Qu'est-ce qu'un filtre passe-haut audio ? Comment sont-ils utilisés ?

Lorsqu'il s'agit d'obtenir un bon son, les filtres croisés sont incroyablement utile. Mais qu'est-ce qu'un crossover audio avec filtre passe-haut et pourquoi sont-ils si importants ?

Je vais tout vous expliquer ici !

Qu'est-ce qu'un filtre passe-haut audio ?

La réponse de base est que un filtre passe-haut audio (HPF) est un type de filtre audio qui atténue et bloque efficacement tous les signaux basse fréquence en dessous d'un point de consigne. Autrement dit, ils éliminent le son basse fréquence tout en transmettant les signaux haute fréquence aux amplificateurs, haut-parleurs, chemins de signal ou autres composants audio.

Ils sont largement utilisés dans une variété de conceptions audio pour bloquer une plage de fréquences sonores indésirables pour plusieurs raisons :

• Prévenir la distorsion
• Pour protéger les haut-parleurs du tweeter contre les dommages
• Pour obtenir plus de volume et de clarté à partir de petits haut-parleurs en bloquant les basses du subwoofer
• Travailler dans le cadre d'un système d'enceintes à 2 ou 3 voies
• Éviter les problèmes de résonance en limitant la gamme de fréquences inférieures, empêchant ainsi la fréquence de résonance d'un haut-parleur d'être atteinte

Il existe également d'autres applications de filtre passe-haut utiles à connaître. Comme vous le verrez, il existe 3 principaux types de conception de filtres passe-haut.

Remarque : Le nom « fréquence de coin » est aussi parfois utilisé pour désigner le point de coupure.

Différences entre le filtre passe-haut et le filtre passe-bas

Alors qu'un filtre passe-haut laisse passer les fréquences plus élevées, un filtre passe-bas (LPF) fonctionne pour bloquer les sons haute fréquence ci-dessus la fréquence de coupure.

Ceux-ci sont souvent utilisés pour les woofers et les subwoofers, mais peuvent également être utilisés dans le cadre d'une conception d'enceintes à 2 voies. Un filtre HPF serait utilisé pour la partie tweeter de la conception.

Qu'est-ce qu'un filtre passe-bande ?

Un filtre passe-bande se compose à la fois d'un filtre passe-bas et d'un filtre passe-haut en série. Cela passe une plage médiane (bande passante) de fréquences sonores.

Ils sont parfois utilisés dans le cadre de systèmes d'enceintes à 3 voies pour fournir une gamme de sons aux haut-parleurs de milieu de gamme.

Les trois types de croisements passe-haut

Il existe trois types de modèles de filtres passe-haut. Chacun a ses utilisations particulières, ses avantages et ses inconvénients, et ses applications.

1. Crossovers d'enceintes (filtres passifs)

Un crossover de haut-parleur (également appelé filtre passif) utilise des composants électroniques passifs au lieu de composants électroniques nécessitant une source d'alimentation. Les composants passifs sont les condensateurs, les inducteurs et les résistances.

Un crossover de haut-parleur passe-haut est très courant sur les haut-parleurs de tweeter où il empêche les fréquences moyennes et basses de les atteindre. Le type le plus simple est un condensateur électrolytique unique monté sur le haut-parleur lui-même.

Exemple de condensateur utilisé comme filtre passe-haut en ligne

D'autres utilisent un condensateur et une inductance pour une coupure plus abrupte afin d'empêcher plus efficacement les sons indésirables d'atteindre un haut-parleur. La plupart sont câblés et ont des paramètres réglables minimes, voire inexistants, car la conception est définie par les valeurs de pièces fixes.

2. Crossovers électroniques (filtres actifs)

Un filtre passe-haut électronique, également appelé filtre actif , est un type de crossover qui utilise de petits composants électroniques et nécessite une source d'alimentation. Contrairement aux filtres passifs, ils sont souvent flexibles et peuvent offrir des paramètres supplémentaires tels que :

• Fréquence de coupure passe-haut réglable
• Pente de croisement sélectionnable
• Contrôle de gain (niveaux d'entrée et/ou de sortie réglables)
• Contrôle de phase

La plupart des filtres passe-haut électroniques sont conçus autour d'amplificateurs opérationnels (amplificateurs opérationnels) qui sont de minuscules amplificateurs à transistors intégrés dans un circuit intégré (CI). Ils sont très efficaces en termes de consommation d'énergie, de taille et de fonctionnalités.

Vous trouverez des conceptions de filtres actifs dans les chaînes stéréo domestiques, les amplificateurs de voiture, les unités de préampli, les cartes de mixage stéréo et de nombreux autres produits électroniques audio.

3. Crossovers numériques (basés sur logiciel)

Un filtre passe-haut numérique fonctionne sur les signaux audio convertis en valeurs numériques à l'aide de fonctions mathématiques dans le logiciel avant de les reconvertir en signal analogique.

Un croisement numérique peut être trouvé sur plusieurs plates-formes :

• Logiciel audio informatique (mixage, montage, etc.)
• Puces ou produits audio de traitement numérique du signal (DSP)
• Applications audio pour smartphone

Dans tous les cas, un croisement audio de filtre passe-haut est mis en œuvre à l'aide de fonctions mathématiques (transformées en z) qui sont codées dans des routines logicielles. Lorsqu'un signal musical est appliqué, le code traite la représentation numérique (valeur numérique binaire), ce qui donne un signal de sortie qui est considérablement diminué en dessous de la fréquence de croisement.

L'illustration montre un filtre passe-bas numérique intégré dans un récepteur stéréo domestique Denon. Les croisements numériques fonctionnent à l'aide d'un code de programme logiciel pour fournir mathématiquement une fonction passe-haut.

Les crossovers numériques sont également utilisés avec un égaliseur graphique ou paramétrique dans les autoradios, les récepteurs stéréo domestiques et les logiciels de traitement et d'enregistrement audio.

Applications utiles de filtre passe-haut

Utilisation du microphone et du studio d'enregistrement

Les filtres passe-haut sont utiles en studio d'enregistrement de plusieurs manières :

• Suppression des plosives (pops) du souffle du chanteur ou du chanteur
• Éviter l'enregistrement des bruits de manipulation ou de grondement dus au toucher et au réglage de l'équipement
• Isolation des sources audio de différents instruments pendant l'enregistrement
• Formation de la tonalité des gammes de sons pendant le mixage
• Blocage du bruit de fond des pistes d'enregistrement

Avantages de l'audio de voiture avec filtre passe-haut

Dans les systèmes audio de voiture, le filtrage passe-haut se trouve généralement dans quelques éléments :intégré dans les amplificateurs de voiture, les répartiteurs de haut-parleurs passifs, les accessoires d'installation supplémentaires et intégré dans les autoradios, les égaliseurs (EQ) ou les processeurs de signal.

Ils sont généralement très utiles pour fournir un meilleur son de plusieurs façons :

• Prévenir la distorsion ou les dommages potentiels dans les tweeters dus aux basses
• Fournir un son plus propre avec plus de puissance à la fois avec les tweeters et les petits haut-parleurs
• Dans le cadre d'un système de haut-parleurs à 2 voies (exemple :haut-parleurs composants)
• Pour bloquer le son des basses basses des haut-parleurs principaux, le laissant être géré par les subwoofers pour une meilleure clarté sonore

De nos jours, certaines unités principales ont des filtres passe-haut numériques intégrés avec des pentes sélectionnables. De nombreux amplificateurs de voiture ont une fonction de croisement passe-haut ou passe-bas sélectionnable, certains ayant une fréquence de coupure réglable. D'autres ont un seuil fixe qui ne peut pas être modifié.

Les tweeters et autres petits haut-parleurs ne peuvent tout simplement pas gérer les ondes sonores plus grandes créées par les basses fréquences. Même un système économique peut avoir un son exceptionnel lorsqu'il est alimenté par un ampli de qualité décente avec un filtre passe-haut les empêchant d'être envoyés aux haut-parleurs.

Vous pouvez ensuite les associer à un subwoofer et à un filtre passe-bas pour obtenir un son large bande exceptionnel que vous apprécierez.

Filtres passe-haut stéréo domestiques

Les chaînes stéréo incluent souvent des options de filtre passe-haut pour diverses raisons :

• Utilisation du caisson de basses :lorsqu'un système de cinéma maison ou un récepteur stéréo dispose d'une sortie de caisson de basses, le blocage des basses vers les haut-parleurs principaux peut aider à empêcher la production de "boue" ou de trop de basses
• Certains systèmes stéréo incluent des haut-parleurs dont la qualité est limitée, ce qui signifie que les basses provoquent une distorsion et un son médiocre. L'utilisation d'une fonction passe-haut dans ces cas permet d'éviter cela.
• Intégré au traitement des canaux audio du home cinéma avec son surround
• Pour limiter le son envoyé à un haut-parleur de canal central pour des voix claires dans les films.

Tout comme les systèmes stéréo de voiture, les filtres passe-haut stéréo domestiques ne sont souvent pas activés par défaut. Vous devrez vérifier les paramètres du menu et les activer dans de nombreux cas.

Filtres subsoniques expliqués

Un filtre subsonique est un filtre passe-haut avec une fréquence de croisement très basse (souvent autour de 30 ou 20 Hz par exemple) utilisé pour empêcher les signaux basse fréquence que nous ne pouvons pas entendre d'être envoyés à un subwoofer pour éviter de gaspiller de l'énergie sans raison.>

Un filtre subsonique est facultatif et n'est pas souvent nécessaire, mais peut être utile dans certaines situations. Ils sont plus courants pour les lecteurs audio et tourne-disques vintage, bien que vous puissiez parfois les trouver dans les égaliseurs audio de voiture ou les éléments de basse du caisson de basses.

La gamme de fréquences auditives humaines pour la plupart des gens se situe quelque part jusqu'à environ 30 Hz. Les ondes sonores de 20 Hz peuvent être ressenties mais pas entendues, il est donc inutile de tirer beaucoup de puissance d'amplification pour quelque chose que vous ne pouvez même pas entendre. Dans le cas des tourne-disques, un grondement peut être présent et un filtre subsonique peut empêcher qu'il ne soit amplifié.

La plupart des musiques sont mixées, les basses les plus agréables se situant autour de 40 à 50 Hz environ pour le "thump". C'est également à peu près la même chose pour les grondements ou les sons d'action dans les films, ce qui signifie qu'une fréquence de 20 à 30 Hz n'est pas nécessaire.

L'atténuation de la fréquence de coupure (pentes) expliquée

La pente du filtre est la pente de sa capacité de filtrage. En d'autres termes, c'est à quel point il est efficace pour réduire les fréquences sonores au-delà de la fréquence de coupure de croisement.

Les pentes sont classées en termes de décibels (dB) par octave. Un signe négatif (-) est utilisé pour représenter une atténuation ou une réduction du signal d'entrée.

Les fréquences sonores entre deux points sont souvent mesurées à l'aide d'une octave . Une octave est un doublement ou une réduction de moitié d'un nombre de fréquence. (100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, etc.)

Lorsque nous nous référons à un crossover ayant une coupure de -6dB par octave, nous voulons dire qu'il continuera à réduire la sortie de 6dB supplémentaires pour chaque doublement de la fréquence précédente.

Plus la pente du filtre est élevée, plus il réduit les basses fréquences au-delà de la fréquence de coupure, car un filtre d'ordre supérieur est plus efficace.

Les pentes du filtre croisé sont généralement de 6 dB par octave, 12 dB/octave, 18 dB/octave, etc.

Comment utiliser un filtre passe-haut

De manière générale,l'utilisation d'un filtre passe-haut est simple :vous le réglez sur la fréquence de coupure la mieux adaptée aux haut-parleurs que vous utilisez. Dans le cas de systèmes d'enceintes à 2 voies, vous le réglerez également pour qu'il corresponde à la fréquence de coupure du passe-bas afin d'éviter un écart dans le son.

Fréquences de filtrage des haut-parleurs

En ce qui concerne les haut-parleurs et les systèmes de haut-parleurs, les fabricants incluent souvent des spécifications pour vous aider à connaître la fréquence de coupure à utiliser.

Elle est parfois clairement indiquée comme la fréquence de filtre passe-haut recommandée, tandis que d'autres fois, vous devrez la baser sur les informations de réponse en fréquence d'un haut-parleur. Par exemple, dans l'image des spécifications du haut-parleur ci-dessus, le haut-parleur a une plage de fréquences utilisable de 3,5 kiloHertz (kHz) et plus.

Si vous n'en avez pas, reportez-vous aux tableaux que j'ai fournis ci-dessous. La bonne nouvelle est qu'il y a généralement quelques informations pour vous indiquer la plage de réponse en fréquence d'un haut-parleur afin de vous aider à définir la fréquence de coupure passe-haut.

Quels sont les bons paramètres HPF ?

Tableau des fréquences de croisement passe-haut audio domestique

Type d'enceinte/système	Fréquence de croisement
Enceintes avant principales/tour (petites)	Passe-haut de 60 à 80 Hz. Fonctionne mieux avec un subwoofer pour les compléter.
Enceintes avant principales/tour (grandes)	Passe-haut 60-80 Hz.
Son central ou surround (petit)	Passe-haut 100-120 Hz. Ces types d'enceintes sont très pauvres en basses et peuvent facilement se déformer.
Son central ou surround (moyen/grand)	Passe-haut 60-80 Hz. La plupart des enceintes centrales ne sont pas conçues pour la production de basses.
Enceintes murales ou mini satellites	Passe-haut 100-120 Hz. Cela permet d'éviter une mauvaise distorsion car ils ne peuvent pas gérer les basses profondes.
Systèmes d'enceintes à 2 voies	3 kHz à 3,5 KHz. Fréquence de croisement très courante
Systèmes d'enceintes à 3 voies	Passe-haut 3,5 kHz (tweeter) &250-500Hz passe-haut (médium)

Tableau des fréquences de croisement passe-haut audio de voiture

Type d'enceinte/système	Fréquence de croisement
Coaxiaux pleine gamme avant ou arrière ou haut-parleurs composants	Passe-haut de 56, 60 à 80 Hz . Bloque les graves graves qui provoquent une distorsion.
Tweeter	Passe-haut 3-3,5 kHz
Haut-parleurs médium ou woofer	Passe-haut 250-500 Hz
Systèmes d'enceintes à 2 voies	3 kHz à 3,5 KHz pour les tweeters. Idem pour les médiums/woofers
Systèmes d'enceintes à 3 voies	3,5 kHz (médium/aigu) et 500 Hz (médium/grave)

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