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Toutes les solutions de traitement du signal : différentes méthodes, matériel et logiciel, mise en œuvre...

Amplitude et phase, comment ça marche ?

Message » 15 Nov 2017 14:18

EDIT : message ci-dessus remis en forme.
Je parle de filtrage plutôt que d'égalisation (qui voudrait rajouter 21 dB dans le grave ?)
Et j'ai calculé que 74 ms correspondait à peu près à la durée d'une triple croche, musicalement parlant.
Pio2001
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Message par Google » 15 Nov 2017 14:18

 
 
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Message » 15 Nov 2017 22:05

Je vous conseille de télécharger les dernières versions de REW et Rephase.

Dans la partie EQ de REW, Rephase existe parmis les nombreux équipements possible. Une fois les calculs effectués par REW, il est possible d'exporter les EQ dans un fichier.
Rephase, dans la partie EQ, tools permet d'importer ce fichier de REW.

Donc, pas besoin de tout rentrer manuellement :wink:
JIM
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Message » 15 Nov 2017 23:18

J'ai regardé d'un peu plus près les mesures : des délais de groupe de plusieurs dizaines de ms dans le médium-aigu ne sont pas réalistes et ce n'est pas étonnant que l'on entende la simulation.
On (moi ?) estime que la limite d'audibilité des distortions de phase est de l'ordre de 0.5 périodes (par exemple 0.5ms à 1kHz ou 5ms à 100Hz).
ohl
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Message » 16 Nov 2017 0:55

JIM a écrit:Je vous conseille de télécharger les dernières versions de REW et Rephase.


Merci pour l'info.
J'ai une vieille version de REW car elle est installé sur un Linux qui un peu trop compliqué pour moi. Je ne sais pas comment faire une mise à jour proprement, car REW n'apparaissait pas dans les gestionnaires de paquets et a été installé de façon autonome.

ohl a écrit:J'ai regardé d'un peu plus près les mesures : des délais de groupe de plusieurs dizaines de ms dans le médium-aigu ne sont pas réalistes et ce n'est pas étonnant que l'on entende la simulation.
On (moi ?) estime que la limite d'audibilité des distortions de phase est de l'ordre de 0.5 périodes (par exemple 0.5ms à 1kHz ou 5ms à 100Hz).


Je n'ai pas tout compris...

Le délai de groupe "empirique" de 70 ms (évalué à la souris) dans le fichier simulé est à 50 Hz, donc loin du medium-aigu.

Il est vingt fois plus élevé que la distorsion de phase à cette fréquence (3 ms, certifié par REW d'après l'impulse response).

Or, si on regarde la mesure faite avec le micro Umik, en vrai, on a à 50 Hz au point d'écoute (mesure en un point) :

Phase réelle : illisible
Phase minimale hypothétique : +180°(10 ms)
Délai de groupe réel : 50 ms (max à 53 Hz : 110 ms)
Délai de groupe minimal hypothétique : 50 ms (max à 53 Hz : 110 ms)

Ce qui colle très bien avec la simulation.
En outre, REW indique que les deux résonances mesurées, à 55 Hz et 70 Hz, ont une courbe de Group Delay parfaitement minimale (la courbe minimale théorique et la courbe réelle sont confondues).

Enfin, le délai de groupe est audible dans la pièce, depuis le canapé : le grave est en retard (je peux l'enregistrer au besoin avec l'Umik, mais ce sera en mono et avec du bruit de fond).
Ce retard n'est plus audible après égalisation à phase minimale.
Pio2001
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Message » 16 Nov 2017 13:07

Image
Dans ton image, le délai de groupe est de plus de 30ms vers 1kHz. Si tu simule quelque chose d'équivalent, c'est forcément audible.

Filtrage à phase linéaire :
Toutes les fréquences restent synchronisées
Il y a du pré-ringing
Ce dernier introduit un délai : l'égaliseur ne fonctionne pas tout-à-fait en temps réel

Filtrage à phase minimale
Les fréquences graves sont en retard par rapport aux autres
Il n'y a aucun pré-ringing
L'égaliseur fonctionne en temps réel

Ces affirmations ne sont pas très claires. Veux-tu parler de filtrage ou d'égaliseur ? De la réponse de la correction seule ou de la réponse globale après correction ?
Plutôt parler de latence que de temps réel : un filtrage FIR est généralement en temps réel mais introduit une latence (le centrage de l'impulsion)

Pio, merci pour tes documents et ton travail mais ne semble pas toujours bien séparer les réponse de l'enceinte, la correction, le filtrage, etc... Ou n'ais-je pas lu assez attentivement ?
ohl
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Message » 16 Nov 2017 14:20

ohl a écrit:Image
Dans ton image, le délai de groupe est de plus de 30ms vers 1kHz. Si tu simule quelque chose d'équivalent, c'est forcément audible.


Aaah, oui, exact.
Donc en fait, les courbes verte et noire sont peut-être fausses, je n'ai pas regardé d'assez près. Mais ce ne sont pas les courbes de la simulation. Ce sont les courbes mesurées en un point dans ma pièce.

Pour la simulation, je n'ai pas encore trouvé comment afficher la courbe de Group Delay. L'onglet correspondant dans REW ne montre aucune donnée quand je fais "import impulse response". Je vois bien l'amplitude et la phase (que j'ai publiées), mais la courbe de group delay reste plate.

Pour ce qui est de la mesure,

La courbe verte est la courbe mesurée.
La courbe grise est la courbe "minimum group delay". J'ai compris qu'elle était calculée à partir de la courbe d'amplitude.
La courbe noire est la courbe "excess group delay". Elle est égale à la verte moins la grise. Elle est censée indiquer où le système ne se comporte pas à phase minimale.

Si la simulation s'approche un tant soit peu d'une de ces trois courbes, ce sera de la grise, qui est la courbe "minimum group delay".

Mais si on regarde la version non lissée du même graphique, on voit que la courbe noire (excess group delay) reste proche de zéro, sauf pour quelques pointes qui divergent très haut. Il semble que la version lissée montre, de façon trompeuse, une moyenne modérée dans ces zones qui sont en réalité essentiellement nulles avec des pics isolés.

Image

Et si on zoome sur ces pointes, on s'aperçoit qu'elles correspondent à des pointes vertes qui divergent vers le haut simultanément à une divergence vers le bas de la courbe grise.

Image

Enfin, si on regarde les courbes phase / amplitude à ces mêmes fréquences, ils correspondent à des notches dans la courbe de réponse (des creux étroits et profonds, où le signal disparaît ponctuellement).

Image

Je pense donc que
-Le logiciel perd parfoit trace de la phase lorsque le signal disparaît.
-Il en résulte une représentation en pic au lieu de notch sur le group delay, qui est erronée
-Il en résulte une hausse erronée de la moyenne affichée, une fois le lissage appliqué

Quoi qu'il en soit, la simulation (vidéo avec exemple à écouter, fichiers wavs analysés avec group delay) part de deux jeux de filtres faits dans Rephase avec les deux options "minimal phase" et "linear phase".

Filtrage à phase linéaire :
Toutes les fréquences restent synchronisées
Il y a du pré-ringing
Ce dernier introduit un délai : l'égaliseur ne fonctionne pas tout-à-fait en temps réel

Filtrage à phase minimale
Les fréquences graves sont en retard par rapport aux autres
Il n'y a aucun pré-ringing
L'égaliseur fonctionne en temps réel
Ces affirmations ne sont pas très claires. Veux-tu parler de filtrage ou d'égaliseur ?


D'égaliseur.
Oui, je vois je que tu veux dire, "filtre" peut être compris comme "filtre d'enceinte", alors que je voulais dire "filtre paramétrique".

De la réponse de la correction seule ou de la réponse globale après correction ?


En fait, de la réponse après avoir amplifié le grave. Ce qui est un exemple qui n'a guère de sens en pratique, puisqu'on dit toujours qu'il ne faut pas faire de correction positive. Si on fait un correction pour enlever le grave, je suppose que le grave sera en avance... je n'ai pas essayé et je n'ai pas le principe en tête.

Pio, merci pour tes documents et ton travail mais ne semble pas toujours bien séparer les réponse de l'enceinte, la correction, le filtrage, etc... Ou n'ais-je pas lu assez attentivement ?


Non, tu as raison, j'ai fait ça entre minuit et 3 heures du matin, et dans cette partie, j'ai fait des simulations qui ne sont pas très claires. Le principe d'utiliser Rephase pour rajouter des pics dans le grave paraît absurde.
Je voulais faire en quelque sorte une "pièce virtuelle" avec laquelle je puisse jouer dans l'ordinateur.

En fait, au départ, je voulais montrer que la courbe de réponse d'une pièce est audible et que sa courbe de phase ne l'étais pas ! Mais l'expérience a pris un tour complètement inattendu.
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Message » 16 Nov 2017 23:04

Si on regarde la phase telle que mesurée par REW sans appliquer un fenêtrage variable (Frequency Dependent Window), on ne peut pas en tirer grand chose car le résultat obtenu intègre toutes les réflexions liées à la pièce. Et le lissage Variable ou autre n'y change rien.

La seule utilité de la mesure de phase est d'identifier les décalages intrinsèques à la conception de l'enceinte (son filtre en particulier), et ensuite de les corriger numériquement (avec RePhase par exemple, mais Dirac le fait très bien, ainsi que Trinnov ou Acourate), afin d'avoir un comportement des HP de l'enceinte "time coherent", c'est à dire avec tous les HP qui sont synchrones.

Il y a très peu d'enceintes qui ont une phase linéaire, et donc il est très utile (et audible) de la corriger, mais pour que ce soit efficace il faut isoler l'influence des réflexions de ce qui vient de l'enceinte intrinsèquement, sinon on risque de corriger des variations de phase qui n'ont pas lieu de l'être.

Pour ceux que ça intéresse, vous pouvez regarder les tutos que j'ai rédigé sur le sujet RePhase et l'utilisation de REW sur les liens suivants.
Vous y verrez notamment comment mesurer la phase proprement, et en déduire les corrections à apporter avec RePhase ensuite.

La phase minimale affichée par REW est la phase d'une enceinte qui serait "time coherent" et qui aurait exactement la même amplitude que celle qui a été mesurée mesurée.
Un des objectifs de la correction de la phase va justement être de faire en sorte que la phase corrigée numériquement soit la plus proche possible de la phase minimale. C'est également dans ce cas uniquement qu'on minimise le pré-ringing qui peut être audible si on corrige sans prendre garde (ou bien en essayant d'avoir une phase parfaitement alignée à 0, alors que l'amplitude n'est pas plate entre 20 et 20000Hz).

Tout cela peut paraitre compliqué de prime abord mais en pratique c'est assez simple. Si vous avez la patience de lire les différents posts (qui contiennent eux-mêmes pas mal de liens vers d'autres considérations connexes) vous pourrez surement mettre en oeuvre une correction numérique équivalente à Dirac ou Trinnov gratuitement.

Tuto Rephase : http://forum-hifi.fr/thread-2003-post-3 ... l#pid38752
Tuto REW : http://forum-hifi.fr/thread-1157.html
Quelques considérations générales contenant de multiples liens : http://forum-hifi.fr/thread-4351.html
Sur ce dernier lien, vous pourrez voir la différence entre le STEP d'une enceinte normale du commerce (ici Giya G3) et celui idéal qu'on souhaiterait avoir (atteint ici après correction).
Dans tous les cas, la phase après correction n'est pas plate, elle est juste très proche de la phase minimale.
pda0
 
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Message » 17 Nov 2017 2:32

Mon message d'hier n'était pas très clair. Résumons.

J'ai fait l'expérience suivante : je prends un fichier wav. Je lui applique avec Rephase et Foobar2000 une égalisation qui est identique à celle mesurée au point d'écoute chez moi sans correction +22 dB à 55 Hz et +14 dB à 69 Hz.
Je travaille à phase minimale.
Je constate que dans le fichier obtenu, le grave est retardé de 70 ms environ.

Je découvre que ce retard n'est pas prédit pas la courbe de phase minimale, qui indique au plus 62° à 50 Hz, soit 3.4 ms au plus, mais qu'il est prédit par la courbe de group delay minimal, qui indique 100 ms au plus, et en particulier 77 ms à 55 Hz, qui est la fréquence de l'extrait musical.

Image

Image

Les tests d'écoute que j'ai fait plus haut me convainquent que c'est la mesure de group delay, plutôt que la mesure de phase, qui est pertinente pour estimer les effets temporels audibles.
Un mathématicien pourra peut-être nous dire s'il est possible de passer de l'une à l'autre par une opération mathématique, nous confirmant qu'il s'agit de deux lectures possibles d'un même phénomène physique, tout comme la fréquence et la longueur d'onde sont deux représentations de la même chose.


A présent, j'applique sur mon fichier la même égalisation dans l'autre sens pour revenir à une courbe de réponse plate.
Je compare deux corrections possibles : une à phase minimale, l'autre à phase linéaire.

Voici une image des fichiers audio obtenus. L'extrait représenté dure une demi-seconde.

Image

Par définition, la correction à phase linéaire ne modifie pas le timing. On voit donc que le grave reste retardé après correction. Il y a des oscillations basse fréquences qui se prolongent plus loin que dans le fichier original, en haut.

En revanche, la correction à phase minimale revient complètement au signal de départ. Le grave est avancé. Cela peut paraître paradoxal, car à phase minimale, l'égaliseur ne peut pas produire un signal avant de l'avoir reçu. Mais en réalité il n'y a pas de paradoxe. Le signal avancé est tout simplement extrait du pied de la résonance, au tout début. La suite de la résonance est étouffée, de sorte que le sommet de l'onde paraît avoir été déplacé vers la gauche.
L'avance que l'on peut ainsi obtenir est donc limitée. Cette limite définit la notion de "phase minimale".

Voilà pour la simulation. Qu'en est-il dans le monde réel ?

Les enceintes que j'utilise (Neumann KH-120) ont, d'après le fabricant, un group delay inférieur à 1 ms après 200 Hz, et qui augmente régulièrement en dessous, pour atteindre 18 ms à 55 Hz.

Image

La courbe de group delay que je mesure dans ma pièce au point d'écoute est donc principalement due à la pièce, et non aux enceintes, sauf dans le grave, où les enceintes vont apporter un delai qui augmente progressivement.

Image

On constate que le group delay de ma pièce (courbe verte), correspond quasiment au group delay minimal de sa courbe de réponse (courbe grise), sauf entre 77 Hz et 91 Hz, où j'ai un excès de délai.
Les pics verticaux situés plus haut en fréquence correspondent à des annulations de la courbe de réponse et ne sont pas pertinents.

En dehors de la zone non minimale, l'excès de délai sous 100 Hz ne dépasse pas 10 ms (courbe verte plus haute que la grise). C'est nettement inférieur au group delay annoncé pour les enceintes. Je ne sais pas pourquoi.

Regardons ce qui se passe entre 77 et 91 Hz.
La courbe de réponse mesurée indique que cela correspond à un creux dans la courbe de réponse.

Image

Si on agrandit la courbe de group delay dans le grave, on peut donc voir que les résonances basse fréquence du local d'écoute sont à phase minimale.

Image

Si on égalise ces résonances avec une correction opposée, également à phase minimale, on doit donc pouvoir annuler le délai introduit par ces résonances.

Je ne sais pas comment faire pour afficher un group delay mesuré en plusieurs points dans REW. Je vais donc prendre deux mesures réalisées chacune en un point, avant et après égalisation de mon système, en phase minimale par un MiniDSP 2x4.

Voici d'abord l'égalisation elle-même. Le MiniDSP est un égaliseur à phase minimale, je ne peux donc pas agir sur la phase.

Image

Les deux résonances dans le grave sont complètement égalisées.
Au passage, il n'y a absolument aucune correction au-delà de 1000 Hz. Les écarts entre les deux courbes sont dus uniquement au positionnement du micro, différent entre les deux mesures, et aux interférences entre les deux enceintes, qui sont mesurées ensemble.

Prenons maintenant le group delay dans le grave sur ces deux mêmes mesures, avant et après égalisation.

Image

On voit qu'à l'emplacement des deux résonances, le MiniDSP a bel et bien avancé le signal. Le délai acoustique indiqué par la courbe verte a diminué.

Je confirme donc, à l'encontre de ce qu'on a toujours dit à ce sujet : une égalisation active peut corriger non seulement le niveau, mais aussi le traînage dû aux modes propres de la pièce dans les basses fréquences.
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Message » 17 Nov 2017 11:54

Pio2001 a écrit:Je confirme donc, à l'encontre de ce qu'on a toujours dit à ce sujet : une égalisation active peut corriger non seulement le niveau, mais aussi le traînage dû aux modes propres de la pièce dans les basses fréquences.

Pas tout à fait, voir par exemple mon message du 22 janvier 2012, http://www.homecinema-fr.com/forum/post176712210.html?hilit=biquad#p176712210
ohl a écrit:Les phénomènes acoustiques évoqués ici sont linéaires : un mode de salle est excité quelle que soit la durée de l'excitation. Coup de bol, un mode de salle est pareil à un filtre résonnant de type biquadratique, donc se corrige parfaitement en amplitude et en phase par un biquad similaire mais opposé.


Par contre ce n'est valable qu'en un point donné : en un autre point il faudra un filtre d'amplitude différente.
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Message » 17 Nov 2017 14:13

Merci pour ce rappel salutaire... je ne suis donc pas fou :D

En revanche, je suppose qu'un traitement passif dans la pièce aurait l'avantage de niveler les choses sur l'ensemble du volume de la pièce, tandis qu'avec une égalisation active, si un point d'écoute a 10 dB de plus qu'un autre point d'écoute, il aura toujours 10 dB de plus que l'autre après égalisation.
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Message » 17 Nov 2017 14:16

pda0 a écrit:La seule utilité de la mesure de phase est d'identifier les décalages intrinsèques à la conception de l'enceinte (son filtre en particulier), et ensuite de les corriger numériquement (avec RePhase par exemple, mais Dirac le fait très bien, ainsi que Trinnov ou Acourate), afin d'avoir un comportement des HP de l'enceinte "time coherent", c'est à dire avec tous les HP qui sont synchrones.


Sans avoir moi-même pratiqué, c'est aussi l'idée que je me faisais de la notion de courbe de phase.
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Traitement passif

Message » 17 Nov 2017 18:21

Pio2001 a écrit:En revanche, je suppose qu'un traitement passif dans la pièce aurait l'avantage de niveler les choses sur l'ensemble du volume de la pièce, tandis qu'avec une égalisation active, si un point d'écoute a 10 dB de plus qu'un autre point d'écoute, il aura toujours 10 dB de plus que l'autre après égalisation.


Tu as gros à y gagner Pio 8) :wink:

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Message » 18 Nov 2017 19:24

Je rajoute un chapitre pour regarder plus en détail la différence entre retard de phase et retard de groupe. La confusion entre les deux notions est courante.

D'abord, de quoi parle-t-on ? Un petit tour sur Wikipedia nous donne les définitions précies.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Retard_de ... d_de_phase
Le temps de propagation de groupe ou retard de groupe est le retard infligé par un filtre, en secondes, de l'enveloppe en amplitude pour un signal à bande étroite.
Le retard de phase est le retard (en secondes) de chaque composante fréquentielle calculé à partir de la réponse en phase du filtre.
Le temps de propagation de groupe et le retard de phase dépendent en général de la fréquence, à l'exception d'un filtre à phase linéaire dont le retard de groupe et de phase sont constants et sont tous deux égaux.


Mouais... je trouve que leur définition n'est pas très claire... Les formules suivantes sont données :

Mathématiquement, le retard de groupe τg ( ω ) et retard de phase τϕ ( ω ) sont calculés par les formules

τg ( ω ) = − dϕ ( ω ) / dω

τϕ ( ω ) = − ϕ ( ω ) / ω

où ϕ ( ω ) désigne la phase de la fonction de transfert en fonction de la pulsation.


Déjà une chose est claire : pour un même signal, le retard de phase et le retard de groupe sont deux nombres différents, calculés par deux formules différentes.

Pour traduire dans le langage de la hifi, la fonction de transfert est ce qu'on appelle nous la courbe de réponse, et la pulsation est ce qu'on appelle la fréquence.
Donc, la phase de la fonction de transfert en fonction de la pulsation, c'est ce que nous appelons tout simplement la "courbe de phase".

Les formules indiquent par conséquent que τϕ est "la phase" exprimée en secondes au lieu de degrés, et τg la dérivée de la phase par rapport à la fréquence, autrement dit, la pente de la courbe de phase... carrément rien à voir.


Sortons notre boîte à outils logicielle, et regardons ce que ça veut dire sur un fichier wav. Pour cela, partons d'un pic de résonance à 50 Hz, comme il s'en trouve justement un dans ma pièce.
D'abord, générons le filtre correspondant avec Rephase.

Image

La courbe bleue montre ce qu'on est en train de faire : un très gros pic dans le grave, 20 décibels.
La courbe en pointillés montre qu'on déphase le signal en plus. Attention, si vous suivez bien la courbe, vous voyez qu'au sommet du pic, le déphasage est nul. Il est élevé juste avant et juste après le pic.

Et le délai de groupe, dans tout ça ? Rephase n'en parle pas. Demandons à REW ce qu'il en pense. J'effectue la manip suivante :

Image

Cela signifie que je regarde le comportement du filtre de +20 dB que je viens de générer, avec les analyseurs du logiciel REW.

Résultat :

Image

Pas de surprise, REW répète ce que Rephase nous a déjà dit. Le curseur nous permet de lire que le déphasage est maximal vers 46-47 Hz, et vaut environ 60 degrés.
Ce qui, à 46 Hz, se traduit par 3,4 millisecondes.

Pour lire le group delay on clique sur l'onglet GD :

Image

Et là, on lit 98 millisecondes à 50 Hz, et zéro à 46 Hz et à 54 Hz.

Notre filtre qui rajoute 20 dB à 50 hz va donc provoquer un retard de phase de
0 ms à 50 Hz
3,4 ms à 46 Hz

Et un retard de groupe de
98 ms à 50 Hz
0 ms à 46 Hz.

Eh bien vérifions nous-mêmes : on va appliquer notre filtre à une fréquence de 46 Hz et à une fréquence de 50 Hz. Voici comment je procède :

Image

Ensuite, j'aligne temporellement les fichiers audio l'un au-dessus de l'autre, en tenant compte du délai dont m'a averti Rephase dans le filtre qu'il a généré (offset = 32768, que je soustrait au fichier filtré).

Voici les résultats. Ils correspondent parfaitement aux prévisions :

Image

Image

Le retard de groupe, c'est l'enveloppe de l'onde, en vert. C'est là où elle est la plus forte. C'est le délai que l'on entend.

Le retard de phase, c'est le décalage entre les crêtes de l'onde, en bleu. On ne l'entend pas en tant que tel, mais il gouverne la fusion entre un HP de grave et un HP d'aigu. Entre un caisson de grave et une enceinte principale.
Si les crêtes ne tombent pas en même temps, les signaux ne s'additionnent pas correctement.
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Message » 18 Nov 2017 20:52

Tu dis que :
"Les formules indiquent par conséquent que τϕ est "la phase" exprimée en secondes au lieu de degrés, et τg la dérivée de la phase par rapport à la fréquence, autrement dit, la pente de la courbe de phase... carrément rien à voir."

Mais en fait ça à tout à voir puisque c'est un lien mathématique qui lie les deux. Le délai de groupe est bien la dérivée de la phase, et donc la phase est l'intégrale du délai de groupe. C'est le même phénomène observé différemment, et observer l'un, c'est bien observer l'autre.
En pratique cela se traduit par un délai de groupe nul lorsque l'enceinte est "time coherent" car il n'y a pas de variation de phase. Et s'il y a un délai de groupe non nul, c'est que la phase varie et donc n'est plus la même en fonction de la fréquence (et c'est le cas le plus courant du fait des filtres des enceintes dès qu'ils ne sont plus du 1er ordre).
pda0
 
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Message » 18 Nov 2017 21:09

Tout à fait. Ce que je voulais dire, c'est que le chiffre en millisecondes n'a rien à voir.
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