le suivi est donc asymétrique dans le meilleur des cas.  Pour ce type de mise en œuvre, -12dB semblent suffisants. Mais on va être en pentes plus raides que du 24LR possiblement.

En 3 voies il y a tout intérêt à utiliser au moins du 24dB/oct en termes de pentes filtre si le spectre audio est réparti équitablement entre les voies. Ainsi il n'y aura pas de chevauchement acoustique préjudiciable entre voies.
Crdt.

[jimbee]

Je n'ai pas trouvé dans la littérature de justification pour cette valeur de -20 dB ou une autre, -12 ou -30 dB, parfois citées. On a donné priorité à la pifométrie.

Quelques ténors du bar Audax avaient jadis indiqué le suivi de cible à -30 dB pour une erreur inférieure à 0,3 dB
sur la somme, voies supposées parfaitement en phase entre elles.

[œdicnème]

J'ai reçu un message d'un spécialiste audio qui me rappelle l'expression "effet de masque" à propos de l'effet d'une voie sur l'autre dans un filtrage. Il me précise que -20 dB est un minimum requis pour une pratique qui se veut exigeante. C'est la valeur que j'ai choisie pour le tableau des fréquences limite du post 1, recopié ci-dessus :

-20 dB    treble   bass          
order 1  06_BUT    100      10k0  
order 2  12_LiR    333      3k00  
order 3  18_BUT    426      2k14            
order 4  24_LiR    575      1k73
order 5  30_BUT    631      1k59
order 6  36_LiR    697      1k44      
order 8  48_LiR    707      1k41

*

Jimbee rappelle que le sujet avait été abordé sur le forum Audax (détruit par un missile) : 

Je n'ai pas trouvé dans la littérature de justification pour cette valeur de -20 dB ou une autre, -12 ou -30 dB, parfois citées. On a donné priorité à la pifométrie

Quelques ténors du bar Audax avaient jadis indiqué le suivi de cible à -30 dB pour une erreur inférieure à 0,3 dB
sur la somme, voies supposées parfaitement en phase entre elles.  

*

Le tableau précédent utilise le point qui présente un niveau d'atténuation choisi (20 dB ci-dessus) sur la courbe de réponse de chaque voie pour déterminer les fréquences limitant la zone de recouvrement. La phase y est négligée (pas chez Jimbee).

Pour un filtrage Linkwitz-Riley d'ordre 4 à 1 kHz, le niveau est  -20 dB sur la courbe de la voie aigüe à 575 Hz et la courbe de la voie grave à 1.73 kHz  

*

Si l'on choisit un niveau d'atténuation bien plus réduit (0.5 dB ci-dessous), c'est la connaissance de l'apport de l'autre voie qui devient intéressant. Ainsi pour le même filtrage Linkwitz-Riley d'ordre 4 à 1 kHz, le niveau est de -0.5 dB sur la courbe de la voie aigüe à 493 Hz et sur la courbe de la voie grave à 2.03 kHz.  

On a vu que 0.5 dB c'est le seuil de perception habituel d'une différence de niveau d'un signal sinusoïdal  C'est 0.25 dB pour une ouïe fine et bien concentrée (cf post de Jimbee).

J'ai dressé le tableau suivant où les fréquences où le niveau de chaque voie filtrée est de -0.5 dB. A ces fréquences, l'autre voie, en apportant une contribution tout juste perceptible, donne un niveau de 0 dB. Ainsi la sommation des deux voies donne une courbe plate.

! 0.5 dB   treble   bass   octave
! ordre 1  06_BUT   377    2k88    3     
! ordre 2  12_LiR   243    4k10    4
! ordre 3  18_BUT   707    1k42    1  
! ordre 4  24_LiR   493    2k03    2
! ordre 5  30_BUT   806    1k24    0.6  
! ordre 6  36_LiR   624    1k60    1.4
! ordre 8  48_LiR   707    1k41    1

La colonne de droite donne la largeur en octaves, arrondie, de la zone de recouvrement.

Les résultats des filtrages d'ordre impair sont étonnants. Le 18_BUT et le 48_LiR donnent la même largeur de zone de recouvrement. Avec un niveau de -0.3 dB au lieu de -0.5 dB, les résultats pour les deux filtrages restent équivalents, la zone est simplement plus large (18_BUT,  -0.3 dB à 644 et 1k55 Hz ; 48_LiR, -0.3 dB à 658 et 1k52 Hz).

Ce bon résultat du 18_BUT provient du fait que ses voies présentent un écart de phase de 90°.

Le reproche que l'on fait souvent au filtrage 18_BUT est qu'il en résulte un axe d'émission pour les haut-parleurs non co-axiaux légèrement incliné. L'utilisateur peut compenser cela par une inclinaison correspondante de l'enceinte.

Un avantage un peu oublié qu'il présente, c'est une meilleure courbe de  retard de propagation de groupe que les filtrages d'ordre pair.

[jimbee]

Un avantage un peu oublié qu'il présente, c'est une meilleure courbe de  retard de propagation de groupe que les filtrages d'ordre pair.

Pour le Butt3 standard ( et pas en sauce "Qo" ) son retard de groupe est égal à celui du LR2 ( à même Fc)
si branchement en polarité inversée d'une des voies, sinon c'est pas jojo.

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[narshorn]

Un avantage un peu oublié qu'il présente, c'est une meilleure courbe de  retard de propagation de groupe que les filtrages d'ordre pair.

Pour le Butt3 standard ( et pas en sauce "Qo" ) son retard de groupe est égal à celui du LR2 ( à même Fc)
si branchement en polarité inversée d'une des voies, sinon c'est pas jojo.

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On parle bien de comportements acoustiques quasi-parfaites de sommes de HPs filtrés non parfaits,
et dont les filtres électriques correspondants différeront sensiblement de ceux mesurés en bout de chaîne.
Crdt.

[œdicnème]

Pour le Butt3 standard ( et pas en sauce "Qo" ) son retard de groupe est égal à celui du LR2 ( à même Fc)
si branchement en polarité inversée d'une des voies, sinon c'est pas jojo.

Bien sûr. Et branchement en polarité inversée aussi pour le LR2 aussi, sinon pas de croisement du tout.

[francis ibre]

Bonjour à tous,

je me permets de revenir sur ceci :

Un exemple concret : soit, pour une enceinte à deux voies, un filtrage Linkwitz-Riley d'ordre 4 (24 dB/oct) à fréquence de croisement 1 kHz...
A 2 kHz, l'émission de la voie aigüe est à -0.5 dB...

Euh... non ! La sortie du filtre est à –0,5 dB, mais le HP peut très bien présenter un pic ou un creux de niveau à cette fréquence !

... et celle de la voie grave -25 dB,  leur somme fait 0 dB.
Si l'on coupe la voie grave, le niveau à 2 kHz de la somme ne baisse que de 0.5 dB.

Même remarque : beaucoup de boomers présentent une belle bosse de niveau quelque part entre 1,5 et 2,5 kHz, parfois avec une belle "pointe" de plus de 10 dB.
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En filtrant ce 12PS76 à 1 kHz, je doute qu'en n'entende pas sa sonorité "canard" entre 2 et 3 kHz...
Et de combien sera l'apport de cette "bosse" sur la somme ?

Francis

[jimbee]

Bonjour à tous,

je me permets de revenir sur ceci :

Un exemple concret : soit, pour une enceinte à deux voies, un filtrage Linkwitz-Riley d'ordre 4 (24 dB/oct) à fréquence de croisement 1 kHz...
A 2 kHz, l'émission de la voie aigüe est à -0.5 dB...

Euh... non ! La sortie du filtre est à –0,5 dB, mais le HP peut très bien présenter un pic ou un creux de niveau à cette fréquence !

Il est entendu qu'on ne parle pas de filtres électriques mais de pentes cibles acoustiques,
avec les filtres numériques à dsp ( & égalisation paramétrique ) ou filtrage sur pc,
on a la puissance de feu d'un croiseur et les flingues de concours pour y arriver.

[Ragnarsson]

Un avantage un peu oublié qu'il présente, c'est une meilleure courbe de  retard de propagation de groupe que les filtrages d'ordre pair.

Pour le Butt3 standard ( et pas en sauce "Qo" ) son retard de groupe est égal à celui du LR2 ( à même Fc)
si branchement en polarité inversée d'une des voies, sinon c'est pas jojo.

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Bu18 (avec polarité inversée) et LR24 sont pour moi les meilleurs compromis pour un filtrage d'enceintes.
A voir comme réponses cibles electro-acoustiques bien sûr et pas seulement électrique.

Mais dans un objectif de coincidence de phase il est plus difficile de bien aligner les phases de deux cibles Bu18 (espacement constant de phase), raison pour laquelle je pratique le LR24.

20dB d'atténuation est un bon choix, mais parfois un peu difficile à atteindre. C'est surtout dans la zone de sensibilité max de l'audition que le 20dB est à cibler. Pour un raccord à 300Hz cela peut être moins je pense.

[Ragnarsson]

Jimbee rappelle que le sujet avait été abordé sur le forum Audax (détruit par un missile) : 

L'hébergeur du forum Audax est localisé en Ukraine?

[Ragnarsson]

Bonjour à tous,

je me permets de revenir sur ceci :

Un exemple concret : soit, pour une enceinte à deux voies, un filtrage Linkwitz-Riley d'ordre 4 (24 dB/oct) à fréquence de croisement 1 kHz...
A 2 kHz, l'émission de la voie aigüe est à -0.5 dB...

Euh... non ! La sortie du filtre est à –0,5 dB, mais le HP peut très bien présenter un pic ou un creux de niveau à cette fréquence !

... et celle de la voie grave -25 dB,  leur somme fait 0 dB.
Si l'on coupe la voie grave, le niveau à 2 kHz de la somme ne baisse que de 0.5 dB.

Même remarque : beaucoup de boomers présentent une belle bosse de niveau quelque part entre 1,5 et 2,5 kHz, parfois avec une belle "pointe" de plus de 10 dB.
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En filtrant ce 12PS76 à 1 kHz, je doute qu'en n'entende pas sa sonorité "canard" entre 2 et 3 kHz...
Et de combien sera l'apport de cette "bosse" sur la somme ?

Francis

Pour les haut parleurs présentant un fractionnement important de la membrane, l'utilisation d'un circuit RLC parallèle est recommandé indispensable pour casser le mode correspondant.
Cela sera bénéfique et visible sur la mesure de HD3.

[œdicnème]

Euh... non ! La sortie du filtre est à –0,5 dB, mais le HP peut très bien présenter un pic ou un creux de niveau à cette fréquence !

Chaque chose en son temps. Quand on étudie les filtres, on commence par supposer les haut-parleurs parfaits. C'est une fois que c'est bien maîtrisé que l'on peut commencer à introduire dans l'étude les imperfections rencontrées dans la réalité. En général, on essaie d'utiliser des haut-parleurs dont les irrégularités sont éloignées de la zone de recouvrement envisagée.

Pour des systèmes trois voies dont le medium est un 13 cm, la principale difficulté que j'ai rencontrée, c'est un sérieux pic aux alentours de 5-8 kHz. Les autres irrégularités de la reproduction dues aux haut-parleurs sont modestes (et maîtrisables à l'aide de correcteurs paramétriques si l'on n'y est pas allergique ).

[jimbee]

Pour les haut parleurs présentant un fractionnement important de la membrane, l'utilisation d'un circuit RLC parallèle est recommandé indispensable pour casser le mode correspondant.
Cela sera bénéfique et visible sur la mesure de HD3.

La courbe de distorsion H3 est bien souvent à l'image de la réponse dans l'axe anticipée à f/3

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Contrairement à une égalisation active, un passif RLC pourra avoir un rôle bénéfique sur la H3, parfois nettement.