RANE AC23

RANE AC23

filtrage actif analogique (modèle 1988)

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SOMMAIRE

- Présentation du RANE AC23...

- Protocole de mesure...

- Les tests et les mesures réalisées...

- Comparatif filtre actif / filtre passif...

- Conclusions...

FILTRAGE ACTIF ANALOGIQUE

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PRESENTATION

du

RANE AC 23

(modèle 1988)

C'est dans le cadre de l'optimisation des enceintes de Emeric que j'ai découvert ce filtre actif analogique.

Emeric souhaite optimiser ses NIL mais sans s'aventurer dans un filtrage passif. Il a opté pour un filtrage actif analogique.

Sur une chaîne hifi expérimentale il utilise un filtrage actif numérique, le Behringer DCX2496. Un appareil que j'ai utilisé dans le passé et que j'ai jugé destructeur de hifi par perte de micro-informations.

C'est Thierry, un camarade souvent cité sur mon blog, qui m'a proposé de découvrir le RANE AC23. Thierry utilise ce modèle depuis peu de temps pour filtrer le woofer de ses enceintes haut rendement. Il est enchanté des résultats, il m'a convaincu.

J'ai donc proposé à Emeric de s'orienter vers cet appareil qui semble moins destructeur que le Behringer.

Nous nous sommes mis à la recherche d'un RANE AC23 en parfait état et voici la perle rare qui débarque chez moi.

Le passage de ce RANE AC23 dans mon atelier a pour but de vérifier son fonctionnement, ses caractéristiques et la précision de ses réglages.

Emeric l'exploitera en 2 canaux, 3 voies et tri-amplification. 

Voici une copie du manuel d'utilisation

et les schémas électroniques...

Remarques...

- Tous les réglages de niveau couvrent une plage de 0 à +6dB.

Ce réglage est intéressant mais à la mise en service il est préférable d'aligner la tension de sortie sur la tension d'entrée...

V out = V in

Il faut considérer que les réglages LEVEL sont des réglages fins à utiliser seulement s'il n'y a pas d'autre possibilité de réglage dans la chaîne hifi; préamplificateur, amplificateur de puissance...

Ils servent aussi et peut être avant tout à aligner les niveaux des canaux 1 et 2 et à aligner les niveaux des différentes voies.

- Les réglages DELAY permettent de retarder le signal de 0 à 2 mS. Soit un équivalent métrique de 0 à 68cm et ceci sur les voies grave et médium.

Retarder le signal est équivalent à reculer le HP.

Quand les 3 voies sont alignées sur une face plane, il faut en général reculer (retarder) le médium et le tweeter pour les aligner avec le woofer, comme ci-dessous...

Avec le RANE on pourra seulement aligner le médium et le woofer en retardant le signal du médium.

Il serait intéressant de pouvoir reculer le tweeter (retarder le signal) mais ce réglage n'est pas disponible sur cet appareil.

MAIS... Est-il intéressant de retarder le médium pour l'aligner avec le woofer ?

L'intérêt réside dans la reproduction de la plage de fréquences communes reproduites par les deux HPs (médium/woofer). Ces fréquences sont situées de part et d'autre de la fréquence de croisement des deux HPs. Sans un bon alignement des HPs cette plage de fréquence est perturbée par un mélange de signaux identiques mais déphasés.

En général, le croisement du woofer et du médium s'effectue à une fréquence basse, inférieure à 340Hz. A cette fréquence, la longueur d'onde est de l'ordre de 1 mètre.

Par rapport aux quelques centimètres qu'il faudrait compenser, la longueur d'onde est bien plus grande et donc le décalage de phase est faible. Une correction de ce petit décalage de phase serait lourde et insignifiante. 

Pour ma part, je considère que dans ce cas il est préférable de ne pas intervenir et de ne pas alourdir la chaîne électronique.

Conclusion... je vous conseille de ne pas utiliser les fonctions DELAY (mettez les potentiomètres à 0).

De toute évidence les fonctions DELAY du RANE AC23 sont destinées aux utilisateurs d'enceintes conçues en volumes distincts avec un tweeter très reculé comme c'est le cas dans de nombreux systèmes haut rendement.

En aparté...

J'attire votre attention sur l'action cachée de 2 jacks...

Les supports de ces jacks contiennent des commutateurs qui sont actionnés lors de l'insertion des jacks mâles. Le schéma bloc montre bien leur action, il vaut mieux savoir...

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Les mesures ont été effectuées avec mon banc de mesures; 

ARTA pour générer les signaux sinus et PN,

ARTA/SPA pour visualiser les courbes de réponse.

Tous les contrôles de niveau ont été effectués avec un millivoltmètre BF précis.

Le générateur de signaux intégré à ARTA a été réglé pour délivrer +/-1Vrms (valeur indiquée dans la fenêtre de paramétrage du générateur).

En réalité la tension délivrée est de 0,986 Vrms. Le réglage se faisant par bon de 1 dB je n'ai pas pu faire mieux.

C'est aussi cette valeur que je mesure en sortie de ma carte son.

Tous les essais ont été effectués avec cette tension de référence contrôlée et constante sur tout le spectre audio.

Cette tension (0,986Vrms, sinus, 1KHz) appliquée à l'entrée de ma carte son correspond à 110 dB (SPA).

Le générateur ARTA (0 dB), en mode Pink Noise, délivre un signal montré à 80 dB (SPA).

TOUTES LES MESURES SERONT REALISEES DANS CES CONDITIONS..

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Avant de commencer les tests j'ai procédé à l'alignement des niveaux des canaux et des voies (V out = V in).

Ce réglage préalable est important car il permettra d'exploiter toute la dynamique des différentes sections de l'appareil.

Tous les réglages de niveau sont délicats et les potentiomètres imprécis.

Pour un réglage correct il faut utiliser un générateur BF et un voltmètre BF. ARTA peut aussi rendre ce service avec précision. C'est impossible d'effectuer ce réglage à l'oreille.

J'ai remarqué, après avoir aligné les niveaux, que tous les potentiomètres "LEVEL" étaient positionnés entre les points 6 et 8 (+/-7). C'est un repère imprécis mais qui peut s'avérer utile.

Croisement "LOW/MID"...

La plage commune mesurée s'étend de 90 Hz à 1.000 Hz

(croisement à -5 dB)

Croisement "MID/HIGH"...

La plage commune mesurée s'étend de 500 Hz à 7.000 Hz

(croisement à -5 dB)

Les plages mesurées sont un peu moins étendues que celles annoncées par le constructeur mais leur linéarité est exemplaire...

90 Hz > 1.000 Hz mesurée contre 70 Hz > 1.000 Hz annoncée,

500 Hz > 7.000 Hz mesurée contre 450 Hz > 7.000 Hz annoncée.

Remarque:

Le signal apparaissant à 50 Hz sur la chaîne "HIGH" est lié à un problème de masse.

Le RANE n'est pas raccordé à la terre, sa masse est donc flottante. 

je corrigerai ce défaut tout en veillant à ne pas créer une boucle de masse.

Les voies "LOW"...

 Les plages de fréquences transmises sont identiques mais les dynamiques sont différentes.

La voie "LOW" du canal 2 a une dynamique plus grande de quelques dB.

Les voies "MID"...

Niveaux, dynamiques et pentes sont identiques, c'est parfait.

Pour obtenir cette coïncidence des courbes il faut absolument passer par une mesure... ARTA/SPA est parfait pour cela. C'est impossible de trouver cette similitude à l'oreille.

Les voies "HIGH"...

Les plages de fréquences couvertes sont identiques mais la voie "HIGH" du canal 2 profite d'une dynamique un peu plus importante.

Pour ce test, j'ai considéré un cas classique avec des fréquences de croisement souvent choisies...

Fcr = 240 Hz et 2.300 Hz

Ces réglages sont délicats, les commutateurs fonctionnent par plots, les indications sont imprécises et ne sauraient d'ailleurs pas être plus précises.

Ici aussi, pour une utilisation correcte de l'appareil, il faut absolument passer par des mesures électroniques.

Et ici aussi, ARTA peut rendre ce service avec précision.

Notez que les croisements sont systématiquement réalisés à - 5 dB, ça c'est parfait!

Avec l'aide des mesures, il est possible d'atteindre une très bonne précision, ce qui serait impossible à l'oreille.

Au passage, j'ai noté l'efficacité des filtres, leur dynamique...

Pour être précis j'ai mesuré les niveaux avec un voltmètre BF...

La dynamique des filtres "LOW" et "MID" est identique, je me suis donc contenté de mesurer la voie "LOW".

Le niveau de référence du filtre "LOW" est pris à 100 Hz et c'est 1 Vrms.

Le niveau bas est pris 2 décades plus haut soit à 10.000 Hz et à cette fréquence la tension résiduelle est de 0,79 mV rms soit +/- 62 dB plus bas.

Pour le filtre "HIGH" le niveau de référence a été pris à 10.000 Hz et la tension mesurée est de 0,984 V rms.

Le niveau bas a été mesuré à 100 Hz soit 2 décades plus bas. A cette fréquence la tension résiduelle est 0,62 mV rms ce qui correspond à +/- 65 dB plus bas.

La dynamique des filtres est ici de 62 dB et 65 dB...

C'est moins que ce qui est annoncé par le constructeur mais cela me semble bien.

Je compte effectuer une comparaison avec des filtres passifs classiques, BT3.

Les pentes ont été évaluées à partir des graphiques ARTA/SPA. C'est la partie la plus régulière du tracé qui a été considérée et avec des fréquences écartées d'une octave...

Mesures effectuées sur le canal 1...

 Mesures effectuées sur le canal 2...

Conclusions...

Les pentes varient entre 18 et 26 dB/octave.

Pour rappel, le constructeur annonce 24 dB/octave!

Les voies du canal 2 ont des pentes plus faibles.

C'est très variable... mais que font les filtres passifs ?

C'est ce que je comparerai lors de mes prochains tests...

Je prépare le matériel...

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Avant d'aborder cette comparaison, je me suis attardé à analyser le comportement temporel de ces filtres analogiques passifs.

Le protocole de mesure a évolué, je suis passé en mode ARTA / IMP et le niveau de l'unité IMP est fixé à -12dB.

Comparaison des réponses impulsionnelles

des canaux et des voies...

Comparaison des réponses impulsionnelles des voies "LOW" (canal 2 en vert)...

Les réponses impulsionnelles sont similaires mais leur extinction est très lente (3.000 échantillons!).

Comparaison des réponses impulsionnelles des voies "MID" (canal 2 en vert)...

Les 2 réponses impulsionnelles sont similaires et normales.

RAS (rien à signaler).

Comparaison des réponses impulsionnelles des voies "HIGH" (canal 2 en vert)...

RAS

Taux de distorsion de la voie "LOW" canal 1...

Les taux de distorsion sont très bas, c'est parfais.

Taux de distorsion de la voie "MID" canal 1...

En milieu de bande passante les taux de distorsion sont faibles mais en bordure basse de bande passante (filtrage passe-haut) ils sont très élevés, +/- 10%!

Taux de distorsion de la voie "HIGH" canal 1...

C'est pareil ici, les taux de distorsion grimpent en bordure de bande passante...

H4, 10% (700Hz) soit à 2.800Hz

H3, 5% (850Hz) soit à 2.550Hz....

Taux de distorsion de la voie "LOW" canal 2...

Les taux de distorsion sont très bas, c'est parfait.

Taux de distorsion de la voie "MID" canal 2...

RAS

Taux de distorsion de la voie "HIGH" canal 2...

C'est pareil ici, les taux de distorsion grimpent en bordure de bande passante...

H4, 10% (700Hz) soit à 2.800Hz

H3, 7% (850Hz) soit à 2.550Hz....

Rotation de phase de la voie "LOW" canal 1...

RAS.

Rotation de phase de la voie "MID" canal 1...

RAS.

Rotation de phase de la voie "HIGH" canal 1...

RAS.

Rotation de phase de la voie "LOW" canal 2...

RAS.

Rotation de phase de la voie "MID" canal 2...

RAS.

Rotation de phase de la voie "HIGH" canal 2...

RAS.

​

Le retard de groupe de la voie "LOW" canal 1...

Le retard de groupe grimpe sévèrement sous 50 Hz pour atteindre 22 mS à 20 Hz.

Et déjà 5 mS à 60 Hz, c'est beaucoup.

Retard de groupe de la voie "MID" canal 1...

Sous 500 Hz, le retard de groupe grimpe à plus de 8 mS, c'est beaucoup.

Retard de groupe de la voie "HIGH" canal 1...

0,2 mS à 10.000 Hz c'est beaucoup.

Retard de groupe de la voie "LOW" canal 2...

Ici aussi le bas du spectre est considérablement retardé. 

Plus de 20 mS à 20 Hz, c'est audible.

Retard de groupe de la voie "MID" canal 2...

Ici aussi, le bas du spectre est considérablement retardé.

Retard de groupe de la voie "HIGH" canal 2...

Idem... 0,2 mS à 10.000 Hz c'est beaucoup.

CONCLUSIONS...

Dans certaines zones du spectre les taux de distorsion peuvent atteindre 10%.

Du côté des rotations de phase, je n'ai rien relevé d'anormale. Elles sont réduites et régulières.

Par contre, les retards de groupe sont, d'une manière générale, importants voire même très importants dans le bas du spectre.

Les filtres passe-haut ne produisent pas autant de distorsion que les filtres passe-bas.

Les taux de distorsion et les retards de groupe élevés ne permettent pas d'espérer un rendu sonore fidèle; ils ne feront que brouiller le message sonore.

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Par manque de temps, je limiterai ce comparatif au filtrage d'un HP "grave-médium", un HP Tannoy récupéré d'enceinte Mercury. J'ai choisi de le filtrer en médium pour couvrir un spectre allant de +/- 270 Hz à 2.200 Hz. En faisant fonctionner le RANE sur une voie "MID" cela permet de juger du rendu d'un filtre passe-haut et d'un filtre passe-bas. Les mesures précédentes montrent que ces deux types de filtre n'ont pas les mêmes caractéristiques.

Avant d'entreprendre ce comparatif, j'ai, comme j'en ai l'habitude, mesurer le HP pour prendre connaissance des paramètres qui me serviront à calculer et à évaluer les filtres PH et PB. Le passage par XSIM est incontournable.

Première étape,

ajuster le filtrage actif du RANE...

En vert la courbe de réponse du HP non filtré et en jaune la courbe de réponse du HP filtré par le RANE.

Les fréquences de croisement ont été ajustées pour correspondre à mon objectif de bande passante du médium (croisement à - 5 dB)...

Fcr 1 = 271 Hz

Fcr 2 = 2.203 Hz

La courbe de réponse obtenue via le RANE est tout à fait correcte et la dynamique est de l'ordre de 50 dB.

Cet ajustement précis n'est possible qu'en faisant appel aux mesures.

Mesures impulsionnelles...

Evaluation des taux de distorsion...

D2 atteint 10% à 80 x 2 = 160 Hz,

D3 atteint 10% à 70 x 3 = 210 Hz,

D4 atteint 10% à 60 x 4 = 240 HZ,

autrement dit... c'est toute la zone basse du spectre reproduit par le HP qui est impactée par des taux de distorsion considérables. Cette plage de fréquences correspond à la zone de croisement de ce HP avec le woofer. C'est, dans tous les cas, une zone délicate à reproduire fidèlement. Ici on ajoute des perturbations supplémentaires.

Le reste du spectre n'est pas impacté et la reproduction est correcte.

Du côté des rotations de phase, RAS (rien à signaler).

Cette mesure confirme les observations précédentes, les retards de groupe grimpent considérablement dans le bas du spectre.

Côté SONOGRAM... RAS

Deuxième étape,

concocter les filtres passifs...

Voici les données HP intégrées à XSIM...

Ces données vont me permettre de concocter le filtrage qui donnera la même courbe de réponse que celle programmée dans le RANE AC23...

En vert, la courbe de réponse fournie par le RANE, elle servira de référence, c'est la courbe de réponse à reproduire avec le filtrage passif.

Après quelques tests intermédiaires voici le schéma retenu...

La courbe de réponse obtenue avec ce filtrage passif (en rouge) est très proche de celle obtenue via le RANE (en vert).

Le filtrage du RANE est plus efficace sous150 Hz.

Le filtrage passif est plus efficace au-dessus de 6.000 Hz.

La dynamique des filtres passifs est plus grande que celle des filtres actifs.

Réalisation des filtres passifs...

Mise en place du matériel...

Et voici le moment attendu...

les mesures réalisées sur ce HP Tannoy filtré en passif...

Le contrôle de conformité de la courbe de réponse...

La concordance est correcte, les fréquences de croisement sont respectées mais le filtre passif (le passe-haut) souffre d'une dégradation de sa pente causée par l'effet de son impédance à la fréquence de résonance.

MERCI XSIM pour cette parfaite simulation.

Les taux de distorsions....

Dans la même plage de fréquences, les taux sont passés de 10% à 1%...  C'est nettement mieux que la mesure effectuée sur les filtres actifs.

Les rotations de phase...

RAS

Le retard de groupe...

RAS.

Le sonogram...

RAS.

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CONCLUSIONS...

Ce que je retiens de cette analyse du RANE AC23...

Le réglage précis de cet appareil requiert l'utilisation d'un système de mesure permettant d'ajuster les niveaux et les fréquences de croisement des canaux et des voies.

La dynamique de ces filtres actifs analogiques est réduite alors que celle des filtres passifs ne l'est pas.

Des taux de distorsion élevés (+/- 10%) apparaissent dans les zones de croisement des voies.

Les filtres passe-haut sont moins performants que les filtres passe-bas et produisent plus de distorsions.

Les retards de groupe sont importants et peuvent devenir audibles.

Pour les moins perfectionnistes cet appareil peut rendre des services de par son apparente facilité d'emploi, pour les puristes et les amateurs de hifi, il est à proscrire.

Thierry me signale que le remplacement de tous les condensateurs électrolytiques apporte un plus évident.

MERCI DE M'AVOIR LU

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