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Croisement et prix
On sait depuis longtemps qu'un léger changement dans les fréquences de séparation des bandes de graves et de médiums dans un système à trois voies peut avoir un effet notable sur le son. Dans différentes parties de la gamme de fréquences audibles, l’audition humaine utilise différentes méthodes pour déterminer la direction de la source sonore. Dans la gamme des moyennes fréquences qui nous intéresse, le mécanisme de perception de phase prédomine, basé sur la différence de distances entre la source sonore et les oreilles. Les limites de cette plage (de 350 à 1700 Hz) sont déterminées par la taille de la tête humaine (plus précisément la distance entre les oreilles). Cependant, ce qui est important pour nous maintenant, c'est que cette plage critique inclut à la fois les fréquences situées à l'intersection des bandes LF et MF dans un système à trois bandes, ainsi que leur « environnement ». Comme un crossover ne peut pas assurer une séparation parfaite des bandes, il existe une zone partagée dans laquelle les deux enceintes sonnent simultanément. Les déphasages entre les signaux qu’ils reproduisent ont un impact significatif sur la formation de la scène. La somme des signaux apparaissant dans cette plage peut améliorer la mise au point de l'image stéréo ou rendre la scène floue. La distorsion de phase d'un système de haute qualité devrait être minime, mais ce n'est là qu'un aspect du problème, donnant lieu à des spéculations sur la musicalité des différents types de filtres. Ce n'est pas seulement le déphasage absolu introduit par le filtre qui est important, le décalage relatif entre les bandes de fréquences en sortie des filtres est bien plus important. Mais plus là-dessus plus tard. Le déphasage et la pente de la réponse amplitude-fréquence (AFC) en dehors de la bande passante du filtre sont déterminés par son ordre et s'élèvent à 90 degrés et 6 dB/octave pour chaque ordre. C'est-à-dire qu'un filtre du premier ordre fournit une atténuation de 6 dB/octave avec un déphasage total de 90 degrés, un filtre du deuxième ordre - 180 degrés et 12 dB/octave, et ainsi de suite. À la fréquence de coupure, l'atténuation du filtre est de 3 dB et le déphasage est la moitié de celui complet (soit 45 degrés pour le filtre du 1er ordre et 90 pour le second). Seule la douceur de la courbure de la réponse en fréquence dans la région de la fréquence de coupure et la réponse en fréquence totale du système, ainsi que les caractéristiques de phase, dépendent du type de filtre. Dans les conceptions industrielles de filtres actifs, les filtres les plus largement utilisés sont les filtres Butterworth, Bessel et Sallen-Key construits sur des répéteurs. En règle générale, des filtres de second ordre sont utilisés. Chacun des types répertoriés présente ses propres avantages et inconvénients. Les filtres Bessel ont la réponse de phase la plus douce (comme un seul circuit RC), mais la réponse en fréquence totale présente une baisse de 3 dB à la fréquence de croisement. Les filtres Butterworth fournissent une réponse en fréquence globale plate, mais leur réponse en phase est plus raide. Enfin, les filtres Sallen-Key (filtres à composants égaux) sont très pratiques pour une production de masse car (comme leur nom l'indique) ils nécessitent des pièces de même calibre et avec une grande tolérance, ce qui n'est pas le cas des filtres Butterworth et Bessel, qui nécessitent pièces précises. Cependant, les caractéristiques de phase et de fréquence des filtres à composantes égales sont les pires, ils ne sont donc utilisés que dans les modèles économiques.
Le plus intéressant (comme promis) ne réside pas dans les caractéristiques de fréquence ou de phase, mais dans le déphasage relatif des signaux entre les sorties du filtre passe-haut et du filtre passe-bas. Pour les filtres du second ordre, elle est proche de 180 degrés sur toute la bande de fréquence, mais elle reste constante uniquement pour le filtre Butterworth. Pour les filtres Bessel et Sallen-Key, le déphasage diminue à proximité de la fréquence de croisement. Le résultat de la modélisation de filtres de second ordre « idéaux » avec une fréquence de croisement de 400 Hz est présenté dans la figure 2.
La « bosse » qui en résulte dans la caractéristique de phase indique que la différence de phase dans la région de fréquence de croisement change assez brusquement et que la localisation de la source sonore apparente peut changer en conséquence. La même image sera observée lors de la modification de la fréquence de coupure de l'un des filtres, qui est parfois utilisée lors du réglage de la réponse en fréquence totale du système. La phase du signal émis par la tête dynamique a peu de points communs avec la phase de la tension qui lui est appliquée (individuelle pour chaque type de tête), mais il est souhaitable de minimiser les distorsions de ce type dans le crossover. Tout filtre (actif et passif) utilise des éléments réactifs - capacité et inductance, et introduit donc des distorsions de phase et de temps dans le signal. Les filtres passe-bas introduisent un retard et un décalage de phase dans le signal, qui peuvent être corrigés dans une certaine mesure à l'aide d'un déphaseur. En utilisant un filtre Bessel du second ordre en combinaison avec un tel correcteur de phase, un filtre avec une réponse de phase absolument linéaire peut être obtenu. Quant aux HPF (High Pass), ils forment une avance de phase, fondamentalement impossible à égaler avec le filtre passe-bas existant. Cependant, dans ce cas, vous pouvez utiliser un filtre de fonction supplémentaire (AFF) pour générer un signal de bande haute fréquence. Le signal de sortie d'un tel filtre est obtenu en soustrayant du signal d'entrée la partie ayant traversé le filtre passe-bas. Bien évidemment, dans ce cas, la distorsion de phase est compensée et la différence de phase entre les signaux en sortie du filtre passe-bas et le FDF reste constante sur toute la bande de fréquence. Cependant, les filtres fonctionnels supplémentaires présentent un inconvénient majeur : la pente de la réponse en fréquence n'est que de 6 dB/octave, ce qui peut parfois être insuffisant. À propos, les croisements sont effectués à l'aide de ce schéma avec ajustement synchrone de la fréquence de croisement des bandes adjacentes. Seule la fréquence de coupure du filtre passe-bas est ajustée et la bande passante passe-haut est modifiée de manière synchrone grâce à l'utilisation d'un filtre de fonction supplémentaire. Pour régler la fréquence de coupure dans un filtre actif, il est nécessaire de modifier de manière synchrone les valeurs des liaisons de réglage de fréquence. Des potentiomètres sont utilisés pour ajuster en douceur la fréquence de coupure. Il est facile de calculer que pour régler un filtre du second ordre, il faut un potentiomètre à quatre sections (pour deux canaux). Afin de réduire les coûts, les modèles d'amplificateurs économiques utilisent de plus en plus de filtres simplifiés du second ordre, dans lesquels une seule liaison est accordée en fréquence. De tels filtres ne peuvent être attribués à aucun type spécifique, car un filtre « idéologiquement cohérent » n'est obtenu que dans l'une des positions extrêmes du régulateur.
Enfin, dans la section basse des crossovers intégrés de certains amplificateurs, des filtres passe-haut à Q variable sont utilisés, qui permettent d'augmenter la réponse en fréquence dans la région de la fréquence de coupure jusqu'à 10 dB. Cette solution élimine le besoin d’un étage amplificateur de basses séparé, mais introduit en même temps une distorsion de phase significative. Dans ce cas, cela est tout à fait acceptable, car à une fréquence de 30...40 Hz, le déphasage n'est pas perceptible à l'oreille. Cependant, dans la gamme des moyennes fréquences, où fonctionne le mécanisme de phase de localisation de la source du signal, il est conseillé d'utiliser des filtres linéaires de phase pour mieux construire la scène frontale. Cela éliminera le « flou » de la scène et augmentera la précision de la localisation des sources de signaux apparentes, en particulier avec les émetteurs LF et MF spatialement séparés. Publication : www.bluesmobil.com/shikhman
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