Il s'agit ici de mon premier post sur ce forum SPL, et je suis certain que cette section sera remplie de projets très intéressants à l'avenir. Voici donc un début:
Contexte :
L’envie a été émise par un ami ingénieur du son, le but étant d’obtenir des enceintes de proximité de qualité pour un prix raisonnable. J’étais parti dans l’hypothèse de faire ces enceintes autour de haut-parleurs SB-acoustics, ainsi que d’utiliser le classe D que j’ai développé, mais le manque de temps m’a conduit à une solution moins chronophage (moins de 2 semaines).
Une autre option s’est présentée, trouver une paire d’enceinte d’occasion en panne, la réparer, puis voir s’il était possible d’en améliorer ses caractéristiques en jouant sur le filtrage.
Une paire de Behringer B2031A a été dégotée sur LBC pour un prix très correct (120€ frais de port compris).
Le choix de celle-ci m’est apparu évident, c’est une bonne base de travail et elle a bonne presse (notamment sur ASR).
De plus, on trouve les schémas assez facilement, ce qui permettra de faire du reverse engineering pour voir quels pourraient être les axes d’amélioration possibles.
Étude préliminaire :
Avant de commencer à réfléchir sur un éventuel upgrade, il m’a fallu les réparer. En effet, une des enceintes émet un BUZZ lors de la mise sous tension.
Après un court diagnostique, il s’agissait simplement d’un des condensateurs de l’alimentation qui avait été dessoudé puis ressoudé.
Cependant, la piste a été abîmée et n'assure plus le contact avec le condensateur. Il est fort probable que la personne qui a essayé de remplacer les condensateurs n’avait pas le matériel adéquat.
Malgré les 20 ans de l’enceinte, les condensateurs ne présentent pas de défauts visuels.De plus, leurs valeurs de capacité et d’ESR sont tout à fait dans les valeurs d’origine. Un remplacement n’est donc pas nécessaire.
Ensuite, j’ai procédé à des mesures acoustiques des enceintes.
L’une d’entre elle présentait un défaut dans l’aigu, un tweeter était abîmé. J’ai commandé un diaphragme neuf sur EBay pour 20€ et c’est reparti sans problème.
A la mesure pas de surprise, c’est plutôt correct pour le prix : On observe une petite bosse entre 80 et 200Hz, la phase n’est bien évidemment pas linéaire, du fait de la topologie de filtrage, environ 680° de variation de phase entre 40Hz et 3kHz.
On note que dans l’aigu la phase est très propre ce qui va faciliter la mise en œuvre du filtrage.
Les mesures ont été réalisé en champ libre à l’aide de REW:
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On remarque des ondulations, ce qui démontre clairement le caractère non linéaire de la phase de cette enceinte.
C’est un point qui est améliorable avec l’utilisation d’un DSP, avec filtrage FIR, ou alors avec un filtre passe-tout pour remettre la phase en place (méthode semblable chez PSI).
On note que les évents du bass reflex de l’enceinte présentent une section beaucoup trop petite, ce qui a pour effet d’avoir une vitesse d’écoulement de l’air trop importante, et donc de ne plus travailler en flux laminaire.
Les conséquences sont des bruits d’écoulement.
C’est LE défaut principal de ces enceintes.
Heureusement, en écoute de proximité, le phénomène ne se manifeste pas.
A 85dB au point d’écoute, le woofer n’est pas trop sollicité.
En revanche, à une distance plus grande, il faudra prévoir un caisson de grave et penser à mettre un filtre passe haut sur l’enceinte.
La méthode de filtrage choisie a été dictée par un choix économique, d’autant plus qu’il existe des DSP pas très chers, offrant une puissance de calcul suffisante pour faire du filtrage à phase linéaire.
Dans le cas de cette enceinte il s’agit d’une carte DSP a 20€ basé sur un ADAU1701, avantage : Il dispose de 2 ADC en entré et de 4 DAC en sortie, offrant un SNR > 90dB, avec peu de THD (bien moins qu’un haut parleur).
Nous avons donc suffisamment de puissance de calcul pour intégrer un crossover 2 voies à très forte pente, avec du filtrage FIR afin de faire une égalisation de phase. De plus, c’est quelque chose de très flexible, car paramétrable à l’aide d’un ordinateur.
Il est ainsi facile d’obtenir le résultat voulu par itérations.
La technique des filtres passe-tout n’a pas été sélectionnée, car le délai de traitement n’est pas un problème.
De plus, le filtre FIR est « minimaliste », le DSP n’ayant pas de puissance de calcul suffisante pour faire plus de 500 TAPs.
D’autant plus que d’un point de vue ressources, il y a besoin de moins de TAPs dans les aigus que dans les graves.
Implémentation du DSP :
Afin de trouver l’endroit optimal pour implémenter le DSP, le schéma de l’enceinte a été saisi sous LTspice puis les différents étages de pré-amplification / filtrage ont été simulés.
On retrouve l’étage d’entrée avec son désymétriseur, suivis de la fonction réglage de gain + limiteur.
Ensuite le signal part sur les étages de filtrage.
Dans le cas du grave, on retrouve 4 éléments : un filtre subsonic, un filtre passe-bas réglé à 2kHz, un Shelving qui permet de remonter un peu le bas de spectre, et enfin un réglage du gain de sortie avant d’attaquer les modules de puissance (LM3386).
Concernant l’aigu c’est un peu la même chose, filtre passe haut à 2kHz, filtre passe-bas a 20kHz, ainsi qu’un HI shelving, puis un réglage de gain, avant d’arriver sur le module de puissance.
On observe que les résultats sont conformes à la topologie retenue par Behringer.
La variation de phase est d’environ 600°, le phase tracking est tout à fait correct. Les courbes de phase du tweeter et du woofer sont bien superposées, il est donc nécessaire que le tweeter et le woofer soient sur le même plan, ce qui explique aussi la présence du guide d’onde qui permet en outre un contrôle de la directivité de « retarder » le tweeter.
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Une fois les coefficients chargés dans le DSP nous obtenons une enceinte à phase linéaire avec une phase a 0° comprise entre 200Hz et 20kHz. La réponse en fréquences est comprise entre 50Hz et 20kHz dans une fenêtre de +/- 3dB.
La réponse impulsionnelle est également nettement plus franche que la version d’origine :
Calculs latence
Le traitement par filtre numérique FIR introduit une latence entre l’entrée est la sortie du filtre, elle est déterminée par la relation suivante :
(N-1)/(2∙Fs)=Delay
Où :
N : Nombre de taps
Fs : Frequence d’echantillonage
Donc pour un filtre de 200 taps, et une frequence de 48kHz nous devrions avoir une latence de l’ordre des 2ms, auxquels il faudra ajouter le temps de la chaine de conversion ADC + DAC :
(200-1)/(2∙48kHz)=2.073ms
Mesures latence :
Afin de mesurer le temps de latence, nous utilisons un picoscope celui-ci va générer un sinus cardinal sur une entrée ADC du DSP, et nous mesurons la sortie avec l’autre voie disponible. Le résultat obtenu est de 2.3 ms, ce qui est conforme aux calculs précédents, aussi on peu donc en déduire que le temps de conversion la chaine AD/DA est de l’ordre de 300us.
Des mesures comparatives ont étés faites avec une paire de focal solo 6 Be, on constate que les focal ont un coté montant que n’ont pas les B2031A + DSP qui présentent une linéarité supérieure. Idem concernant la phase et la réponse impulsionnelle les B2031A + DSP sont bien supérieures aux solo 6.
Niveau distorsion c’est comparable avec un profil assez similaire.
En rapport au prix d’investissement et du faible cout de la modification, ces enceintes présentent un excellent rapport qualité prix (120€ d’enceintes d’occasion et 60€ de modifications, et 20€ de dôme titane). Le seul défaut de cette enceinte est son évent, qui n’offre pas une surface suffisante. Malgré tout, les performances sont de 1er plan et sont en ligne avec ce que l’on est en droit d’attendre d’une enceinte à phase linéaire.
Il y a également une video Youtube faite avec Dominique Spagnolo qui traite le sujet, mais aussi un drive avec un tuto d'assemblage complet ici:
https://drive.google.com/drive/folders/ ... jkUdBC4j_V
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