Filtre actif Linkwitz-Riley sur stripboard/veroboard

Filtre actif Linkwitz-Riley sur stripboard/veroboard

Voici une façon simple de réaliser un filtre actif (« active crossover » en anglais) deux voies sur plaque à bandes ou « striboard ». Très compact (97x57mm) car réalisé avec un circuit intégré en ligne (type SIP) de chez NEC : le C4570HA. Contrairement aux DIP 8 ou 14 type TL072 ou TL084, sa conception symétrique autorise une implantation aisée (voir ci-contre).

Le filtre est de type Linkwitz-Riley (schéma ci-dessus) de quatrième ordre, LR4 pour les intimes, avec une pente de 24dB/octave, dont cette page du co-auteur Siegfried Linkwitz en décrira les arcanes.
On y trouve la formule de calcul des composants : Fp = 1/(2,83piRC)
Cette topologie de filtre a plusieurs avantages :

  • pas de déphasage entre les HP (360°) contrairement aux pentes 6, 12 ou 18dB/octave
  • une pente raide qui permet d’abaisser la Fc donc :
    • de monter en puissance admissible sans mettre les tweeters en danger,
    • de couper le médium plus bas (voir ci-après).

Avec R=1,8K et C=22nF, la fréquence de coupure (Fc) est ici fixée à 2850Hz, plutôt typique pour des tweeters de qualité qui présentent une fréquence de résonance (Fs) basse, jusqu’à ±1400Hz en admettant que Fc=2Fs. Comme c’est le cas pour l’excellente série Audax TW025 (A0, A12, etc.) notamment le TW025A20 à dôme magnésium. Pour des tweeters de moins bonne qualité, on préférera des condensateurs de 15nF pour élever la Fc à 4kHz. Les HP médiums doivent alors y monter « proprement ».
Dans ma pratique j’utilise souvent le grave-medium Davis Acoustics 13KLV5MA, dont la membrane kevlar induit des perturbations à l’approche de 4000Hz, gommées alors par une Fc plus basse.

En pratique

Les résistances 1,8K du passe-haut, 1/4W couche métal 1%, sont doublées (4 groupes soudés en séries soit 3,6K) comme les condensateurs 22nF du passe-bas (4 groupes en parallèle soit 44nF), afin de correspondre exactement aux valeurs. Un condensateur de découplage de 100nF vient sur chaque AOP, soudé directement au verso du PCB entre les pattes 5 et 1 (ou 5 et 9).

Le premier AOP sert d’adaptation d’impédance : la valeur des résistances sera entre 10 et 47K (ici 22K). Les condensateurs de liaison, 0,47 ou 1µF comme ici, éliminent toute composante continue. On peut aussi adopter un étage suiveur comme sur le schéma ci-dessus (gain=1). Remplacer les 2 condos d’entrée 1µF par 2 résistances 1K et les résistances 22K par des 100K.

L’alimentation embarque des régulateurs de tension 78L12 et 79L12 qui peuvent driver jusqu’à 100mA, ce qui est suffisant pour des AOP qui consomment au maximum 8mA. Le redressement est confié à D1-D4 (1N400x), le filtrage à C3 et C4 (330 ou 470µF) dont la tension de service sera adaptée au transformateur qui délivrera de 2x9V à 2x22V pour quelques VA. Deux condensateurs de 0.1µF sont conseillés dans la datasheet.

Le schéma d’implantation ci-dessous est réalisé avec le logiciel LochMaster de chez Abacom. Vous pouvez le télécharger et modifier ici ou récupérer les JPEG ci-dessous avec un clic-droit.


Version 2.1 pour subwoofer

Pour rappel, les fréquences en dessous de ±120Hz ne sont plus « directionnelles », c’est à dire que l’oreille humaine ne peut situer deux canaux dans l’infra-grave. La fréquence de coupure est donc fixée à 124Hz via R=9,1K et C=100nF. La sommation s’opère après le filtrage du grave. L’alimentation (2x15V max) n’est pas embarquée afin de contenir la taille du PCB. Fichier Lochmaster 3.0


Sa version avec des puces classiques au format DIP 8 ou DIP 14 (TL074, TL072, OPA134, OPA2134, etc.). On connectera un potentiomètre (10 à 50K) au bornier ST5 afin d’ajuster le niveau du sub. Le buffer en entrée est ici un filtre passe-haut avec blocage de composante continue (C=1µF pour Fc=7,5Hz).


Le schéma de fonctionnement issu de KMTech, fabriquant que l’on trouve sur Ebay :

Le même principe mais avec sommation après le buffer donc avant filtrage du subwoofer (mono). Ce qui produit un PCB plus compact: on gagne 5mm en largeur et plus d’1cm en hauteur. R17 (typiquement 10 à 50K) peut être remplacé par un potentiomètre pour régler le gain.  Fichier LochMaster


Le schéma original, qui n’est pas une topolgie Linkwitz-Riley, est issu de la page Custom analog 2.1 crossover board for the electrically adventurous :

Sans oublier de lire la page indispensable de M. Linkwitz en personne :
www.linkwitzlab.com

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