LE PROJET DE PIERRE-ANTONIN...

Pierre m'a contacté après avoir découvert mon blog et mes interventions sur le forum du site web de François Horvat.

Sa demande initiale consistait en une relecture du schéma des filtres qu'il avait concocté pour son projet d'enceintes deux voies.

A ce stade, son projet était basé sur le grave-médium Seas Excel W17CY001 (déjà en sa possession) et le tweeter Seas Millenium T25CF002 (pas encore acheté).

C'est avec l'aide du simulateur VITUIX CAD et sur base des données publiées par SEAS que l'architecture du filtre avait été façonnée.

Je lui ai fait part de quelques remarques générales mais surtout, je lui ai conseillé d'élaborer son projet sur base des mesures électroacoustiques effectuées sur les HPs et non sur base des données publiées par le constructeur.

Pierre débute dans le DIY et il n'est pas encore équipé pour réaliser ce type de mesures. Je lui ai donc proposé de réaliser les mesures sur ses HPs, d'étudier et de mettre au point les filtres. Je lui ai aussi conseillé d'opter pour un tweeter AMT Beyma bien plus musical que le Seas Millenium.

Pierre va me faire parvenir ses HPs et c'est avec plaisir que j'effectuerai l'étude de son projet.

Il a finalement acheté des tweeters Beyma TPL75. Je connais bien le TPL150, je vais découvrir les TPL75.

Nous avons convenu que l'étude serait publiée ici et que l'article serait prolongé par un compte rendu de la fabrication et de  l'écoute.

L'analyse des HPs reçus figure dans la rubrique "MES HAUT-PARLEURS"...

Sur base des paramètres T&S réels du woofer, il est possible de calculer les caractéristiques de l'enceinte adaptée à ce HP.

L'option bass-reflex est retenue malgré le Qt de 0,6.

La simulation est effectuée avec les outils informatiques mis à disposition par Dominique Pétoin sur son site web.

J'ai noté que le volume net de l'enceinte doit être de 44 litres et que l'évent serait de 5,7 cm de diamètre, longueur 18 cm.

Bien entendu, l'évent sera ajuster aux mesures.

_____________________________

Projet adapté...

La construction des caisses peut donc commencer.

Pour ma part je vais construire une enceinte similaire sans chichi, juste pour concevoir les filtres, effectuer les mesures en situation réelle et mettre au point l'ensemble.

C'est parti pour la construction...

De mon côté, l'enceinte test fera 21 cm de largeur et 1m de hauteur comme pour la version réalisée par Pierre.

Par contre, la profondeur sera réduite à 31 cm. Ceci pour diminuer le volume interne d'environ 1 litre. Cette petite adaptation du volume est liée au fait que pour effectuer les tests plus confortablement, je laisserai les filtres hors de l'enceinte.

Construction en MDF 18 mm, H = 1m, L = 21 cm, P = 31 cm.

Voici la réalisation de l'enceinte test....

______________________________

Avant toute chose, il faut procéder à l'accord de l'évent...

C'est important car sa fréquence de résonance va influencer les mesures qui seront réalisées tout au long de la mise au point des filtres.

Les tests ont été réalisés avec un tube en carton. Je commence par insérer un tube relativement long (+/- 20 cm) ensuite, je mesure l'impédance de l'enceinte.

Le but est d'amener les deux pointes d'impédance à la même valeur. Si la première pointe de résonance a une impédance trop faible, il faut réduire la longueur du tube voire agrandir le diamètre du tube... c'est ce qui a été réalisé...

Pour le premier test, j'ai appliqué les valeurs données par la simulation réalisée sur le site de Dominique Pétoin... diamètre 57 mm, longueur environ 200 mm.

La mesure révèle que l'accord n'est pas possible, la surface de l'évent est trop petite. Le premier peak est de très faible impédance et sa fréquence est très basse.

Second test... évent de 70 mm de diamètre. C'est mieux mais l'accord reste impossible, surface trop petite...

Troisième test... évent de 100 mm de diamètre. Cette fois, l'accord est atteint avec un tube d'une longueur totale de 55 mm.

____________________________

A ce stade, Pierre m'informe qu'il a modifié le look de ces enceintes et revu quelque peu les dimensions...

hauteur: 1 m (inchangée),

largeur: 20 cm (- 1 cm),

profondeur: 32,5 cm (- 0,5 cm),

Volume interne brut: 46 litres.

NOUVEAU LOOK....

OUF! L'enceinte test ne doit pas être modifiée.

___________________________________

Maintenant que l'évent est ajusté, l'étude du filtrage peut commencer...

Dans un premier temps, je compte tester un filtre à phase linéaire. C'est un filtre du quatrième ordre qui, théoriquement, doit garantir une coïncidence parfaite des signaux du grave-médium et du tweeter.

Les filtres d'ordre paire ne m'ont jamais donné satisfaction à l'écoute mais bon, je souhaite tester celui-ci...

Les courbes de réponse des HPs concernés, le Seas Excel W17CY001 et le Beyma TPL 75 montrent que la fréquence de croisement doit être fixée à +/- 2.000 Hz. C'est le premier paramètre à déterminer.

Ce graphique montre les courbes de réponse des 2 HPs; mesures en direct des HPs non filtrés mais montés dans l'enceinte.

L'objectif des premiers essais est de trouver la fréquence maximale à laquelle le grave-médium peut être coupé.

Mais attention...

Le spectre "utile" doit être le plus linéaire possible et le spectre situé au-delà de la fréquence de coupure doit être atténué de manière linéaire.

D'autre part, vous le savez, les tweeters ne sont pas performants aux fréquences basses. Il est donc préférable pour eux de choisir une fréquence de coupure la plus élevée possible.

_____________________________________

Premier essai...

FILTRE 1

Voici le schéma du filtre à phase linéaire...

Fréquence de coupure: 2.000 Hz.

Les impédances encodées sont celles relevées sur les courbes d'impédance, à la fréquence de coupure choisie, ici à 2.000 Hz.

Voici ce que le simulateur Xsim fournit comme information concernant le group delay de chaque voie...

Autour de la fréquence de croisement, le group delay de chaque voie est quasiment identique... Théoriquement, la coïncidence est donc assurée!

Et, il faut aussi noter que dès 700Hz, la différence des temps de propagation est inférieure à 50 µSec.

Avec ce filtre 1, la mesure de la courbe de réponse du grave-médium montre une accentuation des fréquences situées autour de 1500 Hz. Cette bosse était déjà présente dans la mesure faite en direct mais ici, elle est accentuée et elle risque fort de perturber l'écoute. Pour éliminer ou réduire ce dôme il faut descendre la fréquence de coupure du filtre, c'est ce que je compte tester à présent. Ce sera l'objectif du filtre 2.

Deuxième essai...

FILTRE 2

Voici le schéma du filtre à phase linéaire calculé pour une fréquence de coupure de 1.500 Hz.

Cette fois, la courbe de réponse est plus linéaire.

La fréquence de coupure me paraît optimale; plus basse le tweeter serait en deçà de ses capacités, plus haute le peak va réapparaître.
 

A la lecture de ce graphique je me suis demandé pourquoi la courbe de réponse prenait cette allure descendante...

Je sais que l'étude mathématique du filtre à phase linéaire montre des variations de niveau assez importantes... J'ai voulu vérifier cette hypothèse en comparant la courbe de réponse avec celle d'un filtre Butterworth 3 que je connais beaucoup mieux et qui n'altère pas la courbe de réponse. Ce sera mon filtre 3.

Troisième essai...

FILTRE 3

La courbe de réponse du BT3 est en vert, en jaune le filtre à phase linéaire. Pour les deux filtres, la fréquence de coupure est fixée à 2.000 Hz.

Effectivement, le filtre à phase  linéaire relève quelque peu le niveau du grave et du bas-médium. Je note cette caractéristique mais je compte poursuivre mes essais avec le filtre à phase linéaire.

Je reviendrai au BT3 si nécessaire. Le passe-haut n'a pas été testé.

Il faut aussi remarquer que les pentes d'atténuation de ces deux filtres sont identiques et pourtant c'est du 3 ème ordre et du 4 ème ordre!

_______________________________________

RETOUR AU FILTRE 2

pour évaluer le passe-haut...

ce sera mon FILTRE 2.2...

Avant d'évaluer ce filtre, il est nécessaire d'aligner les niveaux des deux HPs.

Comme l'impédance du tweeter est purement résistive, un atténuateur à impédance constante s'impose.

Après quelques tests, j'ai opté pour une atténuation de 9 dB.

Voici le schéma du filtre 2 modifié en 2.2

La courbe de réponse théorique n'est pas très linéaire mais j'ai renoncé à tenter de l'optimiser car tout modification de valeur d'un des composants du filtre altère le group delay.

Même si les temps de propagation ne sont pas parfaitement identiques, on remarque que la différence reste inférieure à 50 µSec de 500 Hz à 20 KHz.

Voici la courbe d'impédance des filtres modifiés...

Voici le relevé des courbes de réponse de chaque voie. Le croisement s'effectue à 1.850 Hz.

Et voici la courbe de réponse du système complet...

Mesure effectuée dans mon atelier, micro placé dans l'axe du tweeter, à 2 m.

Il ne reste plus qu'à tester à l'écoute...

Ces beaux graphiques recèlent-ils de la hi-fi ?

Ce filtre à phase linéaire fait-il mieux que le BT3 ?

__________________________

La  première écoute  du filtre 2.2 fut décevante et la comparaison avec le BT3 impossible.

Le filtre BT3 rapidement testé ci-dessus, a été trop vite abandonné. Pour pouvoir le comparer au filtre à phase linéaire il doit  être optimisé.

Le passe-bas a été recalculé avec une fréquence de coupure de 1.500 Hz (insatisfaisant aux mesures) et ensuite de 1.200 Hz. C'est cette fréquence de coupure qui donne le croisement des deux courbes de réponse à - 5 dB.

Mais attention, le passe-haut est calculé pour une fréquence de coupure de 1.500 Hz.

La fréquence de croisement mesurée est de 1.850 Hz.

Pour se rapprocher de la courbe cible ISO2969, l'atténuateur du tweeter a été recalculé sur - 6 dB .

Ce filtre BT3 optimisé, sera mon filtre 5...

A l'écoute, ce filtre 5 donne d'excellents résultats, je retrouve les caractéristiques sonores de ce type de filtre que je connais bien. Le rendu sonore est transparent, détaillé et réaliste.

Le Beyma TPL 75 s'en sort bien, il est tout aussi fin que le TPL 150.

L'écoute de mes plages tests habituelles est plaisante.

Reste maintenant à corriger le filtre à phase linéaire de manière à pouvoir le comparer au filtre BT3.

Pour rendre la comparaison vraiment pertinente, j'ai cru bon de superposer au mieux les courbes de réponse des deux filtres. Pour cela j'ai dû atténuer le tweeter de la même manière sur les deux filtres. C'est finalement l'atténuation de 6 dB que j'ai retenue; R2 = 2.7 ohms, R3 = 5.4 ohms.

Ce sera mon filtre 2.3.

Maintenant, les courbes se superposent parfaitement, les niveaux sonores sont identiques et la comparaison portera uniquement sur la différence de caractère des deux filtres.

Ces mesures ont été réalisées au point d'écoute; en vert, avec le filtre à phase linéaire, en jaune avec le BT3.

Sur le plan des mesures, les deux filtres sont similaires...

Cette fois, des tests à l'écoute peuvent être envisagés de manière sérieuse...

Après quelques jours d'écoutes attentives...

Principale constatation:

Les rendus sonores de ces deux filtres sont très similaires.

De prime abord, le filtre à phase linéaire me semblait apporter plus d'aération dans le médium mais en prolongeant les écoutes et en multipliant les comparaisons, la première impression n'a pas été confirmée. A l'écoute, ces filtres donnent le même rendu sonore et les plages bien gravées sont superbement  rendues.

Par contre, à l'écoute de certaines plages dont la gravure est de moindre qualité (CD remastérisés), il apparaît que le tweeter est mis en difficulté. Là ou le TPL150 montrait une grande tolérance, le TPL75 ne pardonne pas et des saturations se font remarquer. Bien sûr on pourrait simplement écarter ces CD médiocres mais il est peut être possible de soulager le tweeter en  modifiant sa fréquence de coupure. C'est à tester car le grave-médium a aussi ses limites!

Ma conclusion, à ce stade, est que le filtre Butterworth 3 donne entière satisfaction et que le filtre à phase linéaire ne confirme pas son avantage théorique.

______________________________

Remise en chantier du filtre BT3 dans le but de soulager le tweeter tout en respectant les limites du grave-médium...

L'idée est de passer outre de l'irrégularité du spectre du Seas-Excel et de le couper aux maximum de ses possibilités soit à environ 3 KHz. La bosse relevée autour de 1.700 Hz pourra, si nécessaire, faire l'objet d'une correction spécifique.

_______________________________

Nouvelle batterie de tests avec un BT3 calculé sur une fréquence de coupure de 3.000 Hz...

_________________________________

Cet essai a été réalisé, comme beaucoup d'autres d'ailleurs.

Aux mesures, bon nombre de combinaisons donnent d'excellents résultats. Par contre, à l'écoute seul les plages bien gravées passent parfaitement. Les plages de qualité moyenne induisent rapidement de désagréables saturations et/ou distorsions.

La correction de la bande passante du grave-médium ne donne pas un bon résultat car la réjection n'est pas symétrique. Le médium est lui aussi atténué ce qui n'est pas acceptable.

Mais, je le rappelle, ma recherche actuelle a pour but d'élargir l'écoute aux plages de qualité moyenne. Les plages bien gravées sont déjà magnifiquement rendues.

En fait, la difficulté rencontrée résulte de deux limitations:

d'une part, le grave-médium devrait être filtré à +/- 1.300 Hz de manière à fournir une courbe de réponse linéaire,

et d'autre part, le tweeter doit être filtré à plus de 2.500 Hz car en deçà de cette fréquence, des distorsions et des saturations apparaissent.

Après de très nombreux essais, j'ai retenu une combinaison de deux filtres du premier ordre. Ce filtrage permet le passage doux entre les deux voies, sans creux et en respectant les limites de chaque HP.

Avec ces filtres, les mesures sont parfaites et à l'écoute, c'est le meilleur compromis. Les plages de référence sont magnifiquement rendues et les plages de qualité moyennes sont plus que correctement rendues.

J'ai réalisé beaucoup de tests peu convaincants que je ne vais pas développer, ce serait inutile. Voici le compte rendu complet du filtrage retenu, celui que je propose à Pierre. C'est mon filtre 20.

_____________________________

FILTRE 20,

version finale

C'est par tâtonnements et grâce aux mesures que les valeurs de L1 et de C2 ont été déterminées. Dans le cas présent, les calculs ne donnent rien de probant.

L'atténuateur à impédance constante (R1, R6) est calculé sur 5.4 ohms (impédance du Beyma) et pour une atténuation de 4 dB.

Le circuit Zobel (R2, C4) placé sur le grave-médium est particulièrement utile dans le cas présent, il permet de maximiser l'effet du filtre à 6 dB/octave.

Les valeurs des composants ont été déterminées par mesures et simulations...

Les mesures suivantes mettent bien en évidence l'effet du circuit Zobel...

avec le circuit Zobel en jaune,

sans ce circuit en vert...

Voici la courbe de réponse de chaque voie filtrée...

Le croisement des deux filtres  s'effectue à 2.370 Hz et à environ - 5 dB.

Le choix de cette fréquence résulte de très nombreux tests à l'écoute; plus basse, le tweeter est en difficulté et des saturations sont perçues, plus haute, le point de croisement tombe sous - 6 dB et un creux apparaît dans la courbe de réponse du système.

Cette fréquence de croisement m'a semblé être le meilleur compromis.

La courbe de réponse relevée au point d'écoute ne fait pas apparaître l'irrégularité de la courbe de réponse relevée en champ proche. La distance et les réflexions dans le local aplanissent ce défaut.

Il faut remarquer la parfaite linéarité du tweeter. Dommage qu'il ne puisse pas être filtré plus bas!

Pour rappel, les irrégularités relevées dans le bas du spectre (sous 100 Hz) sont dues à la position d'écoute et aux caractéristiques du local.

Voici d'autres informations intéressantes fournies par  Xsim:

la courbe de réponse théorique,

la courbe d'impédance du système complet,

la réponse au signal carré à 1 KHz,

le group delay de chaque voie.

Avec l'accord de Pierre, les composants de qualité sont commandés...

Les selfs Intertechnik utilisées pour les tests seront conservées, elles sont ajustées et faites d'un fil de 2 mm de diamètre.

Les condensateurs et les résistances seront des Jantzen CrossCap, Superior et Superes.

Coût total pour les composants, environ  90 euros.

J'attends la livraison...

Voilà, c'est livré.

Une nouvelle batterie de tests est prévue avec les composants HQ et aussi avec la seconde paire de HPs.

Les filtres sont câblés avec les nouveaux composants...

C'est une étape stressante car parfois cette transition réserve des surprises...

Voici les mesures réalisées sur la première paire de haut-parleurs.

Aucune dérive n'est constatée, c'est parfait.

Voici les mesures réalisées sur la seconde paire de haut-parleurs.

Rien d'anormal, c'est parfait.

Et pour terminer, voici les mesures des courbes de réponse relevées au point d'écoute pour les deux paires de HPs.

A l'écoute, je n'ai pas remarqué d'écart significatif par rapport aux tests précédents.

Pour moi, tout est en ordre, le retour du matériel peut être organisé...

_________________________________________________

______________________________

________________

1000 kilomètres plus au sud,  la construction des enceintes a commencé...

Pierre a choisi de travail avec des panneaux de bambou.

Voici les premières photos, la préparation des panneaux latéraux.

Et une petite surprise... les lames de bambou sont croisées. Pierre ne comptait pas sur ce type de profil, il faut donc bricoler pour obtenir une face avant impeccable...

Découpe de la trappe arrière et préparation du panneau  avec insert du bornier...

Les découpes, suite...

Assemblage et collage des panneaux de la première enceinte...

Après l'assemblage de la première enceinte, Pierre n'a pas résisté à la tentation...

Vite, un premier test à l'écoute...

et voici son commentaire à chaud:

La première enceinte est finalisée.

On a passé la soirée à l’écouter, c’est une merveille !!

Le TPL75 fait sacrément bien son boulot et le W17 descend bien et reste précis !!

Pierre vient de terminer la réalisation de ses enceintes. il m'a transmis les photos qui figurent ci-dessous.

La ligne des enceintes et leur finition s'intègrent à merveille dans son salon. C'est un très bel ensemble!

Bravo pour cette réalisation, c'est magnifique!

Un beau projet bien mené, félicitations!

Pierre m'a promis un commentaire détaillé de son ressenti à l'écoute... Je suis impatient...

Voici le commentaire que Pierre vient de ma faire parvenir, après quelques semaines d'écoute...

Sachez que l’enthousiasme de mes premières écoutes n’est pas retombé. Et que je prends énormément de plaisir avec ces enceintes !!

En quelques mots ces colonnes dépassent les espérances de départ.

 

Mon système audio répond à un large cahier des charges puisqu’il est relié à la TV et sert donc autant à regarder des films qu’à l’écoute de morceaux de musiques. Ce système est constitué du lecteur réseau CXN Cambridge Audio et de l’ampli Topaz de la même marque. Les 35 Watts de ce dernier sont amplement suffisants pour alimenter ces deux enceintes.

 

Dès la première écoute j’ai compris que j’avais changé de monde, le rendu est profond et précis.

Les graves sont bien présents, propres et dynamiques, sans en faire de trop. 

Le tweeter reproduit à merveille le haut du spectre et les timbres sont joliment reproduits.

J’avais quelques appréhensions quant au choix d’un tweeter à ruban et finalement heureusement que vous m’avez aiguillé sur cette architecture.

 

Tout mes amis qui ont eu l’occasion de passer à l’appart depuis qu’elles sont installées sont surpris du son reproduit !!

J’ai pas noté de grésillement dans le bas du tweeter qui ont poussé au filtre 6db/octave.

 

Le rendu est bon quelque soit la qualité de la source, cependant dès que la source est de haute qualité la différence est là notamment avec des enregistrements en 24bit-96kHz. Il y a beaucoup plus de profondeur, l’expérience est envoutante !!

 

Encore merci pour toute l’étude remarquable et l’énergie que vous avez consacré à ce projet.

En plus d’une excellente paire d’enceintes, cette aventure m’a donné envie d’en refaire encore plus !!  Je risque de vous re-soliciter.

______________________________________

Merci Pierre pour ce commentaire élogieux et à bientôt peut être...

PS: le choix du filtre 6dB/octave n'a été fait pour éviter des grésillements mais bien pour s'adapter aux caractéristiques des HPs et atteindre la plus grande musicalité possible.