Schéma filtre actif sono 4 voies fréquence ajustable

Un schéma de filtre actif 4 voies avec fréquences de transition ajustables est présenté ici avec la particularité de n'utiliser que des composants faciles à trouver : ampli op, potentiomètres, résistances et condensateurs.

Voici un schéma de filtre actif 4 voies avec fréquences de transition ajustables. Pour la multiamplification, un filtre actif est en effet indispensable pour répartir les bandes de fréquences destinées à leurs amplis et haut-parleurs respectifs. Ici est présenté un filtre actif 4 voies. Il est possible de le modifier en fonction de ce qu'on souhaite réaliser comme système acoustique (sound system).

Filtre actif sono : le schéma

Voici le schéma du filtre actif dont les 3 fréquences de transition sont ajustables :

filtre actif schema sono

Schéma du filtre actif pour sono 4 voies (fréquences réglables) pour système mono

Pour une version stéréo du filtre, il faudra réaliser un deuxième filtre. Il n'existe pas que potentiomètres quadruples pour gérer simultanément deux voies audio.

Caractéristiques du filtre actif sono

Ici a été choisi un filtre actif 4 voies avec comme caractéristiques :

- voie 1 : de 30Hz (fixe) à 50Hz ... 300Hz ajustable par P1 (infragraves pour subwoofer)

- voie 2 : de 50Hz ... 300Hz ajustable par P1 à 100Hz ... 600Hz ajustable par P2

- voie 3 : de 100Hz ... 600Hz ajustable par P2 à 1500Hz ... 9000Hz ajustable par P3

- voie 4 : de 1500Hz ... 9000Hz ajustable par P3 à 20000Hz et plus

Le filtre passe haut en entrée du filtre actif (encadré orange) est facultatif mais vivement recommandé pour protéger les caissons de grave de fréquences trop basses qu'ils seraient incapables de bien reproduire. C'est un filtre d'ordre 2 qui donne une atténuation de -12dB/octave. Cette voie est destinée aux caissons d'infragrave, idéalement basés sur des haut-parleurs de 46cm (18 pouces) ou au moins 38cm (15 pouces). Les caissons de basse sont souvent à évent laminaire ou mieux, à toboggan ou de type W-bin.

La voie 2 ne fournira du signal que lorsque P1 et P2 sont dans des positions compatibles, par exemple P1 ajusté pour 100Hz et P2 ajusté sur 250Hz. Les fréquences de transition permettent d'ajuste la voie 2 dans un large choix de bandes de fréquences.

La voie 4 ne possède pas de filtre passe bas.

Principe de fonctionnement du filtre actif sono

Le signal audio contenant toutes les fréquences arrive tout d'abord sur le filtre passe haut de fréquence fixée à 30Hz. Son but est d'éliminer les fréquences inférieures à 30Hz pour protéger les haut-parleurs des caissons de grave ou d'extrême grave ("infra"). C'est un filtre d'ordre 2 basé sur l'ampli op U4. Par souci de simplicité, C1 et C2 sont choisies identiques. La réponse en fréquence autour de la fréquence de coupure est déterminée par l'amortissement du filtre (lié à R1 et R2, ou plus exactement à la racine carrée du rapport R1/R2).

Le signal en sortie de U4 est maintenant nettoyé des plus basses fréquences et contient donc les fréquences de 30Hz à 20kHz. La limite de 20kHz est arbitraire et ne dépend en fait que du signal audio en entrée du filtre.

Le premier filtre passe bas (encadré magenta F1) est un filtre passe bas d'ordre 2 de fréquence de coupure ajustable de 50Hz à 300Hz environ grâce à P1. Lorsque P1 est en butée à sa valeur maximale, la fréquence de coupure est de 50Hz. Lorsque P1 est en butée à sa valeur minimale, il ne reste plus que R3 et R4 et la fréquence de coupure est alors de 300Hz. Le potentiomètre P1 est un 10kOhms et doit être impérativement double (stéréo). L'amortissement du filtre d'ordre 2 est égal à la racine carré du rapport C4/C3. Cette égalité est valable car on a choisi les deux résistances égales R3+P2 et R4+P2. A l'issue de ce filtre passe bas F1, on a donc la voie 1 du filtre : coupure fixe sous 30Hz et coupure haute de 50Hz à 300Hz selon la position de P1.

Reste le filtre passe haut dont la fréquence de coupure doit être la même que celle du passe bas F1 pour éviter un recouvrement entre deux voies ou, au contraire, un creux entre les deux voies. Il faut donc que le filtre passe haut laisse passer toutes les fréquences qui ne sont pas passées dans le passe bas. Pour réaliser cela astucieusement, on peut faire la différence (soustraction) entre le signal avant filtrage passe bas et le même signal après filtrage passe bas.

Lorsque le filtre passe bas laisse passer le signal, cette différence est nulle. Lorsque le filtre passe bas bloque le signal, la différence est alors égale au signal. Pour réaliser cette soustraction mathématique, on utilise le montage amplificateur différentiel (encadré gris) qui réalise l'opération :

sortie = signal avant filtrage passe bas - signal après filtrage passe bas

L'astuce du filtre actif consiste donc en ce schéma :

filtre actif passe tout schema

Schéma du filtre actif passe haut : suppression des basses fréquences au signal qui contient tout

Il en résulte que la sortie de l'amplification différentiel est un filtre passe haut. On y retrouve les fréquences qui ont été bloquées par le filtre passe bas F1. C'est cela l'astuce pour aiguiller les fréquences sans en perdre ni en trouver sur les deux voies !

Note : on peut réaliser facilement un filtre actif passe bas d'ordre 2 avec un potentiomètre double (stéréo) dans une structure Sallen Key, alors qu'il n'est pas possible de réaliser un filtre passe haut d'ordre 2 avec un potentiomètre double si on souhaite un amortissement de l'ordre de 0.5 à 0.7. En fait, pour faire un passe haut de fréquence réglable, il n'y a pas de solution aussi simple que pour le passe bas.

En pratique, on choisit R5=R6=R7=R8 pour réaliser une soustraction simple dans l'amplificateur différentiel. La valeur de 10kOhms est arbitraire (on aurait pu choisir 22k ou 47k).

Il est possible d'arrêter le schéma à ce niveau là si on ne souhaite qu'un filtre actif 2 voies :

- de 30Hz (fixe) à 50Hz ... 300Hz (ajustable)- de 50Hz ... 300Hz (ajustable) à 20kHz

La sortie de l'amplificateur différentiel peut constituer la voie des aigus pour un satellite dans un système 2.1 satellite + caisson de basse.

Mais comme ici, on souhaite un filtre actif 4 voies, on utilise cette sortie de l'amplificateur différentiel pour la rediviser en termes de fréquences. On réitère l'opération avec le filtre passe bas F2 (qui donne la sortie 2) et l'amplificateur différentiel qui est à sa droite.

De même pour le filtre F3. Pour mieux lisser la réponse en fréquence de la sortie 3, on a ajouté un filtre simple basé sur R9 et C9. C'est une amélioration supplémentaire qui a été trouvée par essais empiriques sur une simulation LTSpice IV du montage complet.

La voie 4 (la voie des aigus) est issue du dernier amplificateur différentiel basé sur U3b.

Le but du filtre actif est une configuration de sound system de ce genre :

filtre actif sono schema principe

Exemple type de système qui nécessite un filtre actif 4 voies

Les amplis pour les voies 1 et 2 doivent être les plus puissants (il y a davantage de puissance dans les graves que dans les aigus)

Pour une réalisation pratique du filtre actif

Il est recommandé d'insérer en série avec les sorties des amplis op une résistance de 100 Ohms pour éviter d'éventuelles oscillations des amplis à cause de la capacité parasite entre le point chaud et la masse des câbles.

Les amplis peuvent être choisis assez librement. Ici, le choix s'est porté sur le très classique et économique TL072.

L'alimentation est de +/-12V environ et doit être régulée, surtout sur l'alimentation négative (-Vcc). Si on souhaite vraiment se passer de régulateur de tension (zener + transistor, 7812 ou LM317), on peut faire deux étages de condensateurs séparés par une résistance de 47 Ohms.

Si on souhaite réaliser un seul circuit imprimé alimentation + filtre actif, il faut éviter les ronflettes dues à des passages de courant d'ondulation dans les condensateurs. Le routage de la masse doit faire une séparation entre les pistes de masse où circulent les courants de charge/décharge dans les condensateurs d'alimentation et la masse audio. On peut bien évidemment réaliser deux cartes différentes.

Les potentiomètres de réglage sont des potentiomètres doubles (à 6 broches). La borne correspondant au curseur peut être reliée à une extrémité ou pas. Il vaut mieux choisir des potentiomètres linéaires pour une meilleure ergonomie (pour éviter qu'un quart de la rotation du potentiomètre fasse déjà presque toute la variation).

Mot de la fin

Ce filtre actif 4 voies est idéal pour une sono de grande puissance (4 amplis séparés pour un système mono). On peut en décliner des variantes avec seulement deux voies ou trois voies.

Si on souhaite réaliser un système stéréo, il faut dupliquer le montage. Cependant les basses ne sont pas stéréo et une sortie mono de table de mixage suffira pour les caissons de gauche et les caissons de droite.

filtre actif audio 3 voies subwoofer Schéma Filtre actif audio 3 voies filtre actif sono rack 2U Filtre actif sono 4 voies : réalisation la resistance limitation de courant 0 La résistance: Limitation de courant la resistance pont diviseur de tension 0 La résistance: Pont diviseur de tension la resistance association en serie et parallele 0 La résistance: Association en série et parallèle la resistance description et definition 0 La résistance: Description et définition la resistance le code des couleurs 0 La résistance: Le code des couleurs la resistance mise en pratique 0 La résistance: Mise en pratique
Tolotrasho
Le 5 févr. 2018 12:27

Merci Ninas, et l'emplacement de fonction "mute", désolé parce que je ne connais pas trop sur l'electronik, j'ai juste suivi le schéma.

Tolotrasho
Le 8 févr. 2018 08:22

bonjour, sur le schéma électronique  je ne vois pas le schéma du circuit avec le 5 amplis op du haut, est ce que vous pouvez me donner plus de détails (schéma du circuit et composant utilisé autres que le 5 AOP)
En essayant de regarder de plus près le circuit réaliser, impossible de savoir les infos concernant sur le condensateur et résistance (combien de ohm et combien de nano ou micro)? dans l'étage des 5 ampli Op
Merci!

nina67 Nina67
Le 9 févr. 2018 14:29

Bonjour, je viens de rédiger un article sur les préamplis XLR que j'illustre avec le filtre actif. Vous trouverez donc réponses à vos questions. En fait, je pensais que l'essentiel du filtre actif, c'était le traitement du signal et non la conversion RCA / XLR et inversement. Cordialement

Tolotrasho
Le 9 févr. 2018 15:19

Merci beaucoup pour cet article !

NicolasG
Le 18 févr. 2019 22:02

Bonjour Nina,
Encore un excellent article.
Je souhaiterai faire un filtre actif 4 voies avec des entrées / sorties en RCA et pas XLR, quelles modifications apporter par rapport à votre schéma filtre actif 4 voies ?
Egalement, est ce possible d'avoir une photo plus précise du circuit imprimé ?
Je te remercie énormément !
Nico

nina67 Nina67
Le 19 févr. 2019 11:13

Bonjour Nico, en fait, le schéma ne présente que le filtre actif en version RCA (sortie simple "asymétrique"). Sur le schéma, la partie qui "symétrise" le signal (un ampli op suiveur pour le point chaud, un ampli op inverseur de gain égal à -1 pour le point froid) ne figure pas sur le schéma. Au niveau du circuit imprimé, conçu pour des CMS, il faut éliminer la partie du haut, proche des sorties. Les étages de filtre actif tiennent dans la partie du bas sur le typon : https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/filtre-actif-sono-4-voies-realisation

NicolasG
Le 23 févr. 2019 20:19

Salut Nina,
Merci pour ta réponse et encore bravo pour tous ces conseils.
Du coup, pour ma part, je souhaiterais faire ce filtre actif 4 voies en entrée / sortie RCA. Cela simplifie donc le circuit imprimé, c'est un bon point (car pas la partie supplémentaire concernant la conversion RCA / XLR) !Si cela ne te dérange pas, j'ai quelques questions pour poursuivre mon raisonnement :
*** Le filtre actif 4 voies que tu proposes est MONO (et pas STEREO) ?
*** Concernant les connectiques RCA, pour 1 entrée ou sortie donnée : il doit y avoir 2 RCA (en général 1 rouge et 1 blanc), sur ton schéma, ton entrée (0...20kHz), il y a 1 ligne masse et 1 ligne signal. Également sur tes sorties (sorties 1 à 4), il y a 1 ligne signal. Ma question est donc la suivante : le schéma que tu propose semble donc convenir pour 1 cable RCA (1 ligne masse et 1 ligne signal), comment alors faire avec ton schéma pour avoir 1 entrée et 4 sorties chacunes d'entre elles composées de 2 RCA (car sur mon préampli et ampli, chaque entrée / sortie est composée de 2 RCA (1 rouge et 1 blanc) ?
*** Sur ton schéma, la partie alimentation n'est pas représentée, peux tu m'éclairer sur la partie alimentation afin de réaliser le filtre actif correctement ?
*** Si on compare le circuit imprimé et le schéma, on s'aperçoit que l'ampli OP a 8 broches sur le circuit imprimé tandis que sur le schéma il y 3 broches (2 entrées et 1 sortie), peux tu m'éclairer sur ce sujet ?
*** Sur ton illustration représentant le signal avec les fréquences de coupure (50...30Hz / 100Hz...600Hz / 1,5kHz...9kHz), est ce sur LTSpice que tu as obtenu ces courbes ? Si non sur quel logiciel ? De même, as tu fait le schéma sur LTSpice ?
Nina, super tes tutos, ça invite clairement à découvrir l’électronique. J'ai d’ailleurs fait 1 caisson 2 voies en m'aidant de ton tuto. Vraiment merci pour tout cela, j'ai énormément appris grâce à tes conseils ! Big up !
Nico

nina67 Nina67
Le 25 févr. 2019 20:50

Bonsoir, merci de votre commentaire, ça fait toujours plaisir^^ Le filtre actif est mono. Pour une version stéréo, il faudra faire deux exemplaires. Les réponses en fréquence ont été simulées avec LTSpice IV. L'alimentation des ampli op n'a rien d'exceptionnel. Toute alimentation symétrique, même pas super régulée, fera l'affaire, entre +/-6V et +/-15V. Cordialement

NicolasG
Le 3 mars 2019 19:46

Salut Nina,Merci pour ton retour.Après simulation sur LT Spice en suivant ton schéma et les valeurs des résistances et condensateurs, il ressort bien qu'on obtient 4 voies (Sub  Basse Med / Med High / High). Cependant, le niveau de sortie de chaque voies n'est pas identique (unité utilisée dB). Voici un screen shot de la simulation avec les potentiomètres à 50%:
Schéma filtre actif sono 4 voies fréquence ajustableLa voie Sub : +1 dBLa voie Basse Med : +4 dBLa voie Med High : de -5 à + 2 dBLa voie High : 0 dBIl apparait que lorsque je modifie les fréquences de coupure (en jouant sur la valeur des potentiomètres), le gain de chaque voie diffère des gains donnés au dessus. Par exemple pour des potentiomètres à 70% :
La voie Sub : +1 dBLa voie Basse Med : +3 dBLa voie Med High : de + 3 dBLa voie High : -1 dB.Est ce normal ? Comment faire pour corriger ce problème (avoir le niveau identique pour chaque voie) ?Egalement, j'aimerai ajouter une 5ème sortie (en plus des 4 voies), c'est une sortie full range. Le nano Preamp de chez RDH utilise ce principe :
Schéma filtre actif sono 4 voies fréquence ajustable
Saurais tu comment mixer les 4 voies pour faire une sortie full range ?J'ai simulé sous LT SPICE le simple rassemblement des 4 voies en une et voici le résultat pas satisfaisant du tout :Schéma filtre actif sono 4 voies fréquence ajustableLe signal va de +6 dB à -17 dB.Je te remercie pour ta précieuse aide et cela pourra également en aider d'autre.Tchao !Nicolas

nina67 Nina67
Le 6 mars 2019 09:40

Bonjour, il est difficile de ne pas avoir d'ondulation et de variation dans les bandes passantes de chacun des filtres. Le fait qu'il y ait une différence de niveau entre voies (phénomène qui fluctue selon la position des potentiomètres) est malheureusement inévitable, d'autant plus qu'à la base, un filtre d'ordre 2 de Butterworth a déjà -3dB à la fréquence de coupure (amortissement = 0.707). Etant donnée la simplicité du montage, il ne sera pas possible de faire autrement. Quant à la sortie "full range" du filtre, les creux dans la réponse sont sans doute dus au déphasage dans les bandes atténuées. Comment les signaux ont-ils été mixés. Je pensais à relier les 4 voies par une résistance de très forte valeur (10MEG par exemple) et lire la tension sur le noeud de ces 4 résistances). Cordialement

Traxxs
Le 29 mars 2019 10:25

Bonjour,Bon article Nina67,

Pour éviter toute confusion, il serait nécessaire de bien représenter les curseurs des potentiomètres (doubles ou stéréo). En effet électriquement parlant les curseurs paraissent être reliés entre eux alors que c'est leur commande mécanique qui l'est...D'ailleurs les curseurs doivent être connectés électriquement à une des extrémités leur potentiomètre respectif pour former au final 2 résistances variables dont la valeur (ajustable) serait égale.Bonne continuation.

nina67 Nina67
Le 29 mars 2019 15:14

Bonjour, merci pour cette remarque constructive. Je vais mettre à jour le schéma. Cordialement

BARIA_Mikaroka
Le 21 juin 2019 19:44

Merci beaucoup!!!!