Filtre passe-bas ou passe-haut

Espace théorique sur les lampes et l'électronique en général.
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Pote Gui
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Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Pote Gui »

Bonjour à toutes et tous.
J'aimerais bien comprendre une bonne fois pour toutes le fonctionnement des filtres de fréquence. Or, quelque chose m'échappe encore.
Le principe du filtre passe-bas ou passe-haut (je ne parle pas des autres filtres pour l'instant) est, si j'ai bien compris, de créer un diviseur de tension à l'aide d'une résistance et de l'impédance du condensateur dont la valeur sera choisie en fonction de la fréquence à partir de laquelle le filtre opère. Soit en gros Uo=Ui x (Zc/R+Zc) où Uo est la tension de sortie, Ui la tension d'entrée, Zc l'impédance du condo et R la résistance du resistor. Jusqu'ici, tout va bien. Mais on peut lire deci-delà, que la formule permettant de déterminer la fréquence à partir de laquelle le filtre opère est la suivante : fc(-3dB)=1/(2pi x R x C) où R est la valeur de la résistance utilisée et C la capacitance du condensateur choisi. Ce qui me semble étrange à ce niveau déjà, c'est que l'impédance Zc a disparu de la formule. Curieux... Mais je me dis que, peut-être, on considère que la fréquence de coupure à -3dB revient à diviser par deux la tension d'entrée; auquel cas l'absence de l'impédance Zc s'explique dans le sens où la formule permet de trouver la valeur de la fréquence ou R=Zc. Sauf que d'après la formule du gain en dB (A=20 log (Uo/Ui)), on trouve qu'un rapport des tensions de 1/2 renvoie un gain de -6dB, non pas de -3dB. Pour obtenir -3dB, on doit avoir un rapport des tensions, dans le diviseur sus-décrit, d'environ 0.7 (1/racine de 2, en fait), soit Uo=Ui/(rac 2). Et c'est là que je ne comprends pas pourquoi ce racine de 2. Comme si on prenait la valeur efficace de la tension, mais je ne pige pas pourquoi. Quelqu'un pourrait-il m'expliquer (awai par exemple, au pif... :) ).
Merci et joyeuses fêtes!
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a-wai
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par a-wai »

Alors déjà, pour le coup du -3/-6dB, l'idée est d'avoir la fréquence pour laquelle on divise le signal par 2, ce qui se traduit par :
- quand on travaille en puissance, un gain de -3dB
- quand on travaille en tension (ou en intensité), un gain de -6dB
(le pourquoi du comment sur Wikipedia)

Ensuite, pourquoi pas de Zc dans la formule de calcul de la fréquence de coupure ? Bah en fait, elle y est, ou plutôt son module ! L'impédance est une grandeur complexe (au sens mathématique). Une résistance a une impédance réelle pure, pour un condensateur (ou une inductance d'ailleurs), c'est de l'imaginaire pur, en l'occurrence 1/jCw, avec w = 2pi*f ; le module de Zc est donc 1/Cw.
Je vais pas te faire toute la démonstration, mais à partir de Zc/(R+Zc) = 1/2, tu retombes au final sur f = 1/(2pi*R*C)
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bilbo_moria
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par bilbo_moria »

Hé hé, Pote Gui, ton intuition sur 1/racine(2) est bonne !

En fait, comme explique a-wai, il faut raisonner en nombres complexes (qui sont bien plus sympa que le qualificatif « complexe » qui leur est associé), soit des trucs du genre z = a + bj , où a représente la partie réelle et b la partie imaginaire. Bref des vecteurs qui tournent, avec un angle par rapport à l’axe des x et un module = la longueur du vecteur ...

Bref, pour revenir à nos -3dB, ce n’est pas dû aux tensions Vs puissance, mais j’ai tapé un p’tit truc, le format du forum n’étant guère propice à l’écriture des formules impactées ...
Fichiers joints
FiltreRC.png
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Pote Gui
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Pote Gui »

Ah ouais!!!!! Merci les mecs, c'est limpide maintenant (sans blague). Je savais que je pouvais compter sur vous. Effectivement, Bilbo, mon intuition était bonne, et il suffisait que je pousse un peu plus loin pour avoir la solution. Mais ce matin à 1h, j'étais plus très frais... Encore merci! Je vais pieusement conserver ton papier avec la démonstration pour pouvoir y revenir aisément plus tard :good:
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a-wai
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par a-wai »

Pour les -3dB, je maintiens :
- quand on travaille sur des puissances, on calcule la fréquence de coupure à -3dB
- quand on travaille en tension (dans un préamp par exemple), on calcule la fréquence de coupure à -6dB
Dans les 2 cas, on divise le signal par 2

Ton erreur bilbo, est que le module n'est pas une application additive, en clair :
module(Zc) + module(R ) != module (Zc + R)
(il y a des cas où c'est vrai, mais ce n'est pas le cas général)

Et donc Us/Ue = 1/2, et au final 20 log(Us/Ue) = -6dB ;)
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willyboy
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par willyboy »

Si comme tu dis, c'est maintenant limpide, mon commentaire sera peut-être un peu redondant, mais l'impédance d'un condensateur de capacité C en notation complexe se donne par

Zc = 1/(j*2*pi*f*C)

Son impédance varie donc selon sa capacité C et la fréquence f à laquelle on le sonde.

Dans l'équation de la fréquence de coupure f(-3dB) = 1/(2*pi*R*C), tu retrouves les variables de l'impédance de Zc (sauf l'unité complexe j), mais elles sont simplement disposées différemment dans l'équation. La fréquence de coupure ne s'exprime pas directement à partir de l'impédance Zc, mais de manière indirecte en redisposant les variables qui la constituent.

Sinon, petit truc pour les filtres passe-haut/passe-bas : Quand le condensateur est placé en bas (sur la masse), c'est passe-bas, quand il est placé en haut (la résistance qui est sur la masse) c'est passe-haut.
"I haven't failed, I've only found 10 000 ways that won't work"
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Pote Gui »

Quand le condensateur est placé en bas (sur la masse), c'est passe-bas, quand il est placé en haut (la résistance qui est sur la masse) c'est passe-haut.
Et en plus, je récupère un bon moyen de me souvenir dans quel ordre les éléments constitutif du filtre se dispose. Vraiment, c'est Noël :D !
La fréquence de coupure ne s'exprime pas directement à partir de l'impédance Zc, mais de manière indirecte en redisposant les variables qui la constituent.
Oui, c'est un peu ce que j'exprimais en assimilant R dans l'expression 1/(2piRC) à Zc.
Pour les -3dB, je maintiens :
- quand on travaille sur des puissances, on calcule la fréquence de coupure à -3dB
- quand on travaille en tension (dans un préamp par exemple), on calcule la fréquence de coupure à -6dB
Dans les 2 cas, on divise le signal par 2
Merci pour le lien Awai, c'est très instructif. En effet, on s'en rend bien compte au niveau de l'expression du rapport de puissances (10 log Po/Pi) et de grandeur de champ (20 log Uo/Ui). Le tableau des rapports confirme bien que dans chacun des cas, on a un rapport de l'ordre de 2.
Mais alors, si la formule de la fréquence de coupure est indiquée pour -3dB, serait-ce un abus de langage ou doit-on considérer que l'on travaille sur un rapport de puissances dans le cadre des filtres (ce qui serait tout de même bien étonnant, non)?
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par a-wai »

C'est bien un abus de langage, on ne devrait parler de fréquence de coupure à -3dB que pour des puissances (donc pour exprimer la bande passante d'un poweramp ou d'un HP, par exemple)
Dès lors qu'on travaille en tension (ce qui inclut généralement tout ce qui se passe dans un préamp, hormis les drivers de reverb), la fréquence de coupure considérée est à -6dB
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Pote Gui
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Pote Gui »

Bon, ben je crois que je cerne bien mieux mon sujet à présent. Non, parce que mine de rien, c'est pas si simple les correcteurs de tonalité, surtout lorsqu'il sont présentés dans leur forme aboutie (tone stack, Baxendall et consorts).
Encore merci de votre aide et à bientôt!
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Croquignol »

Un petit truc qui permet de savoir comment va se comporter un filtre ou montage du genre c'est:

Remplacer les condos par des interrrupteurs qui sont:
fermés pour les signaux hautes fréquences (plus grand que RC quoi)
et ouvert pour le continue et les basses fréquences.

Typiquement le condo à la masse: ça donne
en haute fréquence un fil qui va à la masse, donc les hautes fréquencfes sont à la masse, alors qu'en basse fréquence il y a un inter ouvert donc pas réellement d'influence.
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Pote Gui »

Oui, j'ai vu ce genre de simplification dans certains livres. C'est vrai que ça permet d'avoir une vision globale mais, à mon sens approximative. En effet, on ne se trouve pas toujours dans le cas de figure où un condensateur est soit un court-circuit soit un circuit ouvert; il y a de nombreuses possibilités intermédiaires pour des valeurs de fréquence intermédiaires... De plus, l'architecture tone-stack notamment, permet des interactions entre les potentiomètres censés régler telle ou telle partie du spectre.
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par Croquignol »

Pote Gui a écrit : En effet, on ne se trouve pas toujours dans le cas de figure où un condensateur est soit un court-circuit soit un circuit ouvert.
Ben c'est ce qu'on appelle des cas limites (et pas des hypothèses simplificatrices), après par continuité sur des filtres simples on arrive à avoir un idée de ce qui va se passer. Après y a parfois quelques petites blagues avec des facteurs de qualités élevés mais globalement l'idée est là.
Après tu sais la precision mathématique des calculs, c'est bien mais, sur un filtre du premier ordre c'est pas très utile:
si tu sais qu'il y a une pente à -6dB par octave au dela de la fréquence de coupure, calculer la fréquence de coupure et qu'à la fréquence de coupure tu à -3dB tu sais tout ce qu'il y a à savoir.

Parce que bon savoir calculer le gain à 2Fc cça apporte pas grand grand chose. Et pour un TS Marshall honnetment la fonction de transfert et son étude rigoureuse c'est vraiment un truc dégueulasse. essyer de comprendre de façon qualitative dans quel sens tel ou tel valeur de composant va influencer le truc, c'est dejà super parce que calculer la réponse du machin faut aimer se faire mal. La simu aide bien, et puis l'essai pour voir en vrai ce que ça donne...

d'ailleur sur AX84 la doc théorique explique pas mal comment fonctionne le tone stack.
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bilbo_moria
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par bilbo_moria »

a-wai a écrit : Ton erreur bilbo, est que le module n'est pas une application additive, en clair :
module(Zc) + module(R ) != module (Zc + R)
(il y a des cas où c'est vrai, mais ce n'est pas le cas général)
<baston stérile on>
Allez, pas trop mon genre, mais j’crois que je vais faire le chieur et soutenir qu’il n’y a pas d’erreur dans ma démonstration à 2 balles ;-)

Si j’avais écrit que ⎟R + Zc⎟ = ⎟R⎟+⎟Zc⎟ effectivement c’était faux car ça aurait alors valu R+1/Cw
Mais là, j’écris que ⎟R + Zc⎟= ⎟ R + 1/jCw⎟ = sqrt( R^2 + (1/Cw)^2 ) donc ça me semble bon ...

et donc, je pense que -3dB pour la puissance et -6db pour la tension, dans le cas qui nous intéresse, ben non c’est pas l’explication ...

</baston>

:D
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a-wai
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par a-wai »

Niveau calcul pas de soucis, mais c'est le fait de prendre le module de la somme des impédances (et non la somme des modules) qui me chiffonne, va falloir que j'y réfléchisse à tête reposée…
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bilbo_moria
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Re: Filtre passe-bas ou passe-haut

Message non lu par bilbo_moria »

En même temps, y a pas mort d’homme ;-)
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