Des filtres sélectifs pour enceintes Hi-Fi 2 et 3 voies 12 et 18 dB par octave 2ème partie et fin

Avant, nous vous avons proposé la première partie de cet article sur les filtres sélectifs ou “crossover”. Vous avez pu y trouver toutes les formules de calcul et, ainsi faire votre choix en fonction de vos besoins. Dans cette seconde et dernière partie, vous trouverez toutes les implantations et les circuits imprimés pour mener à bien vos réalisations.


L’atténuation par octave
Jusqu’à présent, nous avons vu que l’atténuation s’exprime en décibels et qu’elle correspond graphiquement à une courbe qui, après un trait rectiligne, équivalent à 0 dB, commence à descendre vers le bas de façon plus ou moins accentuée. Si on observe les figures 4 et 5, on peut voir clairement que dans les filtres sélectifs à 12 dB par octave, la courbe descend de façon plus douce, tandis que dans ceux à 18 dB par octave, la courbe descend de façon plus abrupte.
A présent, nous vous rappelons que les octaves correspondent à la fréquence de croisement multipliée par 2, 4, 8, 16, etc.
Donc, si on prend comme référence une fréquence de coupure de 2 000 Hz, la première octave supérieure se trouvera à 4 000 Hz, la seconde octave à 8 000 Hz et la troisième à 16 000 Hz.
A l’inverse, la première octave inférieure se trouvera à 1 000 Hz, la seconde à 500, la troisième à 250 et la quatrième à 125 Hz.
Par atténuation de 12 dB par octave, on entend que pour chaque octave supérieure ou inférieure, le signal est atténué de 12 décibels.
Pour la fréquence de croisement de 2200 Hz que nous avons choisie pour les filtres sélectifs à 12 dB par octave, pour les octaves supérieures, on obtiendra ces atténuations :

              4400 Hz  = 12 dB
8800 Hz = 24 dB
17 600 Hz = 36 dB

et pour les octaves inférieures, celles-ci :
              1100 Hz  = 12 dB
550 Hz = 24 dB
275 Hz = 36 dB

Si on donne un coup d’oeil au tableau des dB et à la relativeatténuation en puissance, on peut quantifier la puissance en watts qui atteindra, pour chaque octave, chacun des haut-parleurs.
12 dB = la puissance est divisée par 15,85
18 dB = la puissance est divisée par 63,10
24 dB = la puissance est divisée par 251
36 dB = la puissance est divisée par 3 981

Dans l’hypothèse d’un amplificateur débitant une puissance de 60 watts et d’un un filtre sélectif de 12 dB par octave dans les enceintes, toutes les octaves supérieures à 2200 hertz atteindraient le “woofer” avec ces puissances :
4400 Hz (60 : 15,85 = 3,78 W) –12 dB
8800 Hz (60 : 251 = 0,24 W) –24 dB
17600 Hz (60 : 3981 = 0,015 W) –36 dB

De même manière, toutes les octaves inférieures à 2200 Hz atteindront le “tweeter” avec ces puissances :
1100 Hz (60 : 15,85 = 3,78 W) –12 dB
500 Hz (60 : 251 = 0,24 W) –24 dB
275 Hz (60 : 3981 = 0,015 W) –36 dB

Si l’on a inséré un filtre sélectif de 18 dB par octave dans les enceintes, toutes les octaves supérieures à 2 200 hertz atteindront le “woofer” avec ces puissances :
4400 Hz (60 : 63,10 = 0,95 W) –18 dB
8800 Hz (60 : 3981 = 0,015 W) –36 dB

De même manière, toutes les octaves inférieures à 2200 Hz atteindront le “tweeter” avec ces puissances :
1100 Hz (60 : 63,10 = 0,95 W) –18 dB
550 Hz (60 : 3981 = 0,015 W) –36 dB

Les filtres sélectifs, en atténuant la puissance des octaves supérieures et inférieures, empêchent que les haut-parleurs “woofer”, “médium” et “tweeter” soient atteints par des fréquences qu’ils ne sont pas capables de reproduire.

La polarité des filtres et des haut-parleurs
La polarité “plus” et “moins” d’un filtre sélectif est toujours spécifiée sur ses bornes d’entrée et de sortie, et il faut la respecter si on veut relier en phase tous les haut-parleurs présents dans l’enceinte.
Dans les haut-parleurs “woofer” et “médium”, la borne positive est normalement indiquée et la polarité doit être respectée lors de la liaison car, en présence d’un signal positif, le cône d’un haut-parleur bouge vers l’extérieur et en présence d’un signal négatif, il bouge vers l’intérieur (voir figure 17).
Si on a deux enceintes et que les hautparleurs ne sont pas reliés en phase, en présence d’un signal positif, les cônes d’une enceinte se déplaceront vers l’extérieur, tandis que ceux d’une autre enceinte se déplaceront vers l’intérieur, donnant ainsi un son très atténué, car deux signaux identiques mais en opposition de phase s’atténuent.
Donc, lorsque vous reliez la sortie d’un filtre aux bornes des haut-parleurs, vous devez toujours respecter les polarités.
Dans les haut-parleurs, la broche positive peut être indiquée à l’aide du signe “+”, ou bien à l’aide d’un point rouge.
Si la polarité n’est pas indiquée sur votre haut-parleur, vous pourrez facilement la trouver en utilisant une pile normale de 4,5 volts.
Si, en reliant la pile aux bornes du haut-parleur comme cela est présenté sur la figure 17, vous constatez que le cône se déplace vers l’intérieur, inversez la polarité de la pile et vous remarquerez alors que le cône se déplacera vers l’extérieur.
Lorsque le cône se déplace vers l’extérieur, marquez d’un “+” la borne à laquelle vous avez relié le positif de la pile.
Seuls les haut-parleurs “tweeter” n’obligent pas à respecter de polarité.

Figure 16: Les haut-parleurs appelés “woofer” ont un cône de diamètre important.
Ils sont étudiés pour reproduire fidèlement toutes les fréquences des basses et des médium-basses. Ceux que l’on appelle “médium” ont un cône de plus petit diamètre et ne permettent de reproduire que des médiums ou des médiumaiguës.
Les “tweeter”, quant à eux, ont un cône de tout petit diamètre. Ils servent à reproduire les fréquences aiguës ou super-aiguës.


Figure 17: Vous trouverez, sur les sorties de chaque filtre, les symboles +/– qui vous permettent de mettre les hautparleurs en phase. Si la broche positive de vos hautparleurs n’est pas indiquée, vous pouvez relier leurs bornes à une pile. Lorsque le + de la pile est relié à la broche + du haut-parleur, le cône se déplace vers l’extérieur, dans le cas contraire, le cône se déplace vers l’intérieur.

Le choix du haut-parleur
Lorsqu’on utilise des filtres sélectifs à 2 voies, il est nécessaire de prêter beaucoup d’attention au choix des haut-parleurs pour les médiumbasses et les médium-aiguës.
Etant donné que nous avons choisi une fréquence de coupure de 2 200 Hz, on devra choisir un “médium-basses” capable de reproduire une fréquence maximale de 2 500 Hz et un “médium-aiguës” capable de reproduire une fréquence minimale de 1 500 Hz.
Pour les filtres sélectifs à 3 voies, étant donné que nous avons prévu une première fréquence de croisement entre “woofer” et “médium” de 500 Hz environ, et une seconde fréquence de croisement entre “médium” et “tweeter” de 4 000 Hz, nous n’aurons pas de problèmes car n’importe quel “woofer” est capable de reproduire toutes les fréquences, jusqu’à 800 ou 1000 Hz et le “tweeter”, toutes les fréquences supérieures à 3 000 Hz. En outre, n’importe quel haut-parleur “médium” est capable de reproduire toutes les fréquences de 300 à 6000 Hz.

TABLEAU 8.
Les inductances
Les valeurs des inductances que l’on peut trouver chez quelques annonceurs de la revue, sont reportées dans le tableau 8.
Vous y trouverez, également, les références et le prix moyen en Francs et en Euros.
Si vous avez besoin d’inductances de valeurs différentes des valeurs standard et que vous ne réussissez pas à les trouver dans le commerce, vous pouvez résoudre ce problème en déroulant, d’une bobine d’inductance supérieure, une ou plusieurs spires, jusqu’à ce que vous obteniez le nombre de millihenrys requis.

Figure 18 : Dans le tableau 8, vous trouverez tous les codes des inductances généralement disponibles, accompagnées de leur valeur en millihenry. A présent que vous connaissez toutes les formules pour calculer la valeur des inductances et des capacités, il vous sera très facile de réaliser des filtres sélectifs avec une fréquence de coupure différente de celle que nous avons choisie pour nos filtres.

La puissance maximale
La puissance maximale pouvant être appliquée sur les bobines des filtres sélectifs décrits dans cet article peut atteindre et même dépasser des pics de 180 watts.

Note: Afin de ne pas occuper trop de place mais contrairement à nos habitudes, nous avons réduit à 67 % tous les schémas d’implantation des composants des filtres sélectifs. Pour les circuits imprimés, lire l’autre note.

Réalisations pratiques
Vous pensez peut-être que les dimensions des circuits imprimés dessinés pour ces filtres sélectifs sont exagérées.
Malheureusement, il n’est pas conseillé de les réduire, car si les bobines sont trop rapprochées l’une de l’autre, elles pourraient s’influencer mutuellement donc, par conséquent, détériorer la qualité du filtrage.

Deux filtres 2 voies, 12 dB par octave
Pour la réalisation de ces filtres sélectifs, nous vous proposons le circuit imprimé de la figure 34.

Figure 19 : Schéma d’implantation des composants d’un filtre à 2 voies de 12 dB par octave, pour haut-parleurs de 8 ohms.

Figure 20 : Schéma d’implantation des composants d’un filtre à 2 voies de 12 dB par octave, pour haut-parleurs de 4 ohms.

Pour haut-parleurs de 8 ohms (figures 19 et 34) Le filtre “AP2.128” pour haut-parleurs de 8 ohms est composé de deux bobines de 0,82 millihenr y et deux couples de trois de condensateurs de 4,7 microfarads, 1,5 microfarad et 0,22 microfarad qui, reliés en parallèle, vous permettront d’obtenir une capacité totale de 6,42 microfarads.
L1, L2 = 0,82 mH
C1, C2 = 6,42 μF (4,7 + 1,5 + 0,22)

Avec ces valeurs d’inductance et de capacité, on obtient un filtre sélectif dont la fréquence de croisement est de 2 200 Hz.
Si vous souhaitez réaliser des filtres sélectifs d’une fréquence de croisement différente, vous pourrez consulter le tableau 1, pour connaître les valeurs des inductances ainsi que celles des capacités à utiliser.

Pour haut-parleurs de 4 ohms (figures 20 et 34) Le filtre “AP2.124” pour haut-parleurs de 4 ohms est semblable en tout point au précédent sauf en ce qui concerne les valeurs des composants :
L1, L2 = 0,41 mH
C1, C2 = 12,7 μF (4,7 + 4,7 + 3,3)

Deux filtres 2 voies, 18 dB par octave
Pour la réalisation de ces filtres sélectifs, nous vous proposons le circuit imprimé de la figure 35. Les condensateurs marqués d’un astérisque sont des électrolytiques, les autres sont polyester.

Figure 21 : Schéma d’implantation des composants d’un filtre à 2 voies de 18 dB par octave, pour haut-parleurs de 8 ohms.

Figure 22 : Schéma d’implantation des composants d’un filtre à 2 voies de 18 dB par octave, pour haut-parleurs de 4 ohms.

Pour haut-parleurs de 8 ohms (figures 21 et 35) Le filtre “AP2.188” pour haut-parleurs de 8 ohms est composé ainsi :
L1 = 0,43 mH pour le “médium”
L2 = 0,87 mH pour le “woofer”
L3 = 0,28 mH pour le “woofer”
C1 = 6,06 μF (3,3 + 2,2 + 0,56)
C2 = 18 μF (10* + 4,7 + 3,3)
C3 = 12 μF (10* + 1 + 1)

Avec ces valeurs d’inductance et de capacité, on obtient un filtre sélectif dont la fréquence de croisement est de 2 200 Hz.

Pour haut-parleurs de 4 ohms (figures 22 et 35) Le filtre “AP2.184” pour haut-parleurs de 4 ohms est semblable en tout point au précédent sauf en ce qui concerne les valeurs des composants :
L1 = 0,22 mH pour le “médium”
L2 = 0,43 mH pour le “woofer”
L3 = 0,14 mH pour le “woofer”
C1 = 12 μF (10* + 1 + 1)
C2 = 36,3 μF (33* + 3,3)
C3 = 24,2 μF (22* + 2,2)

Avec ces valeurs d’inductance et de capacité, on obtient un filtre sélectif dont la fréquence de croisement est de 2 200 Hz.
Si vous souhaitez réaliser des filtres sélectifs ayant une fréquence de croisement différente, vous pourrez consulter les tableaux 2 et 3 pour connaître les valeurs des inductances et des capacités à utiliser.

Figure 23 : Après avoir réalisé n’importe quelle enceinte, vous pouvez insérer à l’intérieur l’un des filtres proposés, en le fixant à l’aide de vis à bois afin d’éviter les problèmes dus aux vibrations.

Figure 24 : Tous les filtres à 3 voies sont composés de trois étages séparés.
L’un destiné au “tweeter”, le second au “médium” et le dernier au “woofer”.


Figure 25: Après avoir fixé les trois circuits imprimés à l’intérieur de l’enceinte, vous devez les relier en parallèle, en veillant à ce que les “+” aillent au “+” et les “–” au “–”. Dans le cas contraire, le déphasage provoquera des problèmes de qualité du son (voir texte).

Deux filtres 3 voies, 12 dB par octave
Pour la réalisation de ces filtres sélectifs, nous vous proposons les circuits imprimés des figures 36, 37 et 38. Les condensateurs marqués d’un astérisque sont des électrolytiques, les autres sont polyester.
Le premier circuit imprimé sert à diriger toutes les fréquences aiguës vers le haut-parleur “tweeter”, le second à diriger toutes les fréquences moyennes sur le “médium” et le troisième, à diriger toutes les fréquences basses sur le “woofer” (voir les figures 26, 27, et 28 pour les 8 ohms et les figures 29, 30 et 31 pour les 4 ohms).
Il sera plus facile, en disposant de trois circuits imprimés séparés, de les installer dans n’importe quelle enceinte.

Figure 26 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 12 dB par octave, conçu pour un haut-parleur “tweeter” de 8 ohms.

Figure 27 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 12 dB par octave, conçu pour un haut-parleur “médium” de 8 ohms.

Figure 28 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 12 dB par octave, conçu pour un haut-parleur “woofer” de 8 ohms.

Figure 29 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 12 dB par octave, conçu pour un haut-parleur “tweeter” de 4 ohms.

Figure 30 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 12 dB par octave, conçu pour un haut-parleur “médium” de 4 ohms.

Figure 31 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 12 dB par octave, conçu pour un haut-parleur “woofer” de 4 ohms.

Pour haut-parleurs de 8 ohms Le filtre “AP3.128T” pour “tweeter” de 8 ohms (figures 26 et 36) est composé ainsi :
L1 = 0,45 mH
C1 = 3,52 μF (3,3 + 0,22)

Le filtre “AP3.128M” pour “médium” de 8 ohms (figure 27 et 37) est composé ainsi :
L2 = 3,6 mH
L1 = 0,45 mH
C2 = 28,2 μF (22* + 4,7 + 1,5)
C3 = 3,52 μF (3,3 + 0,22)

Le filtre “AP3.128W” pour “woofer” de 8 ohms (figure 28 et 38) est composé ainsi :
L4 = 3,6 mH
C4 = 28,2 μF (22* + 4,7 + 1,5)

Avec ces valeurs d’inductances et de capacités, vous obtiendrez un filtre sélectif ayant deux fréquences de croisement, l’une sur 500 et l’autre sur 4 000 Hz.

Pour haut-parleurs de 4 ohms Le filtre “AP3.124T” pour “tweeter” de 4 ohms (figures 29 et 37) est composé ainsi :
L1 = 0,23 mH
C1 = 6,9 μF (4,7 + 2,2)

Le filtre “AP3.124M” pour “médium” de 4 ohms (figures 30 et 38) est composé ainsi :
L2 = 1,8 mH
L3 = 0,23 mH
C2 = 56,4 μF (47* + 4,7 + 4,7)
C3 = 6,9 μF (4,7 + 2,2)

Le filtre “AP3.124W” pour “woofer” de 4 ohms est constitué ainsi :
L4 = 1,8 mH
C4 = 56,4 μF (47* + 4,7 + 4,7)

Avec ces valeurs d’inductances et de capacités, vous obtiendrez un filtre sélectif ayant deux fréquences de croisement, l’une sur 500 et l’autre sur 4 000 Hz.

Deux filtres 3 voies, 18 dB par octave
Pour la réalisation de ces filtres sélectifs, nous vous proposons les circuits imprimés des figures 39, 40 et 41. Les condensateurs marqués d’un astérisque sont des électrolytiques, les autres sont polyester.
Le premier circuit imprimé sert à diriger toutes les fréquences aiguës vers le “tweeter”, le second à diriger toutes les fréquences moyennes sur le “médium” et le troisième, à diriger toutes les fréquences basses sur le “woofer” (voir figure 32a, b et c pour les 8 ohms et figure 33a, b et c pour les 4 ohms).

Figure 32: Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 18 dB par octave, conçu pour les haut-parleurs “tweeter”, “médium” et “woofer” de 8 ohms.

Figure 33 : Schéma d’implantation d’un filtre sélectif à 3 voies de 18 dB par octave, conçu pour les haut-parleurs “tweeter”, “médium” et “woofer” de 4 ohms.

Pour haut-parleurs de 8 ohms Le filtre “AP3.188T” pour “tweeter” de 8 ohms (figures 32a et 39) est composé ainsi :
L1 = 0,24 mH
C1 = 3,32 μF (3,3 + 0,022)

Le filtre “AP3.188M” pour “médium” de 8 ohms (figures 32b et 40) est composé ainsi :
L2 = 1,9 mH
L3 = 0,48 mH
L4 = 0,16 mH
C3 = 26,7 μF (22* + 4,7)
C4 = 80 μF (47* + 33*)
C5 = 6,6 μF (3,3 + 3,3)

Le filtre “AP3.188W” pour “woofer” de 8 ohms (figures 32c et 41) est composé ainsi :
L4 = 3,8 mH
L6 = 1,3 mH
C6 = 53 μF (33* + 10* + 10*)

Avec ces valeurs d’inductances et de capacités, vous obtiendrez un filtre sélectif ayant deux fréquences de croisement, l’une sur 500 et l’autre sur 4000 Hz.

Pour haut-parleurs de 4 ohms Le filtre “AP3.124T” pour “tweeter” de 4 ohms (figures 33a et 39) est composé ainsi :
L1 = 0,12 mH
C1 = 6,6 μF (3,3 + 3,3)
C2 = 20 μF (10* + 10*)

Le filtre “AP3.184M” pour “médium” de 4 ohms (figures 33b et 40) est composé ainsi :
L2 = 0,9 mH
L3 = 0,24 mH
L5 = 0,08 mH
C3 = 53 μF (33* + 10* + 10*)
C4 = 160 μF (150* + 10*)
C5 = 13,3 μF (10* + 3,3)

Le filtre “AP3.184W” pour “woofer” de 4 ohms (figures 33c et 41) est composé ainsi :
L5 = 1,9 mH
L6 = 0,6 mH
C6 = 106,6 μF (100* + 3,3 + 3,3)

Avec ces valeurs d’inductances et de capacités, vous obtiendrez un filtre sélectif ayant deux fréquences de croisement, l’une sur 500 et l’autre sur 4 000 Hz.

Figure 34 : Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 19 et 20.

Figure 35 : Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 21 et 22.

Figure 36 : Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 26 et 29.

Figure 37: Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 27 et 30.

Figure 38 : Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 28 et 31.

Figure 39 : Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 32a et 33a.

Figure 40 : Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 32b et 33b.

Figure 41: Dessin du circuit imprimé pour les filtres des figures 32c et 33c.

Derniers conseils
Tous les circuits imprimés sont conçus pour recevoir indifféremment les bobines pour hautparleurs de 4 ou de 8 ohms, donc, avant de les insérer et de les fixer, vous devrez lire attentivement leur valeur en millihenrys que vous trouverez inscrite sur une petite étiquette.
Comme le montage de ces filtres est très simple, nous avons réduit les dimensions de tous les schémas d’implantation afin de ne pas perdre trop d’espace. Vous trouverez la polarité +/– indiquée sur les bornes entrée et sortie de chaque filtre sélectif. Vous devrez la respecter lorsqu’il vous faudra relier en phase tous les haut-parleurs.
Les filtres sélectifs doivent être montés à l’intérieur des enceintes. Pour limiter les problèmes dus aux vibrations, nous vous suggérons de fixer le ou les circuits imprimés sur un côté, en utilisant quatre vis à bois. Utilisez des entretoises (un écrou par exemple) afin de ne pas forcer sur les fixations.
Attention à la longueur des la vis à bois qui ne devront, évidemment, pas traverser l’enceinte ! (ne riez pas, c’est déjà arrivé !).
Gardez les circuits imprimés des filtres le plus éloigné possible des aimants des haut-parleurs pour d’évidentes raisons de perturbations électromagnétiques.
En effet, le champ magnétique des aimants peut perturber les inductances en cas de trop grande proximité.

Note : Afin de ne pas occuper trop de place, nous avons réduit à 71 % tous les circuits imprimés des filtres sélectifs. Pour obtenir à nouveau l’échelle 1, il vous suffit de les placer sur la glace d’un photocopieur et de presser la touche “A4 –> A3” ou de les agrandir à 141 %. Ces circuits sont disponibles à l’échelle 1, en format .JPG, sur le site de la revue.

Bien entendu, tous les conseils habituels sont de rigueur : soudures impeccables, vérification soignée des valeurs des composants, des polarités, fils étamés et bien serrés dans les borniers, etc.
Lorsque vos essais seront terminés, vous pourrez faire couler une grosse goutte de colle à chaud (pistolet) sur le côté des condensateurs, évitant ainsi qu’ils ne vibrent sur de puissantes basses (si on se fait de belles enceintes, c’est pour s’en mettre plein les oreilles, non ?).

Fin.

1ère Partie

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