Ce fil fait suite à ces deux contributions et explique comment procéder pour un bon alignement temporel de vos haut parleurs dans le cas d'un filtrage. Je mettrai à jour et corrigerai ce premier message au fil des contributions, avec ajout de mesures et simulations pour illustrer.
xn a écrit :La réponse impulsionnelle qu'on mesure avec le sweep correspond bien à la réponse théorique sur impulsion de Dirac, au moins pour la bande passante mesurée. Il n'y a aucune ambiguïté ou aucun doute là dessus.
Cette réponse impulsionnelle contient toute l'info linéaire temporelle et fréquentielle sur le système mesuré. C'est encore une certitude.
Donc on repose la question : qu'est-ce que vous nommez l'alignement temporel ? Lorsque vous aurez répondu à cette question, on pourra déterminer comment l'obtenir.
JM Plantefeve a écrit :xn,
Donc on repose la question : qu'est-ce que vous nommez l'alignement temporel ?
Je suis un peu surpris par ce questionnement. Pour le cas d'un filtrage analogique, l’alignement temporel est le fait d’obtenir l’ensemble des centres d’émission acoustique à égale distance du point d’écoute. A ne pas mélanger avec l’alignement en phase, qui lui est question de bon suivi de cibles (LR2lp/LR2hp ; LR4lp/LR4hp ; DU4lp/DU4mp/DU4hp ; …). En pratique, on peut jouer de compromis entre suivi imparfait de cibles et désalignement temporel en légère adaptation.
Quant au B3lp/B3hp, alignement en phase au sens strict : non ; alignement temporel : oui.
Ceci avant d’évoquer les filtres Quasi-Optimaux (comme le Harsch B4lp/Be2hp) où un désalignement temporel prononcé est exploité.
Dans ce qui suit on raisonne en champ libre. Cela sera transposable à une pièce mais pour laquelle il faudra ne considérer que les fréquences au delà de la fréquence de Schroeder (il faut connaitre votre RT60 pour la calculer et le volume de la pièce), et connaitre le RT60 du local.
Pour réaliser l'alignement temporel des deux sources on peut les déplacer physiquement, utiliser un délai analogique ou numérique (qui peut être à base de filtre passe-tout ou de retard pur), ou utiliser des filtres électriques asymétriques.
L'objectif de l'alignement temporel est d'avoir une contribution synchrone des deux (ou plus) sources pour la plage de fréquence qu'elles ont en recouvrement.
1) Deux sources sonores identiques, parfaites et équidistantes du point de mesure ou d'écoute
Deux sources sonores sont alignées temporellement pour une mesure ou écoute en un point donné lorsque les ondes sonores arrivent en même temps en ce point. Les signaux reçus sont alors parfaitement en phase et le niveau sonore sera augmentée de 6dB par rapport à une seule de ces sources.
Le temps de vol est le temps mis par l'onde acoustique pour aller de la source au point de mesure ou écoute. Il est dépendant de la célérité du son dans l'air dont la valeur est donnée par 20,05xracine(Température en degrés Kelvin), variant de 342 à 345 m.s-1, pour des températures normales.
Mais avoir un temps de vol identique pour les deux sources ne suffit pas pour garantir que la sommation des deux sources aboutira à une augmentation du niveau sonore de 6dB, car en fonction de la fréquence, chaque source a un temps de propagation de groupe.
Celui-ci serait nul pour toute la gamme de fréquence utile pour une source parfaite, dont l'instant 0 pourrait être définit pour toute la gamme de fréquence par le début de la réponse impulsionnelle caractérisant la source.
Mais un transducteur électroacoustique peut être assimilé pour sa bande utile à un système à phase minimale, produisant la plus petite variation de phase possible en fonction des variations en module du système.
Un haut parleur est un système de type passe-bande dont la phase se comporte de manière similaire à celle d'un filtre électrique à phase minimale. Un haut parleur non filtré a donc un temps de propagation de groupe non nul en basse fréquence et tendant vers 0 en hautes fréquences.
Aligner temporellement deux haut parleurs identiques non filtrés est simple il suffit d'aligner physiquement le départ ou le sommet de leurs réponses impulsionnelles, celles-ci étant identiques. On pourra observer grâce à une mesure en un point équidistant des deux haut parleurs (sans du tout bouger le micro), et en disposant d'une référence de temps pour la mesure, que les réponses en phase des deux haut parleurs seront alignées peut importe qu'on soit en phase repliée ou non.
Jusque là personne ne contredira ce que je viens d'écrire (seules des corrections de terminologie ou des précisions pourraient être apportées).
On commence par mesurer un haut parleur, ici dans l'axe à 1m de distance. La phase est composée d'une composante issue du temps mis dans l'air pour que l'onde atteigne le micro et d'une composante de phase du haut parleur:
Grâce à la fonction IR shift dans REW on peut retirer le temps de vol (estimé à 2,992ms) ce qui donne une courbe de phase bien plus lisible:
On peut observer une annulation vers 150Hz sous la forme d'une discontinuité de phase qui est due à une réflexion géométrique créant une annulation du signal (le signal réfléchi ayant la même énergie que le signal incident).
Grâce à la fonction de fenêtrage temporel on peu limiter le signal avant l'arrivée de cette réflexion (ce n'est pas toujours possible, ici c'est facile c'est une mesure en extérieur):
La courbe de phase obtenue est proche de la phase minimale (en gris).
Si on regarde cela d'un point de vue temporel (en gris la réponse impulsionnelle en utilisant la phase minimale au lieu de la phase mesurée):
On peut observer que la phase du haut parleur n'est assimilable à la phase minimale que pour une plage de fréquence, ce n'est plus vrai aux extrémités de la bande et cela peut commencer tôt (400Hz dans le cas de mon PHL1120). Il est préférable d'utiliser l'information de phase vraie plutôt que la phase minimale pour l'étude de filtrage.
On peut aussi observer que le temps de référence (positionné par REW à 0us) correspondant à une phase proche de la phase minimale n'est pas le début de l'impulsion ni son sommet.
Maintenant positionnons deux de ces haut parleurs à équidistance (supposant que nous nous trouvons dans l'axe des deux ou qu'ils soient omnidirectionnels):
On obtient un niveau de pression sonore plus élevé de 6dB pour l'ensemble de la bande passante du haut parleur.
Si maintenant on retarde l'un des deux en le reculant de 2cm:
Le gain n'est plus de 6dB pour toute la bande et ce n'est plus valable qu'en basse fréquence là ou l'écart de phase entre les deux haut parleurs est négligeable. Le bon alignement temporel correspond bien pour cet exemple simple à avoir les deux courbes de phase parfaitement alignées pour la bande de fréquence considérée.
Note: cela illustre aussi l'atténuation dépendant de la fréquence quand on utilise un réseau de haut parleurs, en fonction de la position où on mesure ou écoute.
2) Deux sources sonores différentes équidistantes du point de mesure ou d'écoute
Deux sources sonores différents, mais ayant une plage de fréquence commune avec une réponse uniforme pour celle ci, sont alignées temporellement pour une mesure ou écoute en un point donné lorsque les ondes sonores arrivent en même temps en ce point. Les signaux reçus pour la plage de fréquence commune au deux bandes passantes des deux sources (supposant leur réponse uniforme dans cette plage) sont alors parfaitement en phase et le niveau sonore sera augmentée de 6dB par rapport à une seule de ces sources.
Étant donné que les deux sources sont différentes, leur temps de propagation de groupe sera différent, déjà même avant filtrage. Pour que la sommation des puissances aboutisse à un gain de 6dB pour la plage de fréquence commune aux deux sources il faudra que la valeur de leur phases soient identique pour toute cette plage (on raisonne en régime établi, on parle bien de phase et pas de temps de propagation de groupe identique). Si le temps de propagation de groupe pour cette plage de fréquence peut être totalement identique c'est encore mieux.
Aligner deux sources correspond donc à aligner leurs phases pour la bande de fréquence utile ciblée pour pouvoir obtenir ce gain de 6dB. Avoir le temps de propagation de groupe identique pour toute la plage de fréquence commune est encore mieux. Si on souhaite utiliser les réponses impulsionnelles pour aligner les deux sources, il faudrait alors les filtrer afin de ne conserver que la bande utile commune (dans l'hypothèse d'un filtre à phase linéaire).
Pour illustrer, comme deuxième haut parleur en plus du PHL1120 on utilise un ESS AMT, haut parleur dipolaire à ruban Heil.
Mesure à 1m dans l'axe, avec suppression du temps de vol définit à partir de la phase minimale (en gris):
On positionne les deux haut parleurs de façon à ce qu'au point de mesure ou écoute on retrouve bien la référence temporelle des illustrations précédentes.
Les impulsions correspondent à ceci, où leur départ est bien aligné, ce qui est encore plus visible sur la représentation en dB:
La somme des deux sources donne le résultat suivant:
Les phases ne sont pas coïncidentes sur la plage de fréquence commune, et la sommation des source ne fournit pas un gain de 6dB.
Reculons maintenant le tweeter de 1,65cm:
Les valeurs de phases sont coïncidentes entre 3 et 6kHz, plage pour laquelle on obtient bien une bonne sommation.
Pour une bonne sommation entre 1 et 3kHz le retard à appliquer ne sera pas le même. D'un point de vue calage des impulsions on obtient ce qui suit:
On peut donc constater que pour obtenir une bonne coïncidence de phase sur l'ensemble de la bande de fréquences à reproduire par les deux haut parleurs il faudra ajuster le retard d'une voie sur l'autre, le point optimal ne correspondant pas forcement au départ de la réponse impulsionnelle pour chaque haut parleur, ni au sommet des impulsions.
3) Deux sources sonores différentes filtrées et équidistantes du point de mesure ou d'écoute
Comme précédemment mais l'alignement de la phase (ou du temps de propagation de groupe) se fait avec les haut parleurs filtrés. Le temps de propagation de groupe pour chaque haut parleur sera celui du haut parleur non filtré combiné avec celui du filtre, de même pour la valeur de phase.
Aligner deux sources filtrées correspond donc à aligner leurs phases pour la bande de fréquence utile ciblée pour pouvoir obtenir le gain de 6dB.
En première approximation, on peut aligner temporellement les deux sources non filtrées, par exemple sur leurs départs d'impulsions et appliquer des filtres électriques complémentaires, au temps de propagation de groupe identique, on conservera la relation temporelle entre les deux sources.
Pour que la sommation correcte se fasse il faudra alors que la réponse soit uniforme pour les deux sources sur la plage de fréquence commune, la réponse acoustique suivant alors celle du filtre pour cette plage de fréquence.
Si on utilise une courbe cible acoustique, avec des filtres électriques différents, l'alignement temporel réalisé avant filtrage ne fournira plus forcément une phase identique (ou un temps de propagation de groupe identique) pour les deux sources.
Filtrage du PHL1120, avec une cible LR24 1500Hz:
En ayant recalé temporellement la mesure d'origine par rapport à l'obtention d'une courbe de phase collant la courbe de phase minimale, on peut observer que la phase du haut parleur filtré est très proche de la courbe de phase cible. On peut encore améliorer en avançant un tout petit peu le haut parleur médium.
Filtrage du ESS AMT avec une cible LR24 1500Hz:
Le bon respect des courbes cibles permettra d'avoir une bonne coîncidence de phase, en utilisant le positionnement des sources basé sur la référence temporelle phase minimale.
On vérifie en inversant une des polarité de haut parleur, le trou dans la réponse est franc et symétrique de part et d'autre de la fréquence de coupure:
4) En conclusion
Pour réaliser un alignement temporel correct de deux sources sonores filtrées on doit considérer les éléments suivants:
* Le temps de propagation de groupe (GD) de chaque haut parleur est fonction du GD du haut parleur non filtré et du filtre.
* Le délai entre deux haut parleurs est la différence entre les sommes du temps de vol (retard pur) respectif et du GD de chaque haut parleur filtré, pour chaque haut parleur.
* L'écart de phase est minimal lorsque le délai entre les deux haut parleurs est le plus faible possible pour toute la plage de fréquence commune.
* Cette plage est à définir par rapport à une atténuation minimale d'une voie par rapport à l'autre en extrémité de bande commune (12dB est une valeur correcte, mais certains pratiquent 20 voir 30dB).
Après que le filtrage électrique soit à base de Duelund Synkron, Harsh, Bessel, Butterworth, Linkwitz-Riley, FIR ou autre, peu importe tant que les deux courbes de (GD après filtrage + différence de temps de vol), sont alignées pour la plage de fréquence commune.
En inversant la polarité d'un des deux haut parleurs on doit retrouver une belle courbe d'atténuation avec un trou franc à la fréquence de raccordement et une largeur max de la zone atténuée (au max la plage de fréquence commune considérée).
Ce principe de concordance des phase des deux haut parleurs filtrés est appelé phase tracking.
Si l'ordre des deux pentes acoustiques après filtrage est impair (6dB, 18dB...), pour aligner il faudra chercher un écart de 90° en phase, constant sur la plage de fréquence en recouvrement.
Aligner les haut parleurs avant filtrage sur le départ de l'impulsion, et se baser sur des courbes cibles peut bien fonctionner (cela semble être le cas pour le raccord medium tweeter chez Dominique-Tanguy), mais la concordance des phases (ou mieux des GD après filtrage + différence de temps de vol) sera à vérifier si on veut obtenir un résultat précis avec le maximum de qualité dans le résultat obtenu.
Dans l'exemple donné c'est l'alignement des deux sources non filtrées par minimisation de différence de leur phase par rapport à leur phase minimale qui permet d'obtenir le bon résultat, avec un filtrage permettant à la réponse acoustique de chaque haut parleur de coller aux cibles.
Tout cela dépendra cependant de comment on a réalisé correctement les mesures ayant servi à la mise au point. Sans avoir réalisé de bonnes mesures permettant de conserver la relation temporelle des haut parleurs telle que perçue ou mesurée au point d'écoute, les simulations seront fausses ou peu précises.
Si pendant les mesures vous déplacez le micro, assurez vous d'avoir pris une mesure de référence au point d'écoute (si c'est possible car si vous vous trouvez complètement en champ diffus au point d'écoute cela sera difficile d'y voir quelque chose), permettant de connaitre les temps d'arrivée de chaque haut parleur non filtré de façon à pouvoir recaler temporellement vos mesures prises en différents points.