Filtrage actif IIR : méthode de mise au point rapide

[Kro]

Bonjour à tous.

J'ouvre ce sujet suite à une discussion animée sur le sujet du DSPiy.

Il était prévu que je rédige une sorte de petite méthode de mise au point rapide d'un système à base de filtre actif. Un article de synthèse détaillé avec screenshots etc verra le jour sur justdiyit mais j'ouvre ce sujet dans "l'urgence" de la conversation pour commencer à en discuter.

Attention : il n'y a rien d'universel et ça ne pourra pas marcher forcément pour tous les cas mais ça peut permettre de dégrossir. C'est également une vision personnelle des choses d'autres auront leur façon de faire qui n'en sera pas moins bonne pour autant voire meilleure.

Il faudra maîtriser un minimum la mesure car il me semble important d'être équipé pour faire quelque chose de bien.

Voici un résumé succinct des étapes.

Pour une "petite" deux voies 2hp style biblio ou petite colonne :

- On branche le filtre actif sur les enceintes. On en choisit une qu'on va mesurer.
- On place l'enceinte le plus éloignée possible des premiers obstacles. Dans une maison ça doit être le sol/plafond.
- Si on sait à quelle fréquence on veut raccorder on passe au point suivant. Sinon on pratique une série de mesue à 15cm de chaque hp, analyse disto, csd + analyse des fiches techniques pour déterminer les meilleurs raccordement possibles. Si les hps ont déjà été mesurés/testé ailleurs cette étape n'est pas indispensable non plus.
- On place le micro à une distance d'au moins 2.5-3 fois la largeur du baffle. On se place à mi hauteur des deux haut-parleurs (entraxe) et on ne touche plus au micro. En fonction des cas particuliers il peut être plus judicieux de se mettre dans l'axe du tweeter voire du midwoofer.
- Mesure de chaque hp réponse en fréquence + phase, qu'on exporte en frd ou txt.
- Mesure de l'enceinte avec un filtre arbitraire le plus simpliste possible : par exemple un LR24 à la fréquence de coupure visée +/- un ajustement grossier des niveaux si gros écart entre les deux hps. On exporte en frd ou txt
- Mesure de l'enceinte filtrée avec le même filtre basique mais en inversant la polarité d'un des deux haut -parleurs. On exporte en frd ou txt.
- On passe ensuite au logiciel de simulation (lspcad) : on créé le projet deux voies et on charge les courbes des hps non filtrés.
- On mesure au mètre ruban la distance micro - dome tweeter puis micro - fond du cône du midwoofer. On fait le delta qu'on entre dans le décalage du centre émissifs (dz) en prenant pour référence le tweeter (son dz=0).
- On simule le filtre simpliste chargé et mesuré plus haut.
- On charge la courbe enceinte filtrée en phase et on compare avec la simulation obtenue. Si ça ne se superpose pas parfaitement on ajuste le dz jusqu'à obtenir une parfaite superposition
- On fait la même chose avec une polarité inversée, on vérifie alors que ça colle avec le dz obtenu juste avant.
- Si vous n'y arrivez pas il y a un soucis quelque part. Si c'est bon alors on fait un peu de trigonométrie sur cette base et on calcule le décalage au point d'écoute et hauteur d'écoute.
- On entre la valeur obtenue dans le dz. On va pouvoir commencer la simulation.
- On désactive tout réglage de filtre dans la simulation et on observe la courbe des hps un par un.
- On applique une égalisation de manière à obtenir une courbe plate sur toute la bande utile + environ une octave au dessus ou en dessous de la fréquence de coupure visée. Ce n'est pas la peine de corriger trop loin de la fréquence de coupure car les pentes de filtres vont gommer les différences.

Quelques Principes de l'égalisation préfiltrage :

- On préfèrera au maximum faire de l'égalisation négative (on enlève plutôt qu'on rajoute)
- Sur un woofer on peut déjà appliquer un shelving de compensation d'effet de baffle par exemple
- Puis un equalisation de la bosse souvent crée par la diffraction
- Puis correction des défauts intrinsèques de la réponse du haut-parleur
Il faut éviter d'avoir la main trop lourde sur l'égalisation et raisonner dans les grandes lignes. Avoir une courbe lissée au 6eme d'octave vous évitera de psychoter sur la moindre bosse ou creux. Au pire on y reviendra plus tard.

- On aligne les niveaux en jouant sur le gain
- On applique un LR24 à la fréquence de coupure visée voire un LR48 si vous désirez plus raide. Le LR12 nécessitera d'inverser une polarité pour une sommation théorique parfaite.
- On passe à l'onglet phase et on ajuste le delay sur le haut-parleur en avance sur l'autre (en général le tweeter) de manière à ce que les courbes de phases se superposent à la fréquence de coupure.

- On retourne aux courbes de réponse en fréquence
- Il est possible à ce stade de retoucher l'égalisation pour parfaire l'équilbre visé. Il est parfois même possible de supprimer des eq faites au départ qui n'ont pas un grand intérêt une fois filtré.

- L'étape suivante pourra se faire avec des mesures au point d'écoute pour remodifier légèrement les égalisations.


En résumé :

- Analyse du projet et détermination des fréquences de coupure.
- Mesure fenêtrée tenant compte de l'effet de baffle de chaque hp non filtré (donc champ loitain quand possible)
- Détermination du décalage des centres acoustiques au point d'écoute pour le simulateur
- Egalisation préfiltrage sur la bande utile + un peu après la fréquence de coupure (environ une octave)
- Alignement des niveaux
- Application d'un filtre de type LR24 ou 48 à la fréquence choisie
- Réglage du delay pour faire superposer les courbes de phase à la fréquence de coupure.
- Retouche de l'égalisation globale.

Remarques :

- Une bonne partie des concepts abordés ici ont une explication sur mon site dans l'onglet formation au travers des différentes articles et tuto
- Lspcad est un des rares logiciels à faire une simulation de filtre actif accessible, le tuto de cette partie est en cours mais une premiere prise en main est possible via la partie 1 déjà publiée sur mon site
- Si vous possédez un dcx2496 les fonctions d'equa de lspcad ne sont pas parfaitement identiques à celles du dcx, les fonctions de filtrage oui mais pas les eq. Si vous travaillez avec REW vous pouvez faire votre eq de préfiltrage directement dedans car REW semble plus proche pour le dcx (pas vérifié mais d'après tcli c'est bon). Sur dspiy avec jeq lscpcad donner tout ce qu'il faut.
- La détermination du décalage des centres acoustiques devrait a priori pouvoir se faire via REW en mode loopback par mesure des différences entre pics d'impulsion. Cette mesure est valable à la position du micro, s'il n'est pas au point d'écoute faite le calcul correspondant à la main après. Néanmoins je n'ai pas validé cette méthode donc je conseille sous réserve.
- J'utilise des filtres de type LR qui ont le gros intérêt d'avoir la même fréquence entrée sur les deux hps (pas le cas d'un But par exemple) pour une sommation théorique parfaite sur courbe plate (d'où la pré égalisation) si leurs phases sont à zero.
- Il ne faut pas forcément chercher à obtenir un joli reverse nul à distance d'écoute si la mesure n'est pas fenêtrée car la pièce va complètement perturber la phase mesurée des hps et on aura un truc bancal

[Kro]

Pour une trois voies ou plus. Ca se complique en intérieur. On ne peut pas forcément faire toutes ses mesures au même point car le fenêtrage risque d'être compliqué pour les hps de grave +/- On peut appliquer la méthode décrite plus haut pour les voies médium aigue.
Si les hps sont gros ou avec une directivité particulière : pavillons etc c'est pas trop possible non plus de faire en un seul point.

Effectuez vos mesure dans l'axe de chaque hp en conservant la même distance baffle micro.

Pour les hps trop gros pour être surélevés pour une mesure à 1m fenêtrée il y a deux cas de figure :

1) le hp est utilisé dans le grave en 3eme voie ou plus : on pratique une mesure à 10-15cm peu ou pas fenêtrée.
Il faudra faire attention au niveau relatif pour l'utiliser en simu avec les mesures champ lointain des autres voies.
Si on utilise cette mesure champ proche pour la simu il faudra tenir compte que le niveau dans le grave sera surestimé à cause du baffle step, en théorie de 6db, en pratique souvent un peu moins. La courbe visée en simu sera donc plutôt artificiellement "gonflée" dans le grave.

2) le hp est utilisé en voie medium : genre cas d'un 38 en deux voies. On peut essayer de fenêtrer très court en essayant d'être dans une zone exploitable pour la mesure. Si pas possible on est dans le caca. On tente une mesure non fenêtrée mais perturbée côté phase qui peut géner pour régler les delay. Ou on fait comme en 1 et on lui applique un effet baffle simulé.

Le réglage des delay et détermination des centres acoustiques pourra être un peu moins précis que pour le medium aigu vu les longueur d'onde en jeu les petites différences seront moins sensibles.
Si on veut déterminer les centres acoustiques via la méthode de comparaison mesure filtrée/simulation ça risque d'être moins possible et il faudra peut être se fier au mètre ruban ou la méthode des pics d'impulsion.

[tcli]

Pfff, y a trop à lire.
Quelques petits trucs au passage :

- Si possible on choisit une fréquence de coupure où la phase des hps est proche de zero, de toute façon j'ai remarqué qu e souvent plus sa phase s'en écarte plus c'est corrélé au fait qu'on sort du domaine de confort du haut-parleur (sauf dans le grave).

Comprend pas ...
La phase est quelque chose de relatif, seule les différences comptent.
Je ne vois pas comment on pourrait avoir un critère dépendant de la phase dans l'absolu ?

- J'utilise des filtres de type LR qui ont le gros intérêt d'avoir la même fréquence entrée sur les deux hps (pas le cas d'un But par exemple) pour une sommation théorique parfaite sur courbe plate (d'où la pré égalisation) si leurs phases sont à zero.

Comprend pas non plus
La somme d'un passe haut et d'un passe bas But du 3eme ordre est plate ...

[Kro]

Comprend pas ...
La phase est quelque chose de relatif, seule les différences comptent.
Je ne vois pas comment on pourrait avoir un critère dépendant de la phase dans l'absolu ?

Laisse tomber cette remarque je vais la retirer, c'est trop sujet à discussion et ça n'a rien d'universel.
Je pensais par exemple aux pavillons qui ont une rotation de pahse importante à l'approche de la fréquence de charge du pav.

Comprend pas non plus
La somme d'un passe haut et d'un passe bas But du 3eme ordre est plate ...

Oui pour le but18 mais pas le cas des but paires. Quant au but6...

[Powerdoc]

Bravo magnifique initiative

[Kro]

:ohmg:

Bravo magnifique initiative

Merci. Je ne sais pas si c'est une bonne idée à part m'attirer les critiques mais bon.

[Philby]

Merci. Je ne sais pas si c'est une bonne idée à part m'attirer les critiques mais bon.

T'inquiète, la critique est aisée mais l'art est difficile!

[Kro]

Merci. Je ne sais pas si c'est une bonne idée à part m'attirer les critiques mais bon.

T'inquiète, la critique est aisée mais l'art est difficile!

Ah bah oui tu me connais je suis mal placé pour parler .

Ce que je voulais dire c'est que ça allait sûrement encore faire couler de l'encre numérique et être sujet à débat parfois animés comme on les connait. C'est dans ce sens que je me disais : pas sûr que ce soit une bonne idée de se jeter dans l'arène

J'ai moi même des critiques à faire sur cette méthode alors . Mais bon c'est que j'ai trouvé de plus fiable, reproductible, et simple à comprendre. Mais faire une enceinte c'est jamais simple.

En faisant encore quelques compromis on peut encore faciliter la méthode d'ailleurs

[Powerdoc]

Merci. Je ne sais pas si c'est une bonne idée à part m'attirer les critiques mais bon.

T'inquiète, la critique est aisée mais l'art est difficile!

Ah bah oui tu me connais je suis mal placé pour parler .

Ce que je voulais dire c'est que ça allait sûrement encore faire couler de l'encre numérique et être sujet à débat parfois animés comme on les connait. C'est dans ce sens que je me disais : pas sûr que ce soit une bonne idée de se jeter dans l'arène

J'ai moi même des critiques à faire sur cette méthode alors . Mais bon c'est que j'ai trouvé de plus fiable, reproductible, et simple à comprendre. Mais faire une enceinte c'est jamais simple.

En faisant encore quelques compromis on peut encore faciliter la méthode d'ailleurs

oui, tout est criticable, mais c'est un peu comme les essais de ski fait par des anciens coureurs. Ce sont des pros qui essayent des skis pour monsieur tout le monde, et on aboutit a des résultats ... bref
Mon point de vue que connaissant rien a rien, je prèfère partir de ta méthode certes, imparfaite, que de rien du tout.
Quand je serai devenu grand , je pourrait toujours commencer a avoir des avis sur la question.

[tcli]

Merci. Je ne sais pas si c'est une bonne idée à part m'attirer les critiques mais bon.

T'inquiète, la critique est aisée mais l'art est difficile!

Ca tombe bien , j'aime la facilité et la critique

Alors , en fait , moi, personnellement, en ce qui me concerne, je fais dans l'autre sens ....

Je mesure en champ proche, j'entre la courbe dans REW et j'equalise d'abord de façon à avoir une courbe la plus plate possible , même largement en dehors de la zone d'utilisation. (influencé en cela par pos).
J'applique l'équalisation et revérifie à la mesure, quitte à retoucher un peu.
Évidement ca marche pour la compression , mais pour le boomer seulement à partir de ~300Hz.
Je suis assez précis sur la mesure des distances HP/micro, de façon à aussi régler les niveaux relatif de chaque HP.

Note : Comme je mesure en champ proche, le fenétrage n'apporte pas grand chose.

Et seulement , ensuite , j'applique le filtrage, qui se passe pas trop mal, car j'ai equalisé suffisamment pour me retrouver pas trop loin d'un idéal théorique.
Si je pouvais aussi équaliser la phase , à coup de passe bande, avec le DCX , ca serait mieux ...

Pour ce qui est de la zone < 300Hz , je préfère citer Kro :

lcas d'un 38 en deux voies. On peut essayer de fenêtrer très court en essayant d'être dans une zone exploitable pour la mesure. Si pas possible on est dans le caca.

Comme de toute façon, les effets de baffle et les réflexions de la salle font que les mesures varient énormément suivant la position du micro, je mesure au seul point un peu près légitime : le point d'écoute .
Je m'aide quand même de quelques simu (edge pour l'effet de baffle, winisd) pour le point de départ et j'effectue une equalisation qui respecte la courbe cible que je me suis bricolée.

Tout cela , n'est pas forcement très satisfaisant, mais j'ai pas trouvé mieux pour l'instant...

[Kro]

Thierry tu préconises d'égaliser avant filtrage c'est bien ce que je propose aussi ! Se retrouver proche de l'idéal théorique avant le filtrage c'est justement le but de la méthode décrite. Puis filtrage avec des types de filtres faciles à utiliser comme le LR.

Pour la mesure avec un 38 comme le tiens tu peux te contenter de jouer entre la mesure champ proche et mesure au point d'écoute.

Sur une petite enceinte comme un 5 pouces sur un baffle peu large la différence champ proche mesure à 80cm fenêtré est très différente dans le medium, il y a une correction à effectuer que tu ne feras pas en utilisant la mesure en champ proche. Celle ci n'est valable à mon avis que pour les gros hps (effet de baffle/diffraction à impact modéré) et les hps filtrés bas. Il faut simplement se souvenir que le niveau mesuré dans le grave sera surévalué. En théorie de 6db mais en pratique c'est moins 3-4db. Une mesure au point d'écoute permettra d'affiner l'équilibre général.

[Kro]

Tiens un exemple du même tweeter mesuré à 10cm et à 80cm

La mesure à 10cm ne tient quasi pas compte de la diffraction. Pourtant au filtrage il faudra quand même en tenir un peu compte.

[androuski]

Pour le médium effectivement je préfère moi aussi une mesure suffisamment éloignée pour prendre en compte l'effet de baffle... ce qui implique de fenêtrer parce que les 1ères réflexions ne sont plus assez atténuées, mais ce n'est pas un problème dans le cas d'une deux voies.

[Nimaj44]

Et pour le filtrage FIR c'est le même principe je suppose?

De mon côté quand j'ai effectué mon filtrage je n'ai au final pas les mêmes pentes entre médium et tweeter, cela peut-il poser problème à l'écoute ?

[Kro]

Et pour le filtrage FIR c'est le même principe je suppose?

De mon côté quand j'ai effectué mon filtrage je n'ai au final pas les mêmes pentes entre médium et tweeter, cela peut-il poser problème à l'écoute ?

Le mieux est d'avoir des pentes acoustiques identiques mais les fonctions de transfert peuvent, pour y arriver, avoir des pentes différentes. Ca dépend de la courbe des hps. L'égalisation avant filtrage permet justement de ne pas se poser la question.
Mais elle implique d'effectuer des corrections qui n'aurait probablement pas lieu d'être si on utilisait des fonctions de filtrages différentes. Mais là c'est du cas par cas, ce qui sort du cadre d'une méthode un peu plus universelle comme on la cherche ici