Filtrage actif: sommation du signal et buffer

[Larudakote]

Bonjour à toutes et tous !

Je fabrique des systèmes sonores depuis mon adolescence (soit une quarantaine d'années), initialement des enceintes acoustiques.
C'est une passion qui perdure ! Mais je ne reste qu'un amateur, surtout quand je m'attaque à l'électronique où j'applique des schémas, j'assemble des modules: amplis, filtres, alimentations...

Si je ne rechigne pas, ponctuellement, à monter des filtres passifs (en haut du spectre), je pratique le filtrage actif depuis longtemps car c'est la solution la plus intéressante pour le "fait maison". Bien qu'adepte du numérique (DSP) je continue, en fonction des projets, de fabriquer des filtres analogiques sur plaques à bandes ('pas taper !).

Ayant repris la lecture de la littérature web, je me pose deux questions : l'une sur la sommation (lors d'un filtrage avec subwoofer) et l'autre sur le buffer.

1. Pour le buffer d'entrée, on trouve deux schémas courants : adaptation d'impédance ou suiveur (arrêtez moi si je me trompe).

Le premier chez M. Linkwitz en personne.
buffer.gif

Le second, par exemple, chez Elliot Sound.
elliot_sound_products_lr4.gif

Question : quels sont les enjeux de ces deux buffers et dans quel cas utiliser l'un ou l'autre ?

2. Concernant la sommation, dans le cas où l'on veut un système 2.1 avec un seul subwoofer, se pose la question de l'influence des deux résistances de sommation sur le calcul du filtre ; je rappelle la page de Linkwitz-Riley pour les arcanes LR4, que j'utilise systématiquement.

Mon schéma vous paraît-il correct ? Notamment le calcul de RA et RB:
LR4-2.gif

Concernant la diaphonie, je me pose la question du principe de KMTech, qui me semble plus pertinent :
kmtech-subwoofer-design.jpg
car il propose de sommer après le filtre (stéréo) et donc de limiter son influence, surtout sur la diaphonie. Certes, au prix d'un PCB plus grand et à peine plus coûteux, mais ça ne va pas casser trois pattes à un canard...

Au plaisir de lire vos réponse expertes
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[penthode]

hello

ta premiére image est un buffer : il passe toute la bande

la seconde est un filtre actif à deux voies

[Larudakote]

Oui ça je sais...
La question n'est pas là mais sur les différents type de buffer entre la première image et la seconde.

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Dans la première image le buffer est là pour isoler la charge R-LOAD du réseau RC. Dans la seconde le buffer permet aux impédances d'entrées des étages sallen-key (passe haut et passe bas) de ne pas influencer le pont diviseur en amont.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Larudakote]

Pour que ma question soit claire, je parles des trois topologies de buffers illustrées dans ces filtres:
Celui qu'on retrouve chez Linkwitz (c'était ma première image)
Chez Elliot 1 ou chez Elliot 2.
Je parle du placement des deux composants devant le premier AOP.

[Vincent PETIT]

Dans le premier schéma, Linkwitz, on a un filtre passe haut C₄R₃ sauf que le formule de la fréquence de coupure qu'on connait tous ; 1/(2*Pi*C₄R₃) n'est valable que si le filtre n'est pas chargé, c'est à dire que si on ne tire aucun courant dessus, sinon la formule est nettement plus complexe et pire elle varie en fonction de la fréquence. Pour s'assurer que le filtre passe haut ne soit pas chargé on met un buffer juste après (un AOP tire très peu de courant sur son entrée +, on peut ici dire qu'il ne consomme rien sur le filtre), dans le schéma le buffer a été transformé en amplificateur grâce l'ajout de R₅ et R₆ mais ça ne change rien au fait que l'AOP isole le filtre de la charge qui se trouve après l'AOP.

Dans Elliot 2 c'est exactement le même principe sauf que ce n'est pas un filtre qui se trouve devant le buffer mais un pont diviseur de tension. La formule du pont diviseur qu'on connait tous elle aussi n'est valable qu'a vide, c'est à dire que si on ne tire aucun courant dessus.

Dans Elliot 1 je ne sais pas de quels composants on parle car le buffer il est au bout du schéma.


ps : si ce ne sont pas les réponses attendues alors je n'ai pas compris la question

[penthode]

j'dois être un peu con , ou j'oublie mon français

mais je ne pige pas la question !

grillé par Vincent, que je salue au passage

[Larudakote]

Merci Vincent, c'est très clair.
Désolé Penthode si ma question est mal posée.

Concernant la sommation, pouvez-vous m'éclairer ?

PS: mon schéma Elliot 1 n'était pas le bon.

[Janpolanton]

Bonjour,

si ce ne sont pas les réponses attendues alors je n'ai pas compris la question

Dans ce gros pavé, que j'ai pris pour une sorte de cours sur les filtres, je n'ai même pas vu la question.

A mon corps défendant, je n'ai pas vraiment tout lu...

[penthode]

A mon corps défendant, je n'ai pas vraiment tout lu...

rrrrrrôôôôôôhhhhh lui ! l'hypocrite !

[Vincent PETIT]

Re,
Et salut les amis

Larudakote, pas simple de répondre mais là comme ça au pifomètre je dirai que tu vas te retrouver avec (Vin1 + Vin2) / 2 au noeud qui lie RA, RB et 2C. Quand on somme des tensions au travers de résistances de même valeurs c'est ce qu'on obtient.

main.png

Mais les étages sallen-key derrière sont a gain unitaire donc ça devrait bien "sommer" mais par divisé par 2.



Dans le montage KMTech, lorsqu'on passe par un sommateur de type AOP les choses sont différentes. Dans l'image ci dessous à gauche on a le cas d'école du sommateur non inverseur, si toutes les résistances sont de même valeurs on voit qu'au noeud de l'entrée + on aura (V1 + V2)/2 mais si on regarde la contre réaction on voit qu'il y a un gain de 2 qui compense le "divisé par 2" donc en sortie on aura V1 + V2. Pour le sommateur inverseur à droite on peut montrer par calcul qu'en sortie de l'AOP on aura aussi V1 + V2 car tout se passe dans la contre réaction négative. Je vais faire un raccourci sauvage mais en gros on peut voit ça comme un montage transimpédance (convertisseur courant/tension) et le courant en question c'est la somme des Vx/Rx qui arrivent au noeud de l'entrée - de l'AOP, qui sera amplifié par la résistance de feedback.

What-is-a-Summing-Amplifier.png

Donc ! Le montage KMTech me semble mieux ou du moins plus conforme à la manière dont moi je résonne habituellement

[Antoane]

Bonjour,

....Je parle du placement des deux composants devant le premier AOP.

J'ai peut-être aussi mal compris, mais si on compare :
a. [R4-R3] de ce schéma : https://sound-au.com/p125-f2.gif
b. [la 1k et la 100k en trée, à gauche] de ce schéma : https://sound-au.com/p09_fig1a.gif
c. [C4-R3] de ce schéma : http://woggmusic.com/wp-content/uplo...-Schematic.jpg

Le cas c. est simple, comme indiqué par Vincent, c'est un filtre passe-haut, pour supprimer les basses-fréquences (et en particulier la composante continue) appliquée en entrée du filtre
Dans le cas b., les deux résistances constituent un pont diviseur, mais son gain (0.99) est ici très proche de 1... Il ne sert donc pas à atténuer. En fait, les circuits a. et b. sont très similaires :
- la résistance série de "faible valeur" (1 kOhm) protège le montage : en cas de suur-tension sur l'entrée, la résistance limite le courant circulant dans l'entrée de l'AOP (via ses diodes de clamp internes) et le protège.
- la résistance parralèle permet de fixer le potentiel de l'entrée de l'AOP à zéro lorsqu'aucun signal d'entrée n'est connectée au montage.
Connecter ces résistances comme dans le montage a ou b n'a pas beaucoup d'impact -- en particulier en audio, on pourra sinon préférer l'un l'autre suivant l'application.

[Antoane]

Bonjour,

2. Concernant la sommation, dans le cas où l'on veut un système 2.1 avec un seul subwoofer, se pose la question de l'influence des deux résistances de sommation sur le calcul du filtre ; je rappelle la page de Linkwitz-Riley pour les arcanes LR4, que j'utilise systématiquement.

Mon schéma vous paraît-il correct ? Notamment le calcul de RA et RB:
Pièce jointe 448909

Concernant la diaphonie, je me pose la question du principe de KMTech, qui me semble plus pertinent :
Pièce jointe 448910
car il propose de sommer après le filtre (stéréo) et donc de limiter son influence, surtout sur la diaphonie. Certes, au prix d'un PCB plus grand et à peine plus coûteux, mais ça ne va pas casser trois pattes à un canard...

Ton raisonnement me parait raisonnable, surtout si l'impédance de sortie de la source connectée à "IN" est non négligeable devant R (sur ce circuit ;: https://forums.futura-sciences.com/a...ffer-lr4-2.gif).
Cependant, si tu ajoutes un buffer en amont de chaque entrée "IN" et que R est choisie de sorte à être >> à l'impédance de sortie de l'AOP sur la gamme de fréquence considérée (qui de l'ordre d'une fraction d'ohm à tout au plus quelques ohm), alors l'injection pourra être très faible. Pour 1 Ohm vs. 10 kOhm, par exemple, l'injection est < 1/10000, soit -80 dB.

Edit :
L'impédance de sortie de l'AOP en boucle fermée s'exprime :
Avec R_I et R_F les résistances de feedback, A_open-loop le gain en boucle ouverte, et Z_open-loop l'impédance de sortie en boucle ouvert, donnée dans la datasheet de l'AOP (e.g. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/op...ct%252FOPA1656) :

[Vincent PETIT]

Salut Antoane
Tu ne penses pas que la sommation, au travers des résistances, sera divisée par 2 faute de gain dans les cellules sallen-key ?

[Antoane]

Bonsoir Vincent,

Oui, bien vu. Ca peut s'arranger en donnant un peu de gain au S&K, mais ca a un impact sur la fonction de transfert https://en.wikipedia.org/wiki/Sallen...93Key_topology.

Accessoirement, en cascadant deux filtre du 2nd ordre chacun de fréquence de coupure f°, on ne crée par un filtre du 4e ordre de fréquence de coupure f°, mais de fréquence de coupure légèrement inférieure (puisque, par definition, chaque filtre atténuant de 3 dB à f°, la cascade atténue de 6 dB à f°).
De plus, pour avoir une zone de transition optimale, il faut donner á au moins l'un des filtres un peu de dépassement.
Tout ca se visualise assez bien en simulation (genre LTSpice, voire directement Matlab ou assimilable en jouant sur les fonctions de transfert), en jouant sur les paramètres.

[Larudakote]

Merci à tous pour ces réponses si détaillées, notamment Vincent et Antoane pour le didactisme.
Bien évidemment, n'ayant pas ce niveau d’électronique, je n'ai pas tout saisi. Rassurez-vous, quand mon physicien de frère tente de m'expliquer, depuis gamin, j'en retiens des bribes
Mais l'essentiel est d'avoir obtenu des confirmations sur ce que je pensais. Je ne vais pas dire que je l'ai "constaté" car, surtout dans le cas de la sommation, donc des fréquences très graves, il est très compliqué d'entendre des nuances à ces hauts fonds. L'environnement (room modes) ayant une influence énorme. Même en mesurant, sans chambre sourde of course.

Ce que je retiens est :

1. que le buffer RC passe-haut, très courant, est passe-partout mais certains audiophiles considèrent que la qualité de C a un impact sur le son. Perso, même après 40 ans de conceptions, d'écoutes et de réglages, je ne l'ai pas constaté ; dès le moment où l'on utilise des composants de qualité correcte, sans tomber dans le qualité audio qui vaut un bras, cher aux gourous et aux oreilles d'or (10 mensonges en audio).
2. que le buffer composé d'un réseau de résistance aura moins d'influence sur le son (si l'on considère qu'une résistance n'a pas de "qualité" audio) mais que son implantation est sujette à des calculs plus sioux, si tant est que l'on connaît l'impédance de la source (et s'il y a pas plusieurs sources différentes). Arrêtez moi si je me trompe.
3. que la sommation après filtrage (ex. KMTech) est bien plus conforme car sans influence sur le calcul de Fc ou la diaphonie. Cerise sur le gâteau, une pierre deux coups on peut jouer sur le gain en sortie en modifiant la résistance de contre-réaction, notamment avec un potentiomètre, afin de compenser l'atténuation du signal due à la sommation.

Si j'ai tout bien lu Freud ©

[Vincent PETIT]

Ce que je retiens est :
que le buffer RC passe-haut, très courant, est passe-partout mais certains audiophiles considèrent que la qualité de C a un impact sur le son. Perso, même après 40 ans de conceptions, d'écoutes et de réglages, je ne l'ai pas constaté ; dès le moment où l'on utilise des composants de qualité correcte, sans tomber dans le qualité audio qui vaut un bras, cher aux gourous et aux oreilles d'or (10 mensonges en audio).

Le seul juge de paix c'est l'oscillo et l'analyseur de spectre, avec l'oreille c'est à peu prés aussi fiable qu'un élastique pour mesurer une distance

que la sommation après filtrage (ex. KMTech) est bien plus conforme car sans influence sur le calcul de Fc ou la diaphonie. Cerise sur le gâteau, une pierre deux coups on peut jouer sur le gain en sortie en modifiant la résistance de contre-réaction, notamment avec un potentiomètre, afin de compenser l'atténuation du signal due à la sommation.

En effet le réglage du gain global est possible sur le sommateur mais on pourrait aussi mettre du gain à une seule voie en ajustant les résistances d'entrée (bien que je ne vois pas l'intérêt d'augmenter le gain d'une voie par rapport à l'autre mais bon, on peut le faire). Pour la diaphonie je ne sais pas trop car en CEM j'ai peut être une définition différente de la tienne.


Si on veut aller plus loin il faudrait que le premier AOP, le buffer, soit "faible bruit" car quand on voit comment les bruits électroniques s'ajoutent dans une chaîne d'AOP on comprend que c'est le premier AOP qui définie presque totalement le plancher de bruit de l'ensemble.

[Larudakote]

Si on veut aller plus loin il faudrait que le premier AOP, le buffer, soit "faible bruit" car quand on voit comment les bruits électroniques s'ajoutent dans une chaîne d'AOP on comprend que c'est le premier AOP qui définie presque totalement le plancher de bruit de l'ensemble.

En effet on trouve souvent dans les circuits audio bien fichus de l'OPA132/134 ou NE5532/NE5524 pour buffer et préampli. Contrairement aux AOP de filtrage où les TL072/TL082 (et consorts) sont légion.
Actuellement je m'amuse avec des puces NEC C4570HA de récup, dont le format symétrique "en ligne" (SIP) est très facile à câbler.

Pour la diaphonie je ne sais pas trop car en CEM [...]

CEM ? Compatibilité électromagnétique ?

Le seul juge de paix c'est l'oscillo [...]

J'ai toujours rêvé d'apprendre à m'en servir mais sans me donner le temps de le faire...