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Audio-fatras

       principe du filtre soustractif avec délai pour trois voies.
       Les fonctions de retard et le filtrage passe bas sont assurées  par
       un dcx2496 et les fonctions soustractives sont faites en sortie
       de dac, by-passant les étages analogiques d'origine du dcx.
       Le site de Thierry Martin fournit la description détaillée des
       entrailles de l'engin.( www.dcx2496.fr ). http://web.archive.org/web/20120816081705/http://www.dcx2496.fr/
P1010525.JPG
 

 

Le filtrage soustractif hérite d'une réputation médiocre
qui résulte d' une confusion entre le soustractif élémentaire,
qui ne génère que des complémentaires à pente 6 dB et
un raccord difficile d'une des deux voies,

http://sound.westhost.com/articles/derived-xovers.htm
ainsi que de l'assimilation avec le filtre soustractif d'Elektor 1987, alors que l'introduction du delay

par dsp sur les voies hautes permet de combiner des pentes fortes et distorsion de phase nulle:

 

 

P1020774-4.JPG

                             

                        ---------------------------------------------------------------------------

      soustractif simple: Illustration D. Self / Lipshitz:

  soustractif simple

comp simple LR24

 

                                               --------------------------------------------------------------------------

                                                     soustractif avec delai:

soustractif-avec-delai.jpg   Illustration Lipshitz

 

                                                   

  lip-substr.jpg

La valeur du delay est égale au retard de groupe de la voie

grave quand F --> 0. Les réponses impulsionnelles des voies se trouvent

ainsi (+/- ) * alignées sur leurs sommets.

                  * alignement avec 4 voies en LR4SD :

 

 eq / filtrage fir sur Mac

                                    -------------------------------------------------------------

                                      Filtre soustractif Elektor 1987

 

  Une étude des mêmes auteurs propose une implantation soustractive du filtre de Linkwitz Riley

 http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=5257

  Une réalisation est proposée par Elektor en 1987 qui utilise une 

 cellule passe-tout pour générer le passe-haut par voie soustractive: 

http://users.otenet.gr/~athsam/3way_active_crossover_with_linear_phase_eng.htm

   le group delay de cette cellule, imposant celui du filtre global,

  est rigoureusement celui d'un LR4 classique:

 - LR4 classique : ( PB + PH )  = Passe-tout

- LR4 soustractif Elektor :  ( Passe-tout - PB ) = PH     ... ben oui !

  group-delay-soustr-elektor.jpg group delay du filtre elektor (en deux voies à 1 kHz)

                                    courbe de phase en pointillés

 LR4-phy.jpg

     Donc pas du tout "linéar phase " !

 Cette réalisation a été confusément assimilée aux travaux de Lipshitz et Vanderkooy

  concernant  les modèles de filtres soustractifs à group delay constant, ou "transient perfect",

 ( encore un exemple ici :http://www.karma-audio.dk/Linear%20phase%20crossovers.html

 lesquels, bien que de structure proche, imposent l'usage d'une ligne à retard pur, constante en fréquence.

  Voir à ce sujet " The design of active crossovers " de Douglas Self:

ligne-a-retard-analogique.jpg

  Une ligne à retard constante sur toute la bande audio en analogique ne necessite pas moins

  que la mise en cascade de quatre cellules passe-tout du quatrième ordre (et pour des retards courts!)

   Une utilisation proche avec la Studer A723:

   ftp://ftp.studer.ch/public/SwissSound/SwissSound26eApr89LR.pdf

 

                                  --------------------------------------------------------------

 

  Transient Perfect Subtractive filter with delay ( le vrai !)

 

temporel-bess.gif

documents:

http://www.musicanddesign.com/Speaker_Transient_Analysis.html
 

L-V.jpg

 

simulations LTspice sur le forum diyaudio de steph_tsf:

  Lipshitz-Vanderkooy.zip

 

                                Outils fondamentaux pratiques:
 TPSD        TPSD deux voies

      Analyses - théorie:

   New_XO_Rev1.pdf

Subtractive Delay Constant Voltage Linear Phase Crossovers

  étude des filtres soustractifs avec delay sous excel :  Kreskovsky d'après les travaux de Lipshitz et Vanderkooy : " A family of linear-phase crossover networks of high slope derived by time delay" : Journal . AES V31 1983

Illustration de J.Kreskovsky:


SD-LR4.jpg

 


                            Simulation de Francis Brooke
LR4-soustractif-delay.jpgLe passe bas est un LR4, le complémentaire a une pente moyenne de 18 dB/octave.
la courbe en jaune représente la réponse dite en coïncidence ( somme des modules PB + PH) avec une première bosse de 0,65 dB, cette donnée est à pondérer par la prise en compte de la directivité des h-p et du traitement acoustique de la pièce; tandis que la somme vectorielle PH + PB est unitaire en amplitude et en phase.

http://imageshack.com/a/img593/2145/r1b2.jpg

 

    

 

 

 

Simulation Mathcad de J.M. Plantefeve ( modèle LR4SD )

 

simul J M Plantefeve sdfilter

                                                               -----


Autres solutions: le complémentaire du Butterworth d'ordre 4 qui a une pente initiale proche de 24 dB/oct, puis 18 en moyenne (retard vers 0,416T) , croisement à -4,2 dB. (Accroissement de la pente avec 0,41T + 0,7%) ).

Idem Butt3 raccord à -5,3 dB, delta= 0,318T 

complémentaire à 20 dB /oct. sur les 3 premières

Les Bessel d'ordre 4, 6 et 8 ne donnent qu'un 12 dB/oct en complémentaire mais avec une très bonne réponse en coincidence, croisement à -6dB.

 

  Une combinaison à fortes pentes: Le LR8 (48 dB/oct !) dont le complémentaire est un 18 dB/oct particulier - 22dB/oct sur les deux premières -  delai à 0,832T, raccord à -2,9 dB, donc assez médiocre péponse en coincidence, mais possible dans le grave (< 200 Hz) lorsque la distance séparant les hp est  faible devant la longueur d'onde de Fc et directivités semblables et plus généralement pour h-p coaxiaux.

Plus intéressant, réalisable avec un dsp type Dspiy,  le LR4 au carré ( ou Butt2 ^4 ) donne un 18/48 avec croisement des voies à -4,95dB.

                                                     ---------------------

 Calcul des delay : avec a1 / b1 des coef des polynomes :

delta (T) = a1  / (2 . Pi . Fc)= a1 / oméga.

 (Pour un ordre 2, a1 est l'inverse de Q.)

 

pour le LR4 :coef-LR4.jpg

tableau général:

Butt--Link--Bess--D----copie.jpg 

 

 

Les delay du DCX étant utilisés pour générer les filtres, les h-p doivent être alignés mécaniquement au niveau des membranes.
Le principe du soustractif interdit d'utiliser les égalisations / limiteurs / gain ect du dcx par voies, ces fonctions restant praticables uniquement au niveau des entrées.

                en résumé, les modèles à retenir, pour un réglage à 1kHz sur dcx:

                LR4    delai = 0,45016 ms,  comp. ordre 3, fréquence de croisement = 968Hz à -5,7dB

                Bess4 delai = 0,5094 ms    comp ordre 2,  fr. de croisement proche 1KHz à -6dB.

                              étude "acourate" , de l'usage des Bessel soustractifs en fin de pdf :

Thoughts About Crossovers - Acourate

et les simulations ltspice de J.M.Plantefeve en fin de:

 Fonctions d'aiguillage pour enceintes électroacoustiques

 

               Les Butt3 et 4 pour des pentes initiales + fortes en PH.par augmentation légère du delay. 

                Le LR8 pour hp coaxiaux.

                (Sur le DCX, les Fc affichées sont à -3dB pour Butterworth, et -6dB pour  L-R  et aprox. -7,6dB pour Bessel 4)

  Butt 3 SD: croisement à -5,3 dB

Butt3-SD.jpg

Butt3 augmenté T + 0,64%

Butt3-T-0-64-.jpg

Bess 4 SD: croisement à -6dB

Bess4-SD.jpg

LR4 SD: croisement à -5,7 dB

LR4-SD.jpg

                                       LR8 SD croisement -2,8 dB  type "20/48"

LR8SD

          LR8SD avec T +0,5% : accroche le 24dB/oct mais avec rupture et plateau à -55dB

LR8-SD-T-0-5-.jpg

                                ------------------------------------------------------------------------

                           

 

  synoptique filtre:
  synoptique-filtre.jpg

étages de sorties essayés:

sorties-inv-dcx.jpg
 

 

 

 aop : NE5532 / LM4562 / AD797 avec adaptateur

OUT-AK4393.jpg

 

  Les etages des sorties d'origine sont  abandonnés, les signaux pris directement en sortie de dac:

 les deux sorties "en phase et hors phase" sont utilisées pour réaliser la fonction soustractive avec des

 sommateurs élémentaires, gains à ajuster avec les trim-pots de 200 ohms. Cette solution est

 finalement plus simple et fiable que d'utiliser des récepteurs de ligne INA134 ou SSM2141,

 et autorise des affaiblissements plancher > -60 dB.
Cette valeur est cependant difficile à dépasser sur les voies aigues car limitée par la précision de

réglage du fine delay du dcx pour les fréquences de coupure > à 2 kHz.

 

 Il convient alors de rechercher, autour de la  fréquence ciblée, la meilleure coïncidence entre

 le pas de réglage de Fc et celui du fine delay pour obtenir

 une erreur inférieure à 1% au time delay calculé (préférablement par excès avec le LR4SD.)

 

 

                   Impératif:  vérification / mesure des voies, ici avec Rew, pour ajuster le delay au tweeter:

                    La courbe violette est adoptée

 ddelay-adjust-2.jpg

                                            -----------------------------------------

Pour des fréquences de coupures avec Fc 2 médium / tweeter > 3,5 / 4 kHz,

quand le pas de réglage du fine delay devient insuffisant, un standard pourrait être de filtrer

en L-V  Fc1 boomer - médium et  en quasi-optimal  Fc2 médium - tweeter, à priori sans conscéquences,

 libérant ainsi sur dcx l'usage des égalisations par voies pour le médium, avec certaines précautions,

 et plus largement du tweeter, solutions à comparer.

                                          -------------------------------------------

 

 Les aop donnent le gain pour atteindre environ 2 Volts / 0 dB num.

 

Pot 6 voies

Réglage de volume: 6 rectilignes + général avec Alps RK168 16MG.

connecteur_X1.gif





sorties analogiques du AK4393 sur la nape 26

 broches avec composante continue 2,5 Vdc
 

http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/A/K/4/3/AK4393.shtml







alim +/- 15 volts dérivés sur la nape 20 broches


                                     ----------------------------------------------------------------------

  ACOUSTIQUE:

 

mesure à 70 cm sur deux voies Scan-Speak / EMIM  avec fc = 1,8 kHz:
soustract.jpg

la forme de la réponse impulsionnelle renseigne sur le respect de la phase ainsi obtenu. (micro : Schoeps MK4)

  Ou avec Holmimpulse : http://www.holmacoustics.com/holmimpulse.php

sigle-holm.jpg

scan-mimi-court.jpg

 

 

 

                                             -----------------------------------------------------------

 

                                          T(acoustic) = T(driver).T(filter)

 

http://www.audax.fr/forum/read.php?4,12214,page=1

Ce type de filtre n'a,en l'état, outre l'égalisation générale, aucune souplesse pour prendre en compte

les fonctions de transfert propre des haut-parleurs.

il convient donc qu'ils soient linéaires (ou linéarisés) sur  ≥ une octave au delà des fréquences de coupures retenues,
sinon la transmitance des hp devient non négligeable devant celle du filtre.

 

 Cependant un ajustement mécanique du recul de la voie supérieure peut jouer en compensation,

 et contribuer à combler un trou éventuel de plusieurs décibels:     

  Ce type de mise au point necessite mesures sur signaux test.

 

                            TRANSFERT HP x FILTRE

Soient les courbes des hp non filtrés avec allures +/- vraissemblables :( Fc est ici pris à 1KHz pour des raisons pratiques. On poura transposer l'ensemble de ces courbes -typiquement d'un octave- pour correspondre à un usage plus courant pour un raccord médium / aigu )

                                    grave-medium:  Fc 2,5 kHz Q=1

boomer sim

                                      tweeter Fc = 500 Hz Q = 0,707

tweeter sim

 

        Recherche d'optimisation :

                   simulation : filtre Bess4sd + hp à Fc =1 kHZ

 

      avec décalage mécanique du tweeter de 55 ùs en profondeur ( 1,87 cm.) Fc = 1K

     (La position zéro  étant obtenue après alignement initial des surfaces émissives des hp)

     LTspice IV 

    

bessbiss.jpg

 

                                            pointillé : TPG        vert  plein : amplitude

 

 Variations de niveaux: max de -1,4 dB vers 540 Hz, + 0,5 dB 1,7 KHz

 Variations de TPG: -135 µs centré à 500 Hz

  (... envisager ensuite une compensation du trou par légère égalisation sur dcx aux voies d'entrées...)

 

                                 les mêmes hp en Bess4sd avec Fc = 1,35 kHz

 

bess-1.35-bis.jpg

   avec recul mecanique du tweeter  de 60µs :    delta amplitude :  -0,8 dB centré 550 Hz, +0,5 dB centré 1,8 KHz

 

 

 

                                         Filtre LR4SD + hp   Fc = 1,35KHz

 

LR4SD-1.35K.jpg

    recul mécanique du tweeter de 60µs  ----   delta amplitude: -1,4 dB , + 0,2 dB

 

 

 

                                           LR4SD + hp  à   Fc  = 1,5KHZ

LR4SD-1-5-KHz.jpg

 

        toujours recul mécanique tweeter de 60µs : --- delta amplitude -1,1 dB , + 0,2 dB

 

 

                                               LR4SD + hp à Fc = 1,75 KHz 

 

LR4SD-1-75-K.jpg

       optimisation finale :  recul tw : 65 µs / 2,2 cm  -- delta amplitude :  - 0,8 dB  +0,15 dB

                                                                                          -- delta tpg = 28µs

                                                    -------------------------------------------------------------

                                                                      REPHASE

Technique complémentaire de correction fir utilisée pour les sources lues sur pc via Foobar par convolution:

http://sourceforge.net/projects/rephase/

et le composant logiciel foo_convolve.dll

compensation des rotations de phase liées à la charge du boomer et égalisations finales fines

et indépedantes de la phase et amplitude.  Voir page de ce blog.

repase-phi-EQ.jpg

 

 

                                                    -------------------------------------------------------------

 

   mesures acoustiques : chaque hp filtré en proximité,  avec synRTA ( Liberty Instruments)     SynRTA

 

filtre--hp.jpg 

 

   LR24sd + comp (18dB/ oct , Dl = 0,45 T) à 120 Hz, Bess 24sd + comp (12 dB/ oct, Dl = 0,51 T) à 1,8 kHz

 

 

carres-180-500-1K-2K-4K.jpg

 

carrés acoustiques à 70 cm des hp à  180 Hz, 500 Hz, 1 KHz, 2 KHz , 4 KHz . ( retenus après casting ... )

                                      -------------------------------------

Le DCX d'origine reserve parfois des surprises désagréables liées aux disfonctionnements

du chip SRC ( sample rate converter ) où arrive le signal numérique.

Selectronic propose une carte qui utilise un SRC plus fiable Cirrus Logic CS8416 compatible 24/96 avec transfo au

double standard AES / SPDIF et des horloges de précision. Un guide opératoire

se trouve sur le site de T. Martin. http://www.dcx2496.fr/src1.php

pour les shémas du DCX voir aussi:

http://jipihorn.free.fr/

Schémas

 

                         --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

                                              Annexe:

 

             XOralizer de Jean-Luc Ohl

           Oralisation / simulation des filtres soustractifs - delay

                http://www.ohl.to/archives/202

          Le logiciel de OHL XOralizer2 suggère l'idée des passe-bas composites, résultant de deux noyaux

 élémentaires en série, avec visualisation des complémentaires : 

composite-ohl.jpg

 

                                       ------------------------------------------------------------

 

                   Complémentaires s-d de passe-bas à pente progressive

 

 

    LR4 à 1 kHz + Butt2 à 1,5kHz   croisement des voies à 933 Hz /  -5,4dB, encore très correct

   complémentaire en 18 dB / oct  --  60dB/ décade.

soustr-composite-LR4-Butt2.jpg

LR4-1kHz-Butt2-1-5kHz-soustr.jpg

 

 Supposant que le haut-parleur utilisé ait une coupure acoustique qui s'apparente à du Butt2, Butt3,

  Bess2, on peut ainsi composer la structure du filtre soustractif plus abouti

   prenant en compte la partie haute de la fonction de transfert propre

   du haut-parleur grave, voire plus avec transformée de Linkwitz:

filtrage-complementaire.jpg

 

 

                                                    avec passe-bas LR4 + Butt3:

LR4 1kHz + Butt3 2kHz: croisement à -5,5 dB, comp. 60dB/ décade :

comp-LR4-1k-Butt3-2k.jpg

 

 

                                                -----------------------------------------------------------------

     On pourrait aussi modifier légèrement, dans un soft,  les coefficients a1 des polynomes des Bessel

 de manière à obtenir des complémentaires d'ordre 3. Pour ces "quasi-Bessel", les coefs sont:

 

     Quasi Bess4 :  a1 = 2,9636

    Quasi Bess5 :  a1 = 3,712

    Quasi Bess6 : a1 = 4,4542

    Quasi Bess7 : a1 = 5,195

    Quasi Bess8 : a1 = 5,934

  .

 

 

 Quasi Bess6 - LV : 36 dB /oct pb , 18 dB/oct ph , hump de la réponse en coïncidence < 0,5 dB

quasiBess6 LV     

                          ------------------------------------------------------

 

         simulation et programmation des soustractifs / délai via le logiciel

                                 Sigmastudio d'Analog Device

http://www.analog.com/en/dsp-software/ss_sigst_02/sw.html

pour un usage de dsp comme le Dspiy:

http://www.dspiy.be/

http://www.homecinema-fr.com/forum/diy-tdg/filtre-actif-a-base-de-dsp-t30029253.html

essai d'insertion d'une égalisation dans la branche soustractive, ici inactive 

LR4 LV

Audio-fatras

 

un point fort est le réglage précis des fréquences permettant des pentes constantes, le délai est programmé en sample dont la progressivité est limitée selon la fréquence d'échantillonnage.

Ici Fc = 981 Hz pour 22 samples, en 48 kHz 

-----------

--

  les possibilités de combinaisons pour créer des soustractifs deviennent vastes, exemple:

Trois filtres d'ordre 2, 

(Bess2 / 1 kHz, Bess2 / 1692 Hz , Butt2 / 2,6 kHz)  

plus égalisation en série au passe bas permettant un croisement des courbes tout près de -6dB et 18 dB / oct au passe-haut

Audio-fatras

Eq : 701 Hz , Boost 1,2 dB , Q factor : 0,7

Audio-fatras

courbes résultantes

Audio-fatras

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exemples pratiques de programmations

 fréquence raccord visée 100 Hz, à mieux que -5dB au croisement, complémentaires en 18 dB/ octave francs.

  les délai sont en samples pour Fs : 48 kHz

 

                                                  ordre 4 au pb

                               F1 = F2 = 102 Hz Q1 : 0,72   Q2 : 0,71

                                    délai : 210 samples ( 48 kHz )

filtre soustractif délai avec sigmastudio/dspiy

avec un passe bas qui plonge un peu plus vite :

F1 = 81 Hz Q1 = 0,61  F2 = 109 Hz  Q2 = 1,11 délai = 218 sp

filtre soustractif délai avec sigmastudio/dspiy

ou encore : ( 101 Hz / 0,68  + 107 Hz / 0,71 ) délai = 212 sp, ou bien

( 95 Hz / 0,67 + 113 Hz / 0,74 ) délai = 212 sp , croisements à -5,7 dB

 

ordre 5 

F1 = F2 = 111 Hz Q1 : 0,78  Q2 : 0,75 ,

+ordre 1 à 128 Hz, délai 240 sp

 

filtre soustractif délai avec sigmastudio/dspiy

 ou : ( 97 Hz / 0,72 + 124 Hz / 0,76 + 1er ordre à 167 Hz ) délai 236 sp

 

ordre 6 : 

F1 = 93 Hz, Q1 = 0,63  F2 = 100 Hz , Q2 = 0,69

F3 = 150 Hz , Q3 = 1,29

 délai = 281 sp

filtre soustractif délai avec sigmastudio/dspiy

ou  : ( 101 Hz / 0,72 + 121 Hz / 0,64 + 162 Hz / 0,75 )  délai 267 sp

 

ordre 8 :

Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = 0,7

F1 = 124 Hz   F2 = F3 = 138 Hz ,

F4 = 137 Hz  délai = 326 sp

filtre soustractif délai avec sigmastudio/dspiy

le délai théorique à appliquer est égal au group delay

de la voie grave quand F--> 0

  cette valeur pour un ordre 2 est donnée par  1/( Q . 2 . Pi . F ) = 1/( Q . oméga ) 

ordre 1 :  1/ oméga

 

 

 

 

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FIR et soustractif

Audio-fatras

correction par Thierry38: faut faire suivre la voie grave sur ce schéma bloc par un délai

pour l'alignement des voies :

 eq / filtrage fir sur Mac

 

Le but est de réduire / optimiser, pour une cible donnée,  la puissance de calculs avec les dsp un peu courts de ce côté :

au lieu de calculer le filtre en fir de chaque voie, la voie complémentaire est déduite par soustraction.

avec RePhase / Sigmastudio pour Dspiy

exemple : filtre créé avec RePhase type passe bas à Fc = 600 Hz, 400 taps, profil LR 36 dB / oct

Audio-fatras

le fichier exporté au format txt contient les 400 coefficients de calcul fir

qui sera utilisé dans SigmaStudio

Audio-fatras

Un fenêtrage en Nutall ou Blakman dans RePhase donne

une meilleure tenue finale de la pente mais une soustraction globalement moins précise.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l'impulsion étant centrée, le délai à appliquer est de

400 / 2 soit 200 échantillons: prendre une valeur paire. 

 

 

Audio-fatras

filtrage obtenu :

Audio-fatras

les ondulations résiduelles du passe haut sont à -80 dB, seuil qui dépend du nombre de taps retenu en fonction de Fc et de la pente.

C'est exactement le même résultat qu'en fir direct mais en réduisant la puissance de calcul utilisée par presque deux

passe haut avec 400 taps dans RePhase:

Audio-fatras

 

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