Le filtre actif

Dans une chaîne HI FI conventionnelle, on va trouver une source, un amplificateur et une paire d'enceintes. La source est aujourd'hui en grande majorité un appareil qui lit des fichiers numériques stockés sur CD, clé USB ou disque dur. Cette source est donc équipée d'un DAC, un convertisseur qui va transformer le signal numérique en 2 signaux G & D analogiques qui pourront alors attaquer un amplificateur stéréo. Cet amplificateur enverra ensuite le signal amplifié aux enceintes qui se chargeront de restituer la musique.
Les enceintes sont en majorité composées de 2 ou 3 hauts parleurs, destinés à reproduire chacun une partie du spectre sonore composé de fréquences comprises entre 20 Hz et 20000 Hz. Il n'existe pas de haut parleur capable de restituer fidèlement toutes ces fréquences, c'est pourquoi on en utilise plusieurs dans une enceinte. Comme un haut parleur (tweeter) destiné à reproduire les aigus ne supportera pas l'énergie électrique contenue dans le grave, l'enceinte possède un filtre qui ne laissera passer vers le tweeter que les fréquences aiguës. De même, un gros haut parleur destiné à reproduire le grave, restituera un peu d'aigu de mauvaise qualité ; un autre filtre ne laisse passer vers le boomer que les fréquences graves. Dans une enceinte à 3 hauts parleurs, un haut parleur médium restituera la partie intermédiaire des fréquences et sera lui aussi filtré pour ne pas recevoir ni les fréquences graves, ni les fréquences aiguës.
Ce type de filtre présent dans une enceinte traditionnelle est dit "passif" car il se contente de soustraire les fréquences indésirables et ne comporte que des composants passifs (résistance, condensateur, self) ne nécessitant aucune alimentation électrique.

Un ensemble simple de ce type est capable de performances exceptionnelles à condition d'être très bien étudié et d'utiliser des éléments de premier choix.
Par contre les limites imposées par l'acoustique du local d'écoute seront probablement impossibles à dépasser.

La solution que j'ai adoptée pour obtenir un son de haute qualité avec des éléments standard est d'employer un filtre actif avec avec égaliseur intégré.

Dans cette solution :

1. la source restitue un signal numérique et n'a donc pas besoin de posséder en sortie un DAC de compétition explosant le prix.
2. le filtre fait son travail de filtrage et procède à l'égalisation de la pièce en numérique avant de convertir chaque voie grave, médium, aiguë grâce à 6 DACs différents pour la stéréo. Il en résulte un minimum de détérioration du signal.
3. chaque voie est amplifiée par un amplificateur dédié, chacun branché sur le haut parleur adapté. Chaque amplificateur travaillant sur une plage restreinte et sur une charge simple (pas de composants nocifs comme les condensateurs en parallèle avec les hauts parleurs) le choix pourra plus facilement se porter sur des modèles standard.

Quelle est la rançon d'une telle configuration ?

1. Nécessité d'utiliser 6 amplis pour un système en 2 x 3 voies
2. Le réglage de volume nécessite un système spécial agissant sur les 6 voies simultanément en sortie de filtre. Un tel appareil n'existe pas dans le commerce, il sera nécessaire de le réaliser en DIY ou d'utiliser le modèle artisanal de la marque Selectronic : http://www.selectronic.fr/media/pdf/43103.pdf 
3. Régler le volume en numérique en amont sur la source est une alternative, mais comme cela quantifie le signal, il y a perte de qualité. Il y a d'ailleurs peu de sources possédant un réglage de volume sur la sortie SPDIF.
4. Le système étant complexe et doté de nombreuses possibilités, il est nécessaire, avant d'éventuellement finaliser à l'oreille, de le régler avec micro de mesure et logiciel de calibration.

Le filtre que j'ai choisi est le DCX2496 de Behringer :

Ce filtre permet absolument tous les réglages nécessaires, possède les entrées-sorties requises et les DAC sont d'excellente qualité, surtout en regard du prix de l'appareil.
Il est conçu pour le monde de la sono, il est possible de le modifier pour en tirer le meilleur en environnement Hi fi.
Cet appareil est utilisé par de nombreux audiophiles dont certains ont procédé à des modifications qui ont quadruplé son prix (horloge, circuits analogiques d'entrée, circuits analogiques de sortie, DACS de compétition...) Je me suis contenté d'une modification simple mais radicale : comme je n'utilise pas les entrées analogiques, elles sont condamnées ; comme je n'utilise pas de connectique symétrique, les circuits de symétrisation analogiques ont été supprimés et remplacés par des filtres passifs en sortie des DAC d'origine présentant un niveau de sortie suffisant pour s'affranchir de tout composant actif de sortie.

Cette modification est mentionnée sur de nombreux sites. J'ai utilisé pour ma part un article de Thierry Martin : http://web.archive.org/web/20121208023222/http://www.dcx2496.fr/tweakanalog2.php

Les outils de mise au point et de réglage du système

Mes premières réalisations DIY reproduisaient des schémas parus dans la presse spécialisée. Je ne disposais alors d'aucun outil de vérification ni de mise au point des enceintes et je me contentais de contrôler la bande passante de mes électroniques à l'oscilloscope ou au voltmètre électronique.
L'arrivée de l'informatique et la démocratisation de nombreux logiciels de simulation acoustique ou d'édition audio ont ouvert d'autres horizons.
Actuellement, j'utilise Audacity et RoomEqWizard pour les mesures, sur mon ordinateur portable équipé du micro de calibration de mon ampli AV Yamaha.
Pour l'élaboration des charges des enceintes acoustiques, j'utilise WinIsd.

Jusqu'à ce que j'adopte le filtrage actif numérique, permettant de moduler les combinaisons à l'infini, j'utilisais également Filter free pour l'élaboration de mes filtres actifs.

WinIsd permet le calcul de la charge acoustique pour le meilleur rendu dans le grave, et en dessine la courbe de réponse théorique en champ libre.

Une salle dédiée n'est pas un champ libre et la réponse réelle présente de nombreux accidents par rapport à la théorie.
L'effet réel de l'évent calculé sous WinIsd peut également ne pas correspondre.

Un bruit rose analysé avec RoomEqWizard permet de tracer la courbe de réponse à l'endroit où l'on positionne le micro.
Audacity permet d'enregistrer une séquence sonore puis de l'éditer pour analyse.

Mes connaissances en acoustique proviennent de quelques ouvrages de référence, mais aussi de nombreux articles découverts sur le web, surtout en ce qui concerne les outils informatiques. Les limites de cette culture audiophile proviennent du fait que ces articles sont souvent de la vulgarisation faisant l'impasse sur des notions importantes. Parfois les informations sont incomplètes, simplistes ou pire, erronées.
J'essaie donc d'être très critique vis à vis de mes démarches, conscient d'une possible méprise dans le raisonnement ou l’interprétation des résultats.

La mesure n'est qu'un moyen pour tendre vers la plus grande satisfaction possible à l'écoute ; l'oreille aura donc finalement le dernier mot,

Comme préconisé dans les différents articles traitant du sujet, j'utilise un bruit rose pour analyser la courbe de réponse de mes enceintes.
Un bruit rose est composé de toutes les fréquences émises avec une énergie décroissante à raison de 3 dB par octave. Le 20 Hz est ainsi à un niveau de 30 dB supérieur au 20000 Hz.
En demandant une analyse spectrale d'un bruit rose dans Audacity, le résultat le confirme :

Lorsque j'envoie ce bruit rose dans mon système, la courbe de réponse mesurée par RoomEqWizard au point d'écoute est celle-ci :

La mesure tient dans + ou - 3 dB de 20 à 10kHz. Ce résultat correspond à mon objectif. La courbe est droite car la mesure est faite par fraction d'octave en RTA et non longueur d'onde par longueur d'onde. Une mesure en mode "spectrum" présentera la même allure descendante de 3 dB par octave.

Je ne tiens pas compte du tracé après 10000 Hz dont la chute peut avoir une ou des explications telles que : les performances du micro, une atténuation normale des très hautes fréquences liée à l'éloignement du micro ou à leur absorption par la pièce, etc...

A l'écoute, ce réglage me convient parfaitement et je ne perçois pas de chute de niveau dans l'extrême aigu. Il est vrai que je n'entends plus au-dessus de 12 kHz.

j'ai fait quelques mesures pour contrôler la cohérence des analyses :

1) j'ai mesuré la courbe de réponse d'un bruit rose à la sortie HP d'un ampli non filtré. REW fait état d'une restitution parfaitement linéaire.

 2) j'ai enregistré 10 s de bruit rose depuis le point d'écoute avec Audacity et demandé une analyse spectrale. Cette dernière a la même allure que le bruit rose d'origine, à savoir une courbe descendante à 3 dB par octave. Les accidents dans la courbe de réponse y sont très marqués car non lissés comme avec la mesure au 1/6 ème d'octave de REW.

Ces résultats sont conforme aux attentes et présument d'une carte son correcte et d'un traitement dans REW exploitable.

Présentations

Mon installation HI FI se trouve dans une salle dédiée et est totalement DIY.
Cela signifie que enceintes et amplificateurs sont des réalisations personnelles, ainsi que leur conception.
Elle fonctionne en multi-amplification active. Pendant plusieurs années, le filtre actif était lui aussi de conception et réalisation personnelle, puis je suis passé au filtrage numérique et ai confié cette tâche à un DCX2496 modifié.
La source est aussi un produit du commerce qui me permet de gérer la lecture des CD, DVD, Bluray ; des fichiers MP3, Wave, Flac, MPEG 4 présents sur clé USB ou disque dur ainsi que le contenu de mon serveur Free accessible en Ethernet.

Cette installation est décrite sur mon site : http://luisgomes.free.fr
Le site raconte mon parcours d'audiophile depuis les années 70 à aujourd'hui et l'évolution de mon système. Le blog permettra les échanges d'idées ou commentaires à propos des différents articles que je ne manquerai pas d'ajouter prochainement.