LE PROJET DE GAETAN

par FLI - 21 Décembre 2020, 08:58 - Catégories : #MES CREATIONS

La demande de Gaëtan M.

Gaëtan souhaite que je l'aide à confectionner une paire d'enceintes qu'il rêve de construire depuis longtemps. Il possède déjà les HPs qu'il souhaite mettre en oeuvre dans son projet mais il préfère aborder sa réalisation par le biais des mesures électroacoustiques...

C'est avec son accord que je publie sa demande initiale:

"...

Voilà longtemps que je désire me lancer dans un projet d'enceintes DIY mais la aléas de la vie ont fait que je n'en ai jamais eu vraiment l'occasion.

Ce domaine en outre fait peur car sa technicité est grande pour quelqu'un qui n'y connaît rien en électronique... Etant ingénieur en construction, outre les calculs de caisse, le reste s'assimile pour moi à du chinois!

(En novembre 2024, j'ai supprimé une partie du texte de Gaëtan... manque de respect d'une personne citée)

Voilà, je vous adresse dès lors ce message dans l'espoir d'un conseil de filtrage pour une combinaison Audax HM210Z0 + Sica LP110.28/380TW... si vous avez quelques instants à m'y consacrer, vous me combleriez!

C'est avec plaisir que je l'aiderai dans l'étude de son projet mais en développant ma méthodologie habituelle et dans le but d'optimiser l'exploitation du matériel mis à disposition.

Nous avons convenu qu'après analyse complète des HPs et sur base des mesures électroacoustiques, Gaëtan prendrait en charge la construction des enceintes et qu'ensuite j'aborderais, en situation réelle, l'étude et la mise au point des filtres.

Dans un premier temps, il s'agit donc de passer les HPs au banc de mesures.

Pour rappel, les HPs choisis par Gaëtan sont:

- le grave-médium AUDAX HM210Z0,

- le tweeter SICA Z009240 (LP 110.28/380 TW).

L'étude complète de ces HPs est publiée dans la rubrique "Mes haut-parleurs".

Maintenant que toutes les caractéristiques techniques des HPs sont connues il est possible d'envisager le projet de manière scientifique.

Tout d'abord, à partir des mesures effectuées sur le HP "grave-médium", l'Audax HM210Z0, on peut calculer le volume de charge requis.

Le calculateur mis à disposition par Dominique Pétoin sur son site internet indique que ce volume doit être compris entre 70 L et 140 L.

Les plus grands volumes accentueront l'extrême grave.

Pour ma part, je crois que 75 L suffisent pour obtenir un grave équilibré (VAS + 10%, + volumes occupés par les filtres et l'évent).

Côté filtrage, il ne faut pas envisager un filtrage en premier ordre, il devrait couper trop bas et produirait un taux d'intermodulation important.

Un filtre à pente raide permettrait de profiter pleinement du spectre couvert par le HP tout en réduisant déjà la bosse relevée entre 500 et 2.000 Hz. Ce type de filtre permettrait aussi de rejeter efficacement les rebonds qui apparaissent au-delà de 2.000 Hz et du même coup réduirait considérablement l'intermodulation avec le tweeter.

C'est seulement après la mise au point du filtre que l'on pourra confirmer l'intérêt du circuit Zobel et envisager le circuit correcteur de bande passante.

Ce HP mérite d'être évalué à l'écoute.

Pour ce qui est du tweeter SICA, les conclusions tirées après mesures sont claires, il manque vraiment de linéarité... il vaut mieux l'écarter de tout projet hifi.

Je propose à Gaëtan de revoir son choix de tweeter et d'envisager un ScanSpeak, un SB Acoustics, peut être un Esotar T330D, voire un Beyma TPL150. Je ferai des propositions...

Je suggère aussi de débaffler le tweeter et de le reculer afin d'optimiser la mise en phase des HPs.

.....

En attendant la réponse de Gaëtan j'ai effectué quelques simulations de filtrage sur l'Audax...

Les fichiers .ZMA (courbe d'impédance) et .FRD (courbe de réponse) enregistrés lors des mesures effectuées sur les HPs sont indispensables pour optimiser la simulation sous XSim.

Après quelques tâtonnements concernant le choix de la fréquence de coupure du filtre, j'ai retenu le calcul du filtre Butterworth 18dB/octave avec une Fc de 1.675 Hz et Z (à Fc) = 14 ohms.

calcul réalisé sur ce site: https://www.diyaudioandvideo.com/Calculator/SpeakerCrossover/

Ce filtre permet d'atténuer considérablement les résidus du spectre au-delà de 2.000 Hz tout en ménageant le plus large spectre utile.

De cette façon, la fréquence de croisement peut être fixée à +/- 2.000 Hz.

Voici les résultats issus de XSim...

Le résultat n'est pas mal du tout, la linéarité de la courbe de réponse est fameusement améliorée. Cependant, comme la remontée d'impédance de l'Audax est importante, j'ai testé l'efficacité du circuit Zobel...

Courbe d'impédance corrigée par le circuit Zobel et courbe de réponse résultante.

Courbe d'impédance corrigée par le circuit Zobel et courbe de réponse résultante.

De toute évidence, le circuit Zobel permet de linéariser encore plus la courbe de réponse et évite l'ajout d'un correcteur de bande passante.

Après cette évaluation du filtrage via XSim, Il faut vérifier la véracité des résultats aux mesures...

Le HP est monté dans une enceinte test rafistolée de 60L, enceinte clos et non amortie.

Voici les mesures réalisées en champ proche,

elles confirment les résultats de la simulation...

La courbe de réponse est bien linéaire.

Le fractionnement remarqué à 170 Hz est caractéristique du HP, voyez la fiche technique. Il sera réduit en amortissant l'enceinte et en évitant les faces parallèles.

La réponse dans le grave est tout à fait satisfaisante et le haut du spectre est propre et sans scorie.

Le croisement avec le tweeter doit être réalisé à 2.100 Hz, ce qui ne doit pas poser de problème pour un tweeter de bonne facture.

...

MESURES SUR L'IMPULSION...

REPONSE IMPULSIONNELLE DE L'AUDAX HM210Z0

Les taux de distorsion sont inférieurs ou de l'ordre de 1%, c'est parfait.

Pour la partie utile du spectre, la rotation de phase est réduite et normale.

Le retard de groupe est normal et toujours sous le seuil d'audibilité (< 1/T).

Le sonogram ne fait apparaître aucun traînage, c'est parfait.

.....

A titre indicatif, voici la courbe de réponse relevée sans le circuit Zobel...

C'est évident, sans ce petit circuit RC le palier parasite réapparaît de manière néfaste.

CONCLUSIONS...

Les mesures réalisées sur le HP à vide montraient une courbe de réponse peut convaincante. Il en est tout autrement quand le HP est filtré avec un BUT3 bien réglé. Le filtre mis au point donne d'excellents résultats et la linéarité de la courbe de réponse est parfaite. Toutes les mesures complémentaires confirment les qualités de ce HP filtré de cette manière.

A titre expérimental, j'ai tenté d'ajuster encore plus la correction du circuit Zobel mais les résultats furent catastrophiques au niveau de la réponse impulsionnelle; emballement de la rotation de phase, group delay doublé, traînage énorme sur deux plages de fréquence... Je n'ai pas insisté!

Les tests ont été réalisés avec une charge acoustique de 60 L, Gaëtan envisageait un volume plus faible, de l'ordre de 50 - 55 L...

Réduire le volume de 10% n'aura pas un impact important sur le rendu du grave.

Pour avoir testé le HP en version bass-reflex, je peux affirmer et sans hésitation que sa courbe de réponse, dans le bas du spectre, est bien plus linéaire en clos.

Reste donc à lui trouver un coéquipier adapté et de qualité...

...

Pour rester dans le groupe des tweeters déjà bien connus pour leur qualité "hifi" et leur excellent rapport qualité-prix, j'ai proposé la sélection suivante:

ScanSpeak D2008 8511,

ScanSpeak D2010 8511,

SB Acoustics SB26STAC.

Lors des échanges relatifs au choix, d'autres SB Acoustics ont été évoqués dont notamment le Satori TW29DN-B-8 qui plaisait à Gaëtan...

Lors d'un dépannage, j'ai pu apprécier la qualité de fabrication de la gamme Satori malheureusement sur le plan de la musicalité et de la fidélité je suis resté sur ma faim. Les caractéristiques techniques ne sont pas exceptionnelles et les prix ne sont pas justifiés!

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Finalement, Gaëtan a choisi le SB Acoustics SB26STAC, la commande est passée...

Les tweeters ont été livrés, ils seront d'abord mis au banc de mesures. Voyez l'analyse complète en suivant ce lien...

SB ACOUSTICS SB26STAC - MES ENCEINTES ACOUSTIQUES

http://www.mes-enceintes-acoustiques.com/2020/12/sb-acoustics-sb26stac-en-cours.html

Maintenant que les caractéristiques des tweeters ont été mesurées, il est possible de poursuivre l'élaboration des filtres mais avant d'entamer cette étude, il est utile d'évaluer le recul à donner au tweeter pour le mettre en phase acoustique avec le "grave-médium".

Il est possible de réaliser cet ajustement sur base de l'analyse impulsionnelle mais ma technique est bien plus simple.

Elle est basée sur l'addition optimale des signaux émis par les HPs.

Le HP "grave-médium" est monté dans une enceinte test et je pose au-dessus de l'enceinte un chariot qui supporte le tweeter.

Le micro de mesure est placé à mi-distance entre les deux HPs et reculé d'environ 60 cm.

Les HPs sont branchés en // et une résistance de quelques ohms est placée en série pour protéger l'ampli.

Un bruit rose est diffusé à niveau moyen et je relève la courbe de réponse résultante...

Le chariot est d'abord placé dans le prolongement de la face avant de l'enceinte et la courbe de réponse correspondant à cette position est enregistrée. Sur la copie d'écran qui est reprise ci-dessous, c'est la trace jaune.

Ensuite je recule progressivement le chariot jusqu'au passage par le niveau maximum, c'est la trace verte. Avec ce recul, les points d'émission des deux HPs sont alignés, les ondes se superposent parfaitement, elles sont en phase, et il en résulte une pression acoustique maximale.

En reculant plus le tweeter le niveau diminue.

Il suffit alors de mesurer la distance qui sépare les faces avant pour connaître le recul optimal.

Ici, le maximum est atteint avec un recul de +/- 35 mm.

Vous remarquerez que dans la zone qui deviendra la zone de croisement des HPs c'est-à-dire autour de 2.000 Hz le gain est de l'ordre de 12 dB, c'est appréciable.

Je conseille vivement d'adopter ce reculer du tweeter pour profiter de ce gain.

Et en pratique...

Le support en forme d'ogive est une solution élégante qui permet en plus de réduire les effets de bords.

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FILTRAGE DU TWEETER...

La recherche du filtre Butterworth 18 dB/octave s'appuie sur deux mesures réalisées précédemment:

1- le relevé de la courbe de réponse du "grave-médium" filtré,

2- le relevé de la courbe d'impédance du tweeter.

Ces deux graphique sont repris ci-dessous.

Du premier graphique on retiendra que la fréquence de croisement sera située à environ 2.100 Hz, à 85 dB, soit 5 dB sous le niveau moyen.

Du second graphique sera déduite l'impédance à la fréquence de coupure.

Ces deux informations vont servir de base au calcul du filtre.

Pour la suite, il n'y a pas de recette miracle, c'est par tâtonnement que l'on trouve la fréquence de coupure du filtre qui permettra de croiser à - 5 dB, +/- 2.100 Hz.

Mais dans cette recherche, le simulateur XSim est d'une aide extraordinaire... si le simulateur fait apparaître un point de croisement correct, il y a une très bonne chance pour que l'expérimentation donne aussi un résultat correct.

C'est ainsi que je suis arrivé à retenir le filtre calculé avec Fc = 2.700 Hz et une impédance à Fc = 3,3 ohms...

Voici les résultats de la simulation...

Et voici les résultats mesurés...

Il a été nécessaire d'aligner les niveaux des HPs... le niveau du tweeter a dû être atténué de quelques dB...

Et le croisement des HPs s'effectue à 2.078 Hz... C'est parfait.

....

SCHEMA COMPLET DES FILTRES....

Vous remarquerez que la valeur de C3 a été réduite à 14 µF.

Cette optimisation a d'abord été simulée et ensuite testée, elle permet d'améliorer la pente montante du tweeter et en finalité de réduire l'intermodulation.

Conclusions...

L'étude préliminaire est terminée et les informations publiées permettront à Gaëtan de réaliser les enceintes.

Le respect des recommandations et le choix de composants de qualité pour la construction des filtres garantiront une écoute hifi.

Le passage aux composants de filtrage de qualité tend systématiquement à relever le niveau du tweeter. C'est le seul ajustement qui devra être réalisé aux mesures en toute fin de parcours.

Gaëtan je vous souhaite une bonne construction et bien entendu je reste à votre disposition pour toute information complémentaire.

Bon courage, merci pour votre confiance et à bientôt.

... A ma connaissance, le projet n'a pas été réalisé...

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