Fabrication d'un filtre actif

Introduction

27/06/2010 :

Ayant entendu du bien sur le filtrage actif, j'ai voulu en acquérir un. Malheureusement, impossible de trouver ce type d'appareil pour un usage HiFi. A contrario, en Sono, la filtrage actif est courant mais le type de câblage est différent, sans parler du fait que ce ne soit pas du matériel joli. Alors, il existe quelques rares models de filtre actif, usage HiFi, mais sont adaptés à des models spécifique d'enceinte. La seule solution : le DIY.

Le filtre passif, installé généralement dans le baffle, est constitué de composants électroniques simples comme les selfs condensateurs, résistences... la chaine logique est donc source >> pré-ampli/ampli >> filtre/enceinte. Les filtres équipant les enceintes peut coûteuses sont simplicistes et ne possèdent pas beaucoup de composants. Dans le pire des cas, seul le HP aigu reçois un condensateur qui a pour but prinipal de couper les basses fréquences et assure la protection de ce HP.

Le filtre actif est constitué de composants électroniques plus complexe et ayant besoins d'une alimentation électrique comme des transistors, ampli opérationel... A part de montage spécifique, il ne faut pas cumuler le filtrage actif et le passif car le rendu serait mauvais. La chaine logique est donc source >> pré-ampli >> filtre >> ampli / enceinte. Il se peut que le filtre actif soit intégré au baffle, et dans ce cas, l'ampli sera intégré aussi. On appelle cette configuration : enceinte active.

Ils possèdent en général des boutons pour régler les fréquences de filtre et pour le gain de chaque groupe de hauts parleurs. Bien d'autres fonctions sont disponibles sur des models haut de gamme, sans parler des filtres actifs numérique dont les possibilités sont enormes.

Présentation

Mes connaissances électroniques n'étant plus à leures top depuis quelques années sans pratique, je devais faire appel aux compétances extérieurs. J'ai fini par touver un logiciel qui donnait à la fois le schéma et les calculs automatiques de filtres. Après avoir sélectionné le type de pente de filtre (12 ou 24dB/oct) et le type de filtre (passe haut ou bas), il suffit de renseigner la fréquence de coupure et la valeur d'une résistance normalisée (ou condensateur) pour que le logiciel calcul le restant des valeurs de composants. Le résultat est de cette forme :

Ajouter au montage initial un buffer d'entré à chaque filtre et une résistance en sortie en cas de court circuit et on arrive au schéma suivant, à chaque canal :

Pour que cela fonctionne, ne pas oublier l'alimentation ! Un transformateur, redressement du courant, filtrage, régulation et nouveau filtrage, de manière surdimentionné, il n'y aura aucune saturation des circuits. Pour info, l'alim tient 2 x 1A alors que l'ensemble de l'électronique en consomme que quelque dixaines de mA.

Voici l'implantation des composants dans le boitier et sur le circuit imprimé. Au centre en haut, se trouve le transformateur, en bas, la conversion altérnative >> continue et sur chaque côté (canal gauche et droit), les circuits de filtrage. On y trouve également les pistes de dessous en orange et les straps (raccord entre piste) au dessus, en bleu.

Passons à l'implantation de la connectique, interrupteur, D.E.L et pieds du boîtier. Sur la face arrière, on y trouve la connectique de type Cinch ou RCA. Les entrées (venant du pré-amplificateur) et les sorties (allant aux amplificateurs). Sur la face avant, un simple intérrupteur de type poussoir bi-position et une D.E.L par canal en fonction.

Construction

12/07/2010 :

Découpe de la plaque de circuit imprimé et montage du transformateur dans le boîtier

Installation de beaux pieds typés Hi-Fi

Intégration de l'interrupteur de face avant et fiches RCA dans la face arrière.

Maintenant que toute la mécanique est en place, le câblage commence. Les fiches RCA sont soudées directement sur le circuit imprimé. Puis je commence par l'alimentation, là où le courant arrive en premier.

et continu le câblage dans le sens du signal sans oublier de tester le fonctionnement à mesure de l'avancement pour éviter les mauvaises surprises. Reste quelques broutilles comme la masse et la terre

N'ayant pas de laboratoire de test (Générateur basse fréquences, osciloscope...) je branche l'appareil sur du matériel qui ne crain pas trop. Aucun danger sur l'entrée, normalement. Je décide donc de brancher la carte son de mon PC portable comme pré-ampli. En sortie, un vieil ampli intégré. Et 2 petites enceintes dont je ne me servais plus. Théoriquement, une devait sortir que de l'aigu et l'autre, du grave, ce qui a été le cas bien entendu.

D'autres vues du filtre actif.

Vues de présentation du filtre terminé.

Upgrade : Equalizer paramétré

07/12/2011 :

En Août 2010, mon filtre actif était câblé sur la chaine. Malgrés le bon fonctionnement du matériel, celui-ci me procurait un son inécoutable, forte présence de fréquences moyennes, voix de l'artiste stridente au possible. Je me suis dis que quelque chose n'allait pas ! Mon projet immobilier et mon travail de jeune papa ne me laissait pas de temps libre pour chercher le problème sur ce filtre. Je l'ai donc emballé et laissé à l'abandon pendant 1 an et demi.

Aujourd'hui, me voilà fin prêt à reprendre les recherches pour le rendre compatible avec mes enceintes. Cette page va donc évoluer régulièrement.

25/01/2012 :

Après quelques recherches sur un forum de home-cinéma, et avec l'aide de certains de ces membres, le verdict tombe : mon filtre actif ne peut pas donner de bons résultats sur mes enceintes. D'une manière générale, un filtre actif simple ne sera que très rarement compatible avec des enceintes, telles qu'elles soient. Il est toujours bien de l'accompagner d'un égaliseur de fréquences pour l'adaptation aux caractéristiques des haut parleurs, surtout au niveau de la réponse en fréquence.

On a donc simuler mon filtre actif avec la réponse en fréquence des mes enceintes. Le résultat est sans équivoque : Elle monte beaucoup trop haut à 2 endroits, notamment aux alentour de 800 et 4000Hz. Voici cette courbe donnée par Kro

Le jour même, je reçois le résultat de la simulation d'un filtre numérique, paramétré pour mes enceintes. j'ai retenu l'ajout de 2 équalizer et une baisse de fréquence de coupure sur le passe bas et un réausseur à partir d'une certaine fréquence sur le passe haut. Quand au gain à la baisse sur le passe haut, je préfère utiliser l'aténuateur situé derrière l'enceinte. La courbe ainsi obtenue est beaucoup plus belle.

Schematiquement

03/02/2012 :

Encore une fois, merci à Internet, où l'on n'y trouve de tout, surtout lorsqu'on ne veut pas ressortir ses vieux cahiers de cours avec des formules mathématiques complexes (c'est cas de le dire). Voici donc les 2 schémas retenus pour upgrader mon filtre actif.

Equalizer 2 bandes pour le HP de Grave/Medium

Treeble boost pour le HP Aigue, donné par pym du forum abcelectronique.com

08/02/2012 :

Dans un premier temps, je voulais intégrer mes composants sur le circuit imprimé éxistant. Cela était impossible du fait de peut de place restant. J'ai ensuite eu l'idée de les implanter sur un nouveau circuit reprenant la même forme et taille que le premier et en le superposant. Physiquement, c'était compliqué à cause de certains éléments qui occupaient trop de place en hauteur. Finalement, chaque canal recevra ces composants sur un circuit imprimé, un de chaque côté de boîtier, façon "module"

Voici le schéma d'implantation des composants. Il n'y a plus qu'à insérer les circuits équalizer entre les composants des filtres et les sorties audio

Mise aux normes

10/03/2012 :

Avant de me lancer dans l'intégration de l'égalisation, je vais mettre aux normes l'alimentation. En commencant pas la création d'un module "220" qui consiste à séparrer l'arrivée du secteur électrique des composants électronique.

Se trouve alors, le fusible, et les agrandissement de trous pour souder les câbles de secteur, interrupteur et transformateur.

16/03/2012 :

J'en profite en même temps, de relier la terre au chassis du boîtier et celle du transformateur, puis câble le module 220. L'interrupteur est changé par le même model car l'ancien était cassé

Le câble secteur beige est remplacé par un noir et j'ajoute enfin le passe câble, pour le protéger d'une éventuelle coupure

Opération Upgrade

17/03/2012 :

ça y est, je peux enfin me lancer dans l'adaptation de mon filtre actif en intégrant un égalizeur. Il faut commencer par supprimer les câbles de sorties audio vers les fiches RCA et prévoir le routages de ses sorties vers les modules d'égalisation, ainsi que les alimentations + 12, - 12 et masses. Pour éviter que les fils courent dans tous les sens, je regroupe les points de branchements et j'utilise du câble téléphonique (4 câbles):

- 1 pour les entrées/sorties audio
- 1 pour les +12/-12/masses

Ayant un manque de place en hauteur, sur les modules, je décide de souder les condensateurs de "suppression de composante continue" sur le circuit imprimé principal.

Les câbles de liaison sont les câbles "volant" et les condos sont les "gros" carré rouge, vers la face avant

18/03/2012 :

Voici donc un module (1 par canal) avec ses composants soudés. Reste encore les séparations de pistes en dessous et les straps au dessus

Je vérifie que ce module rentre bien dans le boitier sans que les composants touches ceux du dessous et surtout que le câble secteur soit suffisament éloigné pour éviter les transmissions de champs magnétique.

Et sont frère jumeau, pour l'autre canal. A ce stade, l'intégration est terminé. Reste plus que le câblage et biensûr, les tests.

19/03/2012 :

Sur ce module, les straps sont soudés. Seul à la maison, garder le petit de 2 ans, je n'ai pas eu le temps de souder les condensateurs de découplage, en dessous de la carte, ni de souder les straps de l'autre module.

20/03/2012 :

Câblage des masses et soudage des condensateurs de découplage.

21/03/2012 :

Préparation du circuit principal à reçevoir les modules grâce aux câbles de liaisons insérés entre les filtres actifs et les sorties audio.

22/03/2012 :

ça y est, c'est la dernière ligne droite. Les modules sont insérés en force dans les raignures grâce à des petites mousses que j'avais glissé au préalable et une glissière à circuit imprimé maintient les 2 module à une certaine hauteur et les empêche de sortir.

Il n'y à plus qu'à brancher l'appareil en ayant, au préalable, vérifié la câblage complet et seconde mesure, qu'il n'y ai pas de court-circuit (ou résistance faible) entre les différentes alims (+12/-12/masses/RCA)

Conclusion

Avant de refermer le boîtier, je pré-règle les potentiomètres des équalizers et des boosters puisqu'il fallait, en gros, multiplier par 2 le gain pour ces derniers et diviser par 2 les premiers. à l'oreille, les réglages réagissent bien.

Tout fonctionne super bien mais je décide de stopper la lecture du CD que j'avais lancé, pour savoir si l'électronique ne produisait pas de souffle ou ronronnement dû au secteur. Malheureusement, dès que le volume est poussé assez haut, ça souffle et ronronne un peu. En débranchant le filtre actif, je m'apperçois que le souffle est produit par la chaîne HiFi qui me servait de test. Quand au ronronnement, il vient bien de mon filtre actif. Je dirais, plus précisément des modules supplémentaire car l'un d'entre eux est proche du secteur électrique.

Si j'avais sû, à l'époque, qu'il fallait implanté un équalizer, j'aurais pris un boîtier plus grand. Alors, il y a t'il une solution, je ne le sais pas pour l'instant, mais on va chercher.

La bonne nouvelle, c'est que c'est parfaitement inaudible dès qu'on met de la musique.

Amélioration

07/10/2012 :

Plusieurs mois se sont écoulés, je profite du mauvais temps pour bricoler à l'intérieur. Je n'étais pas pressé car mon lecteur de Super Audio C.D. était en panne mais un prochain devrait arriver mi-novembre.

Le nouveau boîtier est arrivé, la modification principal porte sur l'éloignement du câble secteur des circuits électroniques. Il est désormait à 3 cm, et il y a de la place encore pour ajouter un bon blindage si ça ne suffisait pas.

Les 2 LED ont été remplacées par une seule, dont l'alimentation n'est plus prise sur chaque canal mais au général. Soudés sur une petite plaque, elle même fixée, à la colle super forte, à la plaque de mise en fonction de l'appareil. De cette manière, la LED ne bouge plus.

J'ai donc supprimé les pistes électrique du support LED au plus proche de la plaque de mise en fonction, pour éviter la transmission des ondes issus du secteur.

Une vue de l'alimentation symétrique surdimensionné, Transformateur type R-Core 2x 12 volts 30VA, double pont de diodes 1.5A, filtrage de 2x 1000µF ELNA, Régulateur positif et négatif LM7812 et 7912 1A et condensateur 2x 470µF ELNA. Les raccords au plus court mais suffisemment éloigné. Il s'avère que pour ce type de montage, les dissipateurs thermiques ne servent pratiquement à rien mais celà ajoute de la marge au système.
Vues d'ensemble de l'appareil.

Branchement de l'interrupteur et mise en place de la face avant.

Photos

Et quelques photos pour la forme.




Un petit alésage à été réalisé au niveau de la LED, ce qui donne un bel effet dans le noir. Son éclairage n'est pas puissant

installation sur la chaîne

15/11/2012 :

Le grand môment est arrivé, le nouveau lecteur SACD est en place, le pré-ampli et les 2 blocs de puissance aussi. Mise en route des appareils, suspens. Les relais montent, clic, clic, clic et clic. Et là, bruit de font : ronronnement dans les hauts parleurs

ne comprenant pas, je décide de démonter le boîtier pour sortir l'alim complete et constater que ce n'est pas elle qui perturbe les signaux audio. Après avoir posé la question sur le forum d'électronique, à force d'isoler les différentes parties, je me suis rendu compte que mes transistors étaient monté à l'envers (échange Emeteur/Collecteur). Une chance de n'avoir rien fait cramé...

Après inversion de ces transistors et réagencement des masses, plus de ronronnement dans les HP, enfin le silence recherché. Pour la forme, musique sur pause, volume à zero ou au maxi, aucun bruit n'est audible

Conclusion

21/11/2012 :

Date officielle de mise en service du filtre actif.

si vous aves des questions ou suggestions à faire, vous pouvez vous rendre sur mon forum, dans le topic Filtre Actif Audio - 2 voies, égaliseur paramétré. Merci