Jipihorn's Blog

mai 25, 2009

Linkwitz dans la vraie vie

Filed under: Bricolage, Electronique, Linkwitz — jipihorn @ 11:08

Le grand Siegfried Linkwitz, en dehors du filtre défini en association avec Riley, a proposé à la fin des années 70 une méthode de correction pour enceintes du deuxième ordre basée sur une fonction de transfert et une application pratique nommée transformée de Linkwitz.

Si cette technique permet de rattraper des enceintes (en général closes, mais des quasi second ordre pourraient convenir) un peu défaillantes dans le bas, ce n’est que plus récemment son emploi peut être plus convaincant grâce à l’arrivée de haut-parleurs pouvant supporter le surplus de puissance dans le bas que cette transformation peut générer. On peut trouver facilement la version la plus courante, simple et très efficace. Le principe de fonctionnement est élémentaire, une compensation des pôles de l’enceinte et une substitution par de nouveaux. C’est très bien expliqué sur le site de Linkwitz, mais bon, c’est du filtrage élémentaire. La mise en œuvre à un ampli op et double T ponté est assez élégante, je pense que la vraie difficulté était plutôt à ce niveau, il fallait la trouver. Essayez de trouver la fonction de transfert générale de ce circuit sans les contraintes sur les composants (on ne les connait pas au début de l’étude) avec notre brave théorème de Millman et faire l’analogie avec celle que l’on veut… Bon courage, c’est le genre de tâche d’un ennui proche de l’infini.

Le problème avec ces circuits simples c’est que tous les paramètres sont liés et il est impossible de les régler séparément. Idéalement, on voudrait bien avoir 4 potentiomètres avec les réglages de Qz, Fz de l’enceinte d’origine et le Qp, Fp de l’enceinte une fois corrigée (en reprenant les notations de Linkwitz). Malheureusement, faut pas trop y compter avec le schéma habituel, à moins que d’avoir des sélecteurs rotatifs avec un certain nombre de circuits pré-câblés (bonjour le nombre de combinaisons).

Il existe quelques tentatives de séparation de paramètres, dont une commerciale, celle de Marchand nommée Bassis. C’est la plus avancée que j’ai pu trouver. Le manuel donne même le schéma, mais même si il s’agit bien de la transformée de Linkwitz, son nom n’est cité nulle part. Par ailleurs, il n’y a pas de notion de Fp, mais un « boost » beaucoup moins pratique (mais c’est une vue purement personnelle). Ce schémas souffre d’un problème principal : il n’y a pas de séparation réelle entre Fp et Fz et donc nécessite de fixer Fz avant de modifier Fp. En pratique, ça n’est pas vraiment une grosse contrainte et cet appareil est quand même beaucoup plus pratique que le schéma d’origine.

La méthode la plus adaptée pour faire ce genre d’exercice est l’utilisation des filtres à variable d’état. Ces montages sont universels et permettent de construire à peu près n’importe quelle fonction de transfert. Le technique de modélisation de ces filtres est facile et la topologie permettant une fonction de transfert générale du second ordre est assez évidente lorsque l’on manipule un peu ces types de filtres. C’est ce qui est utilisé dans le Bassis comme on s’en serait douté.

Avec les haut-parleurs Acoupower qui seront chargés en clos, j’ai besoin de ce montage pour régler le système car on ne sait jamais vraiment comment cela va se comporter dans la vraie vie. Et donc, j’ai pu trouver aux moins deux topologies qui fonctionnent avec une vraie séparation des variables. Je pense que ceux qui font un peu d’électronique vont immédiatement les trouver en cherchant un peu, donc je ne vais pas m’étendre là-dessus. Le problème qui vient immédiatement, et qui est plus subtil, c’est de rendre ces réglages linéaires, c’est à dire que les fréquences et les Q soient étalés proportionnellement à la position des potentiomètres. Les intégrateurs de ces filtres ont des fréquences inversement proportionnelles à la résistance, ce qui rend le réglage en 1/R. Difficile de savoir exactement ou l’on est (à moins de calibrer précisément les graduations).

Le Bassis utilise une astuce de linéarisation des réglages avec mise à la masse progressive (que l’on peut voir sur chaque potentiomètre). Ce système fonctionne correctement si le potentiomètre a une valeur faible devant les autres résistances et la version du Bassis n’est pas celle qui produit l’erreur minimale (il manque une résistance). Si, comme moi, on n’a que des valeurs élevées en stock, il ne faut pas utiliser cette technique. Il faut modifier un peu la topologie pour inclure des réglages en 1/R ce qui donne le schéma final que je vais utiliser. Si l’on peut calibrer ses potentiomètres avec des graduations non linéaires, ça simplifie beaucoup le schéma. Une autre méthode (que j’avais pensé utiliser) est l’utilisation de potentiomètres numériques comme le AD5290 et les piloter avec des pics. Le problème, c’est qu’il faut les trouver. D’autres méthodes de linéarisation sont possibles, comme  l’emploi de gyrateurs appliqués à une résistance (Simple, mais bon, ca fait des amplis op en plus, d’autant plus que les résistances sont flottantes)  ou des resistances commandées en tension à base de FET (difficile à calibrer, mais ca marche).

Je suis assez étonné qu’il n’y ait pas sur le net ce genre de schémas, vu le nombre de personne qui le demande. Pourtant, c’est vraiment à la portée d’un étudiant en licence d’électronique. Le schéma du Bassis ne va pas jusqu’au bout de la démarche. Enfin, bon, une fois le proto réalisé, je donnerai des schémas possibles (à moins que des gens me le demande avant). En tout cas, la modélisation Spice fonctionne à merveille et les réglages (gradués linéairement de 10 à 60Hz en fréquence et 0.2 à 2 en Q) permettent vraiment d’utiliser enfin la transformée de Linkwitz d’une manière pratique…

Jipi.

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2 commentaires »

  1. La transformée de Linkwitz permet de déplacer la fréquence de coupure d’un HP clos vers le bas mais aussi vers le haut (Linkwitz le fait dans son premier papier), ce qui peut s’avérer tout aussi utile si on veut réaliser un filtrage des HP où leur propre fonction de transfert en passe-haut est prise en compte.

    Dans la même revue où Linkwitz avait publié pour la première fois ses circuits en 1978, Sokol, en 1983, a proposé un schéma capable de faire la même transformée dans les basses fréquences que celui de Linkwitz, mais en beaucoup plus simple et réglable. Curieux que ce circuit soit si peu connu. Hegglun en a proposé une version légèrement améliorée en 1996 (schémas sur demande par mail), c’est celle que j’ai réalisée, le résultat m’a de suite convaincu.

    Je me suis ensuite attaché à voir si les transformées étaient transposables en numérique, il ne faudrait plus alors qu’une minute ou deux pour « transformer » n’importe quel HP clos

    Les surprises sont venues là où je ne les attendais pas, mais voyons d’abord le principe que j’ai élaboré à l’aide d’un simulateur en faisant appel à des circuits RLC et des amplis-op.

    Une égalisation paramétrique centrée sur la fréquence de résonance d’un HP en clos permet de réduire ou d’en augmenter le coefficient de surtension et obtenir une valeur particulière. Nous maîtrisons déjà donc les Qtc des HP clos.

    Si pour un HP donné, on amène son Qtc à 0.5, sa courbe de réponse peut être considérée comme égale à une cascade de deux filtres 6 dB/o (de simples RC séparés par un buffer) de même fréquence de coupure que la résonance du HP.

    On peut déplacer la fréquence de coupure d’un filtre 6 dB/o
    – vers les haut, avec un circuit R // C + R (diviseur composé, pour la branche supérieure d’une résistance en parallèle avec un condensateur, et pour la branche inférieure d’une résistance) en série
    – vers le bas, avec un cicruit du même type pris dans la boucle de contre-réaction d’un ampli-op car il faut du gain.

    En cascadant deux fois l’un des deux circuits précédents, en intercalant au besoin des buffers, on s’offre la possibilité de déplacer la résonance apparente d’un HP ayant un Qtc de 0.5.

    Une fois l’opération réalisée, le Qtc final restera de 0.5. Mais, avec une correction paramétrique supplémentaire, on pourra lui donner la valeur souhaitée.

    Tout ceci fonctionne très bien en simulation.
    Qu’en est-il avec un processeur numérique ?

    Pour le réglage des coefficients de surtension, certains donnent le bande passante (BSS, que l’on peut convertir en valeur de Q; voir les équivalents sur le site de Rane), d’autres à la fois la bande passante et le Q (Yamaha SP2060), d’autres adoptent des valeurs de Q qui ne correspondent pas à la valeur classique employée en électronique (XTA, RAM). Ce fait est souligné dans le manuel du processeur LA-Audio. Attention donc aux Q numériques qui ne sont pas toujours ce que l’on croit.

    Quant à la réponse des réglages « shelf » 6 dB/o des processeurs, on pourrait l’espérer être celle de circuits basiques à base d’éléments RC telles que ci-dessus. Sur le BSS, elle s’en écarte largement, et il faut ajouter deux petites corrections paramétriques pour avoir une réponse conforme à cette attente. Ca commence à faire beaucoup de réglages.

    J’en étais là des vérifications avec ARTA sur un BSS de mes simulations quand une erreur de programmation de ce dernier m’a donné par hasard une résultat pour le moins heureux et que j’ai pu répéter par la suite maintes fois : en tâtonnant, deux corrections paramétriques seulement me permettaient des transformées dont la courbe de réponse ne s’écarte que de 0.3 dB de la courbe cible.
    C’est empirique, ça fonctionne très bien, mais, à la réflexion, ce n’est pas pratique à l’usage.

    Reste une dernière solution, extrêmement élégante. Elle a été suggérée par Russell Breden. Si l’on dipose d’un HP dont le Qtc est assez inférieur à 0.5 (d’après mes simulations, bons résultats entre 0.3 et 0.5) un simple circuit R//C + R adéquatement choisi permet une belle manipulation de la bande passante. A noter que pour une extension vers l’extrême grave, rien n’oblige à trouver une courbe correspondant exactement à celle d’un passe-haut 12 dB/o.

    Le Qtc naturel de la plupart des HP de grave montés en volume clos sont généralement plus élevés que 0.5. Pour la diminuer largement sous 0.5, on peut employer une correction paramétrique ou encore faire appel à un ampli que l’on pourvoit d’une électronique lui donnant une résistance négative de sortie, c’est ce qu’a fait Breden. Je pense que ces quelques lignes qu ej’ai relevés sont de lui :

    AS FAR AS YOU KEEP Q UNDER 0.5, YOU CAN GET IMPRESSIVE
    RESULTS. THE LOWER THE Q, THE SMOOTHER IS THE SLOPE AT
    SPEAKER RESONANCE WHICH CAN BE COMPENSATED FOR BY
    A 6 dB SLOPE NETWORK AND SOME VOLTAGE GAIN.
    SOME DRIVERS HAVE VERY LOW Q BUT IT WILL BE MORE
    EFFICIENT TO LOWER THE Q CAN BY PURELY ELECTRICAL MEANS.

    A noter enfin que l’extension de la bande passante en clos ne conduit pas nécessairement à une puissance électrique consommée supérieure du système. Si le HP dans son enceinte a initialement un Qtc de 1.1 (rendement maximal) et une fréquence de résonance aux environs de 50 Hz, la correction appliquée diminue le niveau dans cette zone où, statistiquement, résident les plus sévères demandes de puissance acoustique. En dessous de 50 Hz, le « boost » est très demandeur de puissance électrique mais les sollicitations sont d’autant plus rares qu’on descend en fréquence, sauf dans les films à effets… Penkov, collaborateur bulgare de la Revue du Son dans les années 70, a souligné ce fait dans un papier du JAES.

    Voilà, c’était les quelques pistes que j’ai explorées à la recherche de souplesse et d’adaptation facile pour contourner la difficulté du circuit initial de Linkwitz pour les transformées, lequel a le défaut de devoir être calculé une fois pour toutes avant d’être réalisé.

    Forr

    Commentaire par forr — mars 25, 2010 @ 10:56

  2. HEEEELP i need somebody
    (pour projet de construction d’une paire d’enceinte 4 voies DIY)

    bonjour,

    tout d’abord un grand merci à jipihorn pour le temps consacré en vidéos et articles à partager sa passion et son éclairage, en particulier dans le domaine de l’audio.

    Étant nouveau dans le monde du hi fi, cela fait une bonne dizaine d’années que je voulais me lancer dans le vinyle , et je m’y suis lancé depuis peu , lorsque j’ai fait l’acquisition d’une belle platine dual 506 ainsi que d’un ampli kenwood , j’ai enfin pu commencé ma collection de vinyle (la chasse à la version originale ,déjà une prise! ^^) , c’est un pure régale pour les yeux et les oreilles.

    Cependant, le maillon en bout de chaîne audio est désastreux , mes vieilles enceintes Sony bas de gamme me laisse seulement entrevoir le potentiel d’une qualités audio exceptionnel.

    C’est pourquoi je me lance, non sans difficulté, dans la conception d’une paire d’enceintes 4 voies .
    Je ne pensais vraiment pas que concevoir une enceinte acoustique était aussi pointu.

    Malheureusement, en parti à cause de mon ignorance en la matière et d’une offre exceptionnel très limité dans le temps (je me suis précipité parce qu’il ne restait qu’une demi heure lorsque je l’ai vu !^^) d’un vendeur « discount » .
    J’ai avant toute chose acheté deux paires de haut parleur Focal à moitie prix 130AC (13cm) et ISS165 (16,5cm) livré avec deux tweeters. Je ferais bientôt les tests réel de leur caractéristique.

    Après réflexion, je pense donc partir sur deux enceintes colonne d’environ 1m de haut et 35 cm de largeur (pour y mettre un HP the box speaker 12-280/8-W de 12 pouces sur le coté. Et avec un pan incliné coté haut parleur de 7°. Ceci Pour accorder plus de volume au basse en bas, et moins au medium et aigus en remontant et éviter une boite de forme parfaitement rectangulaire. Je veux cloisonner le 130AC et le tweeter au sommet, séparer aussi le medium ISS165 et laisser tout l’espace restant au 12 pouces.

    Je comptais donc sur le 13cm et son tweeter pour les aiguës et medium haut,
    le 16,5cm pour les medium et medium bas,
    et le 12 pouces pour les grosse basses.

    Maintenant je commence à me confronter aux problèmes pratique.

    J’ai fait plusieurs test sous WinISD de la configuration voulu en bass reflex , et en clos , avec et sans filtres. Et j’ai obtenu les meilleurs résultats en clos avec un filtre actif linkwitz.

    Étant guitariste j’ai fabriqué et modifié plusieurs effets de guitare et ais donc une bonne pratique en soudure , je n’ai pas de gros porte monnaie et aime donc les kits et autre à faire soi même pour le prix et la qualitée.

    J’ai donc trouvé un filtre linkwitz à prix raisonnable ici :
    http://www.cafr.ebay.ca/itm/Linkwitz-Riley-Electronics-three-frequency-divider-20HZ-310HZ-310-3-1KHZ-3100-20-/162242577591?hash=item25c66944b7:g:n1IAAOSw4shYBIYl

    Ci j’ai bien compris les branchements ce font comme suis :

    platine → pre ampli → filtre linkwitz → ampli → haut parleur

    Je rencontre alors les problèmes suivant et voie deux solutions possible :

    CAS n°1 (avec linkwitz)

    Je branche mes deux fiches stéréo du pré ampli sur l’entrée du linkwitz, de la il sort 3 fiches (bass , medium,treble ) pour l’enceinte gauche et trois pour l’enceinte droite.

    —– Le problème étant que, sur mon ampli, il ne gère que deux fiche haut parleur (droite et gauche) en entré et sortie . Le branchement par voies séparés en tranformé de linkwitz et donc impossible ?—-

    —– De plus, faut ‘il que je branche la sortie treble sur le tweeter, joindre en parallèle les deux focal sur le medium, et le 12pouces sur la sortie basse ?—–

    Suite à çe constat, j’ai trouvé ceci :
    http://www.cafr.ebay.ca/itm/1PC-TDA7850-4-Channel-50W-Hifi-Mini-Car-Audio-Amplifier-Board-DIY-AMP-Kit-/321054872647?hash=item4ac05c9447:g:B38AAOxyGStRwCri

    c’est un petit ampli (sûrement de qualité moyenne) de 50W comportant 4 entrées et 4 sorties raccordable sur des impédances en 4 ou 8 ohms .
    —-il me faut un ampli configuré comme ça pour mettre au point le linkwitz ?—-

    CAS n°2 (abandon du linkwitz contre ampli réglable et filtre passif)

    j’ai trouvé ça :

    http://www.cafr.ebay.ca/itm/Amplifier-Board-TPA3116D2-50Wx2-100W-2-1-Channel-Digital-Subwoofer-Power-12-24V/371699904907?_trksid=p2047675.c100005.m1851&_trkparms=aid%3D222007%26algo%3DSIC.MBE%26ao%3D1%26asc%3D39923%26meid%3D358c09171aef48a19618d6efd5f998ae%26pid%3D100005%26rk%3D2%26rkt%3D6%26mehot%3Dpp%26sd%3D181768923286

    il s’agit d’un ampli 2.1 (2x50w pour Chanel droite et gauche et 100W pour sub) réglable en fréquence.

    Ou celui-ci qui est plus ou moins la même chose en plus puissant avec réglage des aigus en plus :

    http://www.cafr.ebay.ca/itm/STA508-TC2000-2-1CH-Class-D-Amplifier-Board-Amp-2-80W-160W-Beyond-TPA3116/261802321683?_trksid=p2047675.c100010.m2109&_trkparms=aid%3D555012%26algo%3DPW.MBE%26ao%3D2%26asc%3D39923%26meid%3Da58e0347974c40949bbbdf9a55c2fe87%26pid%3D100010%26rk%3D2%26rkt%3D6%26mehot%3Dpp%26sd%3D371699904907

    je comptais peut être en commander deux, un pour chaque enceinte, et utiliser les sorties channel gauche pour le haut parleur ISS165 , Channel droit pour le 130AC avec le tweeter en parallèle et évidement la fiche sub pour le 12-280/8-W

    —-Quel est d’après vous, la solution la plus adapté ou du moins réalisable ?—-
    Sachant que je ne cherche pas forcement la puissance sonore mais la netteté et la profondeur du son.

    Voilà j’espère avoir était assez clair, fait au minimum de faute d’orthographe^^ (c’est vraiment pas mon fort ) et que tout mon pâté d’écriture ne soit pas trop chiant à lire^^ .

    En remerciant d’avance celui ou celle qui pourras me venir en aide .

    Bonne journée !

    Commentaire par djé — janvier 20, 2017 @ 12:39


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