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Alimentation
- Transistor
- Types
de Class - MonoBridge - Références
- Découpage
et PWM - Références
(cliquez
sur un thème)
GÉNÉRALITÉS
Voici un
deuxième article parlant des amplificateurs …
Avec cet article, je voudrais éclairer quelques détails qui sont
restés obscurs et qui méritent d’être mieux expliqués pour un
meilleur usage de cet outil si important qu’est l’ampli pour la
sonorisation. Je parlerai ici seulement du fonctionnement de base
d’un ampli. Un troisième (et peut-être un quatrième) article à suivre
s’occupera des protections, des impédances d’entrée et de sortie et
d’autres détails (comme les composants, les mesures etc).
Une fois de plus j’aimerais préciser qu’il ne s’agit pas d’une
dissertation de physique appliquée mais plutôt d’une vulgarisation,
afin que tout le monde puisse comprendre l’essentiel du
fonctionnement d’un ampli, ce qui implique un certain
"flou" du point de vu électronique appliquée.
L’amplificateur de sono est à
la fois un amplificateur de tension et de courant !
Pour donner un
exemple concret :
En sortie d’un micro, on trouve quelques millivolts de tension, qui
seront amplifiés une première fois dans le préampli
(par exemple console de mixage). En sortie de console, on trouve
généralement un signal avec un niveau ligne, c’est-à-dire environ 1
Volt de tension et quelques dixièmes de milliampères de courant. On
est donc encore loin du milliwatt (la puissance (P) étant le produit
de la tension (U) et du courant (I) : P=U x I).
En sortie d’un ampli de disons 1000 watt, par contre, on trouve quand
même déjà une tension de 64 Volts et environ 15 Ampères sous une
charge de 4 Ohms, ce qui représente une amplification d’environ 10
millions de fois de la “puissance” initiale (sortie de console).
Je vous laisse méditer sur ce chiffre.
Pour rappeler les formules de clacul : la
puissance (P) étant la tension (U) au carré, divisée par la
résistance (R) de la charge : P= UxU/R ; ou
encore : le courant (I) est égale la tension (U) divisé par la
résistance (R) de la charge : I = U / R
L’amplification
de tension.
Quand on parle
du gain d’amplification, cela sous-entend seulement le gain
d’amplification de la Tension (U= les Volts) ; et non pas le
gain d’amplification de la puissance !! Un HP, pour pouvoir être
bougé, a besoin d’une certaine tension, sinon rien ne se passe. Le
gain d’amplification est exprimé par le ratio (quotient) de la
tension de sortie divisée par la tension d’entrée (Vs/Ve). Un ampli au gain de 20 fois produit donc 20
Volt en sortie avec un Volt en entrée. Ce ratio peut être exprimé
aussi en décibel (voir ma fiche sur les décibel) et 20 fois
correspond alors à 26 dB, 40 fois à 32 dB ; 50 fois à 34 dB et
ainsi de suite. (La sérigraphie sur les potards de gain d’un ampli expriment très souvent ce gain en dB). La plupart
des amplis ont un gain de 32 dB ou de 34 dB .
L’amplification
de courant.
Un HP qui bouge va tirer du
courant (I = les ampères) pour pouvoir travailler. Plus qu’il bouge
fort (en montant la tension), plus il aura aussi besoin de courant.
Un HP représente aussi une charge d’impédance (= une résistance qui
change avec la fréquence, l’échauffement etc).
Plus l’impédance est faible, plus le HP tirera de courant. Imaginez
un réservoir d’eau avec un tuyau branché. Une certaine quantité d’eau
va s’écouler. En augmentant le diamètre du tuyau (ou en abaissant la
résistance), la quantité de l’eau qui en sort, va augmenter en
proportion (si le réservoir en amont le permet). Un ampli n’amplifie
donc pas le courant dans le sens strict du terme, mais amplifie la
réserve de courant pour tenir à disposition la quantité nécessaire pour
la charge. Une sortie de console n’aura besoin que d’une petite
réserve, un amplificateur de puissance aura besoin d’une énorme
réserve. C’est dans ce sens qu’on dit que l’ampli est un
amplificateur de courant. Il fait en sorte que de plus en plus de courant
puisse circuler. (Ceci évidemment dans la limite de l’alimentation et
des capacités des transistors et condensateurs)
Un exemple :
admettons qu’on a 40 Volt en sortie d’ampli (et donc aux bornes du
HP) et que l’HP a une impédance de 8 Ohms. On calculant
(théoriquement !) avec une valeur résistive, l’ampli fournit 5
Ampères de courant (I=U/R). la puissance serait donc 200 Watts
(P=U x I).
En doublant les HP ou en le remplaçant par un autre avec impédance de
4 Ohm, l’ampli doit désormais fournir 10 Ampère (I=U/R) et la
puissance sera de 400 Watt (c’est évidemment rien qu’un exercice
théorique, car il y aura d’autre facteurs qui s’y ajoutent en réalité
– on verra cela plus tard !)
Tension/Courant Alternatif –
Tension/Courant Continu
Normalement,
le terme Tension désigne le Voltage du flux électrique et Courant (ou
l’intensité) son ’ampérage.
Pour simplifier le langage, je parlerai seulement de courant
alternatif ou courant continu en sous-entendant également la tension,
donc le flux électrique dans son ensemble.
Le
signal Audio
Le signal
audio est un signal aléatoire (mais néanmoins un courant
alternatif) : changements systématiques de la fréquence et de
l’amplitude (dynamique du signal), ce signal est par exemple la
source provenant d’un micro). Pour le rendre audible à nouveau et
cette fois-ci amplifié, on doit obtenir ce même signal identique en
tout points mais avec suffisamment d’énergie électrique pour être
capable d’attaquer la membrane d’un HP.
Le
Courant d’alimentation
Pour pouvoir
amplifier il faut évidemment alimenter les composants (en
l’occurrence les transistors) en énergie et mettre à disposition un
potentiel électrique à partir de notre courant secteur, livré par
l’EDF (on laissera de côté les amplis de voiture ou ceux, fonctionnant
sur batterie etc). Notre courant secteur
est aussi un courant alternatif, mais cette fois-ci avec une
fréquence fixe (et relativement stable) de quelques dizaines de Hertz
(50 Hz pour la France et l’Europe) et à tension fixe également (dans
une certaine marge de 3%) . On est bien
obligé de séparer le montage de l’ampli (et ses composant)
physiquement du secteur, ce que l’on fait avec un transformateur. Le
courant passe dans un premier bobinage primaire ; sur le même
noyau (généralement en métal ou en alliage conducteur) se trouve un
deuxième bobinage (secondaire), où on peut récupérer notre courant
alternatif (par induction) qui sera désormais séparé du réseau
secteur. On en profitera également pour diminuer la tension, car la
plupart des composants sont alimentés en basse tension. Ce procédé ne
fonctionne qu’avec du courant alternatif soit dit en passant !
Le grand
dilemme est tout simple mais inévitable : il est impossible
d’amplifier un courant alternatif avec une alimentation en courant
secteur. Vous devinez facilement pourquoi : un courant
alternatif change constamment de polarité, le signal audio change, en
plus, constamment de fréquence, de tension et d’amplitude et il est
théoriquement et pratiquement impossible de faire concorder les deux courants,
car un transistor bipolaire ne laisse passer le courant que dans une
seule direction => donc : il faut du courant continu !
Que ce soit
une lampe (à l’ancienne) ou un transistor, ce composant peut
amplifier une tension continue, qu’elle soit positive ou négative,
mais jamais une modulation oscillant entre les deux polarités
positive et négative (mais on verra plu loin comment on peut s'en
sortir quand même).
L'Amplification
L’amplificateur doit donc
faire plusieurs opérations :
·
Convertir le courant du
secteur en courant continu assez stable avec une réserve suffisante
en intensité (ampères)
·
Envoyer le signal audio
entrant sur différents circuits d’amplification (transistors) afin
d’amplifier et de récupérer la totalité de la modulation (polarité positive
et négative)
·
Amplifier, à proprement
parler, ces modulations afin de pouvoir récupérer à nouveau un
courant alternatif
·
Comparer ce signal en sortie
d’ampli avec le signal à l’entrée pour garantir une cohérence des
deux signaux. Pour cela on utilise une “boucle de contre-réaction“
afin de respecter un gain souple et contrôlé et de rester un maximum
dans la caractéristique “linéaire“ du transistor
Une
parenthèse : Sans rentrer plus dans les détails, j’aimerais
juste faire remarquer une fois de plus la grande différence entre le
matériel audiophile de salon ou Hi-Fi et le
matériel de sono. Un ampli de Hi-Fi est
construit d’abord pour ses qualités sonores et les contraintes
techniques se résument avant tout à reproduire un beau son, propre et
riche et on y trouve donc souvent des amplis en Class-A
(voir plus bas). La tension de sortie est généralement faible (10 à
20 Volts) ainsi que la puissance (autour des 100 Watt maxi) et la
charge relativement élevé (souvent 16 Ohms) ce qui génère des
courants de petite intensité (quelques ampères au plus)
En
sonorisation, on a affaire à de très grosses puissances (des tensions
allant jusqu’à 100 Volts et plus) sous de très basses charges
(descendant jusqu’à 2 Ohms), ce qui fait des courants à haute
intensité (parfois 30 voire 40 ampères), et ce qui met les composants
à rude épreuve et rend les montages très contraignants.
Voici un petit schéma
simplifié qui illustre bien le fonctionnement d’un ampli basique
(ici en classB):
Mais voyant
d’abord d’un peu plus près le fonctionnement d’un transistor.
(retour-en haut)
Le
Transistor bipolaire
Essentiellement,
un transistor est un amplificateur de tension: c'est un générateur de
(fort) courant (en sortie E) commandé par un (faible) courant (en
entrée B).
Positif dans le sens de la flèche et négatif à
contresens.
On distingue
deux sortes de transistors bipolaires (PNP et NPN) et c’est le sens
du courant, qu’ils laissent passer dans une direction et bloquent
dans l’autre, qui les différencie.
Dans le cas d’un NPN, la tension d’alimentation (positive) est
présente sur le Collecteur (C); quand on applique un signal de
commande (tension positive) à la base (B) le transistor se met à
conduire et le courant commence à circuler dans le sens Collecteur
(C) vers Emetteur (E)
Dans le cas du transistor PNP (dit, négatif), les choses sont
inversées : la base (B) est sortante (accepte le courant
négatif) ainsi que le collecteur (C accepte le courant
négatif) ; l’émetteur, lui, est maintenant rentrant (libère du
courant négatif).
Dans les deux cas, la Base (B - notre signal audio d’entrée se trouve
ici) commande le flux du courant principal (entre C et E) par un
courant beaucoup plus faible. Donc, la modulation de notre courant de
départ (audio) fait en sorte que plus ou moins de courant circule
entre le Collecteur et l’Emetteur et l’on
récupère, à peu près, le même signal (audio) qu’à l’entrée, mais
amplifiée. Le facteur d’amplification se situe généralement entre 20
et 100 fois (mais dépend évidemment de l’alimentation et de la nature
du transistor et son mode de montage).
Pour obtenir
des gains d’amplification importants on multiplie et enchaîne
simplement les étages (circuits) d’amplification (transistors). Basiquement, on se retrouve avec deux étages
d’amplification : un étage d’entrée et un étage de puissance. Ce
dernier peut être divisé en plusieurs étages et dans des amplis très
puissants on trouve parfois des dizaines de transistors de puissance,
couplés par paires ou quadruples.
Exemple de montage - étage d’entrée plus étage de puissance: Le
plus connu est le montage DARLINGTON qui permet de multiplier les
gains des transistors entre eux : ex : gain n°1 = 10 et
gain n°2 = 10 alors le gain résultant du montage Darlington est de 10
x 10 = 100 (au lieu de 10+10 pour un simple montage en parallèle). Ce
montage est très pratique car plus un transistor est optimisé pour
faire passer des courants importants plus sa capacité en termes
de gain est faible donc avec des transistors à faible gain on peut
grâce au Darlington obtenir un gain très fort avec un étage qui accepte
des courants très importants.
On distingue trois états de
fonctionnement d’un transistor
-- État passant
Un courant (modulé ou fixe) sur la Base (B) permet de laisser passer
plus ou moins de courant (qui sera également modulé ou fixe) entre C
et E. Selon les caractéristiques du transistor, l’amplification se
fait d’abord de façon linéaire => le courant sortant est
directement proportionnel au courant de commande (B) ; mais à
partir d’un certain point, le transistor commence à saturer et son
comportement devient “non-linéaire”, c’est
à dire l’amplification ne sera plus proportionnelle mais son taux
diminuera de plus en plus en approchant le courant maximal (qui est
celui de l’alimentation)
-- Etat de saturation
maximale (ou clip)
Une fois atteint son maximum, le transistor agira comme simple
interrupteur fermé et laissera donc passer la totalité du courant
d’alimentation. Il agit donc en commutation.
-- État bloqué
S’il n’y a pas de
courant à la base (B), rien ne passe dans le transistor et il agira
comme un interrupteur ouvert
Il est
important de comprendre ces trois états de fonctionnement qui ont
leur raison d’être et seront tous les trois exploités dans un ampli.
Dans les deux derniers cas, le transistor fonctionnera donc comme un
simple relais (on dit qu’il fonctionne en commutation), très utile
pour permettre le flux d’un gros courant (C-E)
par le biais d’un petit courant de commande (B), ce qui est très
important pour la nouvelle génération des amplis dits “à découpage”
(on verra cela plus loin).
Je n’irai pas dans les détails techniques, telles les différentes
possibilités de montage d’un transistor par rapport aux points
communs et par rapport à la référence 0 Volt (donc la masse). Vous
trouverez ces détails dans les bouquins de physique et des magazines
et livres spécialisés en électronique.
Il existe un
très vaste choix de transistors aux prix et qualités très divers. Un
bon transistor de qualité coûte très cher, mais avec deux transistors
premier prix (une paire d’euro dans le commerce) vous pourrez déjà
avoisiner les 50 Watts. Et certains fabricants ne se gênent pas pour
vendre leurs produits à prix d’or, même si le prix semble bas (disons
150 euro), vu que l’engin ne coûte que 30 euro à la fabrication (composant
de toute petite gamme). On trouve de plus en plus de transistors de
puissance en plastique ou en résine et de plus en plus petits , mais
il semble que les meilleures qualités restent toujours ceux avec un
capot métallique (comme à l’ancienne), pour une meilleure dissipation
de la chaleur (entre autre).
Voici quelques transistors du marché :
(retour-en haut)
La
puissance et l’alimentation
On a donc vu
juste ci-dessus que le signal amplifié (sortant) dépend directement
de l’alimentation et ne peut en aucun cas dépasser la tension de
l’alimentation. Or, les transistors qui encaissent (et peuvent
délivrer) des courants élevés (on parle alors de la “droite de
charge“) sont évidemment très chers et l’on réduit l’alimentation à
une tension raisonnable et exploitable (dans les 20 à 80 volts dans
le moyen de gamme). Car 99% des transistors du marché flamberaient
aussitôt si on y mettait du 220 Volts avec une charge très basse (HP)
en sortie.
Et en plus, le courant d’alimentation doit être un courant continu et
stable de surcroît si on veut obtenir une amplification cohérente
(car le transistor ne laisse passer le courant que dans une seule
direction). La plupart du temps, on utilisera une alimentation
symétrique (les deux courants -positif et négatif) pour pouvoir
finalement récupérer un courant alternatif en sortie d’ampli. La
tension secteur EDF entre dans un transfo. La sortie du transfo
possède deux enroulements reliés par un point milieu ce qui va
permettre de fabriquer deux sources de tensions identiques l’une
positif, l’autre négative.
Notre courant
secteur 220 Volts est donc d’abord abaissé à quelques dizaines de
volts à l’aide d’un transformateur et redressé à l’aide d’un pont
redresseur à diodes et puis filtré avec de gros condensateurs (les
gros silos bleus qu’on trouve toujours dans
tous les amplis).
En effet : pour que l’amplification puisse se faire en toute
continuité sans aucun trou ni affaiblissement (quand par exemple le
courant alternatif passe par le point 0 Volt pour changer de
polarité), le courant redressé est stocké dans des récipients qu’on
appelle les condensateurs pour pouvoir faire façe
au courant d’appel provenant des étages de puissance.(C’est un peu comme la mémoire tampon d’un ordi pour permettre un flux stable des bits). Et
vous imaginez facilement que ce point et la capacité de stockage sont
essentiels pour la qualité de l’amplification, en particulier pour le
rendement du grave qui est généralement très gourmand en énergie (une
raison parmi d’autres qui explique que beaucoup d’amplis bas de gamme
s’en sortent très mal avec le grave et donnent un son assez petit et
maigrichon )
Un autre phénomène et problème pour les constructeurs qui est
directement lié à l’alimentation : Un couple de transistors
délivre, certes, le courant relatif au courant de commande, mais
“consomme“ quand même la totalité de la tension d’alimentation. Ceci
veut dire que les transistors transforment l’énergie non délivrée à
la charge en chaleur.
Exemple :
un transistor qui est chargé par une alimentation de disons 100
Volts, mais dont on ne sollicite que 50 volts, va transformer les 50
Volts restants en chaleur. Et puisqu’on sait qu’un ampli ne
fonctionne que très rarement “à fond“ mais en moyenne plutôt à un
huitième de sa puissance nominale, on mesure le vaste gaspillage
d’énergie qui a souvent lieu.
D’un autre côté il est impensable de calculer l’alimentation (et les
transistors) trop juste, car il n’y aurait plus d’assez de réserve (headroom) pour les signaux impulsifs et
puissants.
Autre exemple : mettez un signal très uniforme (genre bruit rose
avec facteur crête – “crest factor“ - à 0 ou très faible) sur un ampli poussé
à fond (puissance nominale) et vous verrez que l’ampli chauffera
beaucoup moins qu’avec un signal très dynamique qui n’atteint que
très rarement la puissance nominale, mais change d’intensité
continuellement.
(retour-en haut)
La
droite de charge
La droite de
charge décrit le pouvoir d’amplification d’un transistor. Une droite
de charge de disons 40 Volts veut dire que le transistor peut sortir
entre 0 et 40 Volts (pourvu que l'alimentation soit à la hauteur et
faut-il encore savoir quel est la zone de linéarité et celle de non-linéarité… !). Ensuite le transistor
passera en état saturé (comme un simple interrupteur fermé).
Une tension de 1 Volt à la base (B) pourrait donc être amplifié 40
fois, une tension de 2 Volt seulement 20 fois. Ces calculs théoriques
ne fonctionnent évidemment en pratique que dans certaines tolérances,
car le courant (l’intensité - les ampères) fixe les limites des
possibilités de fonctionnement.
Le
signal de commande (l’audio entrant)
On a vu aussi
que la base du transistor (B) ne laisse passer que du courant continu
(soit du positif pour le NPN soit du négatif pour le PNP). Notre
signal audio (=> tension alterantive) ne
passerait donc seulement la moitié du temps (c’est-à-dire, quand la
polarité + ou – correspond au sens entrant ou sortant du transistor)
et produirait un signal amplifié, mais saccagé et morcelé. Mais en
fait, tout est question de référence en ce qui concerne le courant
alternatif.
En effet : une modulation sinusoïdale aura des tensions
positives et des tensions négatives par rapport à la référence 0
Volt, mais en éloignant cette référence assez loin, par exemple vers
le négatif, on se retrouvera avec la même modulation (donc le même
signal) mais avec la tension toujours dans le positif.
On utilise
cela pour polariser le transistor, c’est-à-dire pour fixer son point
de fonctionnement, que l'on appelle aussi point de repos
(bloqué/passant) sur la droite de charge.
Un exemple:
Admettons que notre signal en sortie de console ait environ 1 volt
alternatif, la tension module donc entre –1V et +1V par rapport à la
référence 0 Volt. Un tel signal mettrait le transistor NPN (par
exemple) en état bloqué à chaque fois que la polarité devient
négative.
Admettons ensuite, qu’on ait un transistor avec une droite de charge
de 40 Volt (c’est à dire qui peut sortir jusqu’à 40 Volt maximum). En
plaçant le point de repos au juste milieu, ce même transistor pourra
donc gérer des modulations entre plus et moins 20 Volts. Une tension
alternative de 1 Volt pourrait donc être amplifié de 20 fois. Le
transistor est polarisé et peut fonctionner en Class A.
Le même transistor sans polarisation (point de repos à 0 Volt ) pourrait amplifier la même tension 1 Volt
40 fois, mais s’arrêterait à chaque fois que la polarité de la
tension change .
À noter un point de repos à 0 Volt n'est ps
vraiment possible en pratique et le transistor aura toujours un point
de repos un peu au dessus (ou en dessous) du 0 Volt, ce qui amène pas
mal de problèmes comme les distorsions de croisement.
Récapitulons
On a donc un
gros courant continu bien lissé et stabilisé qui attend à l’entrée
(C) du transistor (on dit : qu’il charge le transistor). Et l’on
a également un petit courant de commande, donc notre signal audio, à
l’autre entrée (B) du transistor et les modulations de ce courant de
commande vont donc ouvrir les “vannes“ du transistor pour laisser
passer le gros courant (vers la sortie E) au même rythme de cette
modulation. On récupère donc théoriquement le même signal d’entrée
mais amplifié.
En pratique on a le choix entre une très forte polarisation, qui
entraîne la perte d’au moins de 60% de la puissance (point de repos
au milieu de droite de charge), ou d’utiliser des couples appairés
pour amplifier les tensions positives et négatives séparément.
Le schéma ci-dessous illustre le fonctionnement basique d’un étage de
puissance. La modulation alternative (notre signal audio) rentre sur
deux transistors appairés (l’un positif, l’autre négatif), qui sont
chargés par une alimentation symétrique (V+ et V-). Ce courant de
commande fait délivrer une tension Vt qui
sera soit positive soit négative selon le transistor qui la délivre
et l’on retrouve donc une modulation alternative Vs par rapport au 0
Volt qui correspond (au moins théoriquement) à la modulation de notre
courant de commande initial. C’est le principe du “push-pull“ et basiquement le fonctionnement en class-B
Si la tension est assez élevée et qu’on a une réserve de courant
suffisante on peut y brancher par exemple un HP pour récupérer à
nouveau de l’audio.
La manière dont ces deux transistors au sens inversé sont utilisés,
distingue les différentes classes de fonctionnement des
amplificateurs
(retour-en haut)
Voici un petit déscriptif des classes de fonctionnement les plus
répandues:
Class
A
C’est un
fonctionnement assez simpliste et facile à comprendre. À la base, ce
mode de fonctionnement ne nécessite qu’un seul transistor mais en
pratique et pour de multiple raisons, on utilise quand même des
couples de deux transistors, en (faux)mode
push-pull.
Tous les transistors fonctionnent à temps complet chacun amplifiant
la totalité du signal. Pour que cela soit possible, le transistor
doit être fortement polarisé pour permettre d’amplifier la totalité
de la modulation et le point de repos est donc placé au juste milieu..
Le courant de commande est envoyé en même temps aux deux transistors mais
la polarisation est inversé sur le deuxième
transistor par rapport au premier. Le résultat est : quand le
courant est montant dans un transistor (positif), il sera descendant
dans l’autre transistor (négatif).
Donc, chaque transistor amplifie la totalité du signal, mais
également la tension de polarisation.
Comme j’ai dit plus haut, un seul transistor suffit (et c’est le Class-A par excellence), mais dans ce cas, il
faut évidemment éliminer le courant continu du à la polarisation, ce
qui se fait généralement avec des condensateurs sinon le HP
chaufferait et brûlerait très rapidement sa bobine. Ce genre de
courant semi continu est absolument mortel pour un HP !
En utilisant des transistors appairés comme décrit en haut, en
fonctionnement push-pull, non seulement le courant continu de la
polarisation s’annule tout seul, mais on se retrouve en même temps
avec une puissance doublée, à cause des transistors appairés dont le
courant (l’intensité) de sortie s’additionne (double ampérage= double
puissance).
Ce montage (de faux) push-pull est pourtant en pur class-A et en sortie des transistors on retrouve
deux courants identiques, récréant très fidèlement la modulation du
signal d’entrée et bien sûr correctement amplifiés. Pendant la
sommation, la tension de polarisation s’annulera toute seule (car
inversée sur les deux transistors) L’avantage est un signal très
propre (et audiophile) dépourvu de distorsions harmoniques (tant
qu’on ne sature pas les transistors, bien entendu).
L’inconvénient,
par contre, est très lourd:
C’est amplificateur consomme donc en permanence beaucoup d’énergie,
même s’il travaille au régime minimum - au moins la moitié, mais en
pratique bien plus encore, est perdu en chaleur etc
Tous les transistors travaillent tout le temps à fond, ce qui
consomme beaucoup d’énergie pour peu de rendement. Le courant de
polarisation est constamment amplifié (le transistor n’est donc
jamais au repos), ce qui n’est pas seulement une perte d’énergie,
mais chauffe aussi énormément le transistor car même si le signal
audio est théoriquement à 0 Volt le transistor continue à amplifier.
C’est un peu comme si vous rouliez en voiture l’accélérateur à fond
et que vous contrôliez la vitesse uniquement par les freins (ça
chauffe inévitablement).
Et, en fin de compte, l’usure est aussi très élevée pour les mêmes
raisons. Le rendement est de l’ordre de 20% à 30%.
Class
B
Ici on
n’utilise pas de courant de polarisation mais seulement des couples
de transistors appairés (NPN et PNP), fonctionnant en push-pull.
Chaque transistor d’un couple s’occupe donc d’une partie du courant
(alternatif) de commande (le positif pour l’un, le négatif pour
l’autre). Ceci implique évidemment ce que j’ai dit plus haut :
chaque transistor cesse d’amplifier dès que la polarité du signal de
commande change et produit donc au final un signal morcelé.
L’alimentation doit bien sûr être symétrique par rapport à la masse,
c’est-à-dire positive sur l’un et négative sur l’autre transistor).
En combinant les deux sorties du couple de transistors on récupère un
semblant du signal d’entrée amplifié, mais seulement approximatif,
car on aura dans tous les cas pas mal de perte (dûe
à l’inertie des composants, la latence du flux, etc)
On récolte notamment beaucoup de distorsion aux points de jonction
(lors des changements de polarité au passage au point 0 Volt) qu’on
appelle communément “crossover distorsion”
ou distorsion de croisement. Ceci est dû fait que le transistor ne
réagira pas du tout logiquement et linéairement en approchant du
point 0 Volt (croisement), ce qui génère beaucoup de courant parasite
(ou des trous de courant en l’occurrence)
Les transistors chaufferont évidemment beaucoup moins et la
consommation d’énergie sera très raisonnable, car les transistors
travailleront seulement quand c’est nécessaire et seront au repos le
reste du temps ; mais cette classe de fonctionnement n’est
jamais utilisée en sonorisation (trop contraignant et trop de
distorsions harmoniques)
On atteint tout de même un rendement d’environ 75%.
Class
A/B
Comme vous
vous en doutez certainement après les explications d’en haut, cette
classe est une combinaison des deux classes décrites en haut. On
utilise dans ce cas seulement un très petit courant de polarisation,
qui permettra de décaler les points de zéro (points de changement de
polarité). Ceci permettra de gagner un peu de marge autour des points
de changement de polarité ce qui facilitera le raccordement ultérieur
des courants sortants pour récupérer un courant alternatif et sain
(dépourvu de distorsions harmonique et de parasites).
Un tel ampli chauffera évidemment beaucoup moins qu’un class A par
exemple et il consommera également moins d’énergie, car les
transistors seront au repos une partie du temps pendant
l’utilisation.
Une très grande partie des amplis d’aujourd’hui fonctionne sous cette
classe.
Le rendement est de l’ordre de 60%.
Class
G
Cette classe
utilise plusieurs séries de couples de transistors (avec des droites
de charge différentes), chaque série ayant un courant d’alimentation
différent (souvenez vous ce que je disais plus haut par rapport à
l’alimentation et le gaspillage d’énergie). Par exemple une série
alimentée à 40 Volts et une autre alimentée à 100 Volts. Selon la
sollicitation de puissance de l’ampli il y a donc l’une ou l’autre
série de transistors qui s’occupera de l’amplification. Ce genre
d’amplificateur ne chauffe pratiquement pas, consomme une énergie
correspondant à la demande réelle en puissance et les composants
s’usent moins aussi.
Cette classe a eu un certain succès dans les années 80 mais n’est
plus tellement utilisée aujourd’hui (car remplacé par la classe H)
Class
H
Cette classe
reprend les principes de la classe G, mais on n’utilise qu’une seule
série de transistors. Les transistors seront chargés d’un courant
d’alimentation adapté selon la puissance sollicitée (on appelle cela
une alimentation asservie par le signal de commande). Un petit
circuit se charge de calculer (en fonction du courant de commande et
de la charge en sortie d’ampli) le courant d’alimentation nécessaire
et sélectionne le plus approprié entre deux ou trois différents
courants disponibles. Je ne sais pas si des amplis en Class H avec
une alimentation totalement flexible existent déjà, en tout cas,
c’est en cours de développement et notamment avec des alimentations à
découpage (voir plus bas). On sous-entend dans cette classe H un
fonctionnement des couples de transistors push-pull en classe A/B.
C’est l’ampli moderne qui a un très bon rendement, consomme peu
d’énergie (en tout cas toujours en relation avec la puissance réellement
délivrée) et qui chauffe relativement peu. Le gaspillage d’énergie
est réellement diminué au minimum. Il est clair que cette technologie
coûte un peu plus cher et qu’elle n’est rentable qu’à partir d’une
certaine puissance. Un petit ampli de 200 Watts (ne délivrant à peine
40 Volt et 5 A) ne posera pas les problèmes énoncés plus haut et
restera en class A/B simple.
On atteint ici un rendement de 80% et plus et on peut globalement
dire qu’on arrive à « produire » jusqu’au double de la
puissance par rapport à un ampli conventionnel A/B avec les mêmes
composants de base et en consommant moins d’énergie.
Class
D, E , F
Les classes D,
E et F sont pour les amplis à découpage et l’on verra leur
fonctionnement plus loin.
(retour-en haut)
Avant de
passer aux amplis à découpage, j’aimerais quand même préciser
quelques points.
Toutes mes
explications en haut sont extrêmement schématisées et simplifiées.
L’affaire est évidemment bien plus complexe que ça. À commencer par
ceci : il est évident qu’on n’envoie pas un petit signal d’audio
dans un transistor et puis qu’on récupère à sa sortie de quoi
alimenter et faire bouger un HP.
Dans un ampli, on trouve toujours plusieurs étages d’amplification où
le signal initial est hissé successivement d’un niveau à un autre
pour obtenir à la fin l’énergie nécessaire pour attaquer des
transducteurs (les HP dans les enceintes). On a notamment l’étage de pré-amplification et l’étage de puissance.
L’étage de puissance peut être sous-divisé
en plusieurs étages notamment pour les amplis très puissants. On
arrive aujourd’hui à fabriquer des amplis atteignant (ou dépassant)
les 10kW et vous trouverez des dizaines de transistors de puissance
dans leurs entrailles.
Le fait que la puissance doit être presque instantanément disponible
à tout moment pose un énorme problème d’alimentation, surtout sur des
charges basses tel le 4 Ohms ou le 2 Ohm, et où l’intensité du
courant peut atteindre des valeurs énormes, dépassant les 40 ampères
dans certains cas.
Pour pouvoir répondre à de telles sollicitations le transformateur
d’alimentation doit être bien surdimensionné et les condensateurs
doivent avoir une capacité de stockage suffisamment grande.
De tels transformateurs sont très, très chers et très lourds.
La dissipation de chaleur doit être prise en charge (ventilation etc), car plus un transistor chauffe moins il
aura de rendement et puis à partir d’une certaine température, il
rendra l’âme de toute façon.
La
puissance en sortie d’ampli.
Tout à l’heure
je parlais de clip et de l’état de saturation du transistor. Il est
évident que le clip de l’ampli (la petite Led
qui indique qu’on atteint la puissance nominale) n’est pas le même
que celui qui désigne le clip du transistor et sa saturation
totale ! - Quoique certains fabricants de bas de gamme abusent
et annoncent des puissances fantaisistes qui correspondent bien aux
calculs théoriques mais qui ne seront jamais exploitables en réalité.
La limite de
puissance qu’un ampli peut délivrer, dépend en effet de beaucoup de
paramètres.
Globalement, on peut dire que la puissance nominale annoncée par un
fabricant honnête est la puissance que l’ampli peut produire en tout
quiétude et sur de longues périodes, avec un fonctionnement normal
dans la zone de « linéarité » du transistor et avec un taux
de distorsions harmoniques bien défini (et pas trop audible).
Cette valeur change évidemment sur un même ampli selon les paramètres
et règles qu’on y applique mais les grands fabricants (honnêtes) se
conforment généralement à quelques normes précises qui permettent de
comparer directement deux produits (on verra ces normes et mesures
dans un troisième article – celui-ci étant déjà trop long !!).
On peut dire que n’importe quel ampli est capable de sortir aisément
le double sinon le triple de sa puissance nominale, au moins
instantanément et pour de courtes périodes. Ceci est même nécessaire
pour le bon fonctionnement d’un ampli qui doit encaisser sans
hésitation de fortes modulations instantanées comme des transitoires
rapides et autres attaques d’enveloppe. Les transistors sont, dans ce
cas, dans leur phase de non-linéarité et
approchent la zone de saturation totale, le maximum absolu, que
l’alimentation de courant pourra délivrer.
Les amplis sont généralement protégés par des fusibles pour ne jamais
atteindre ce maximum, le fusible sautera avant, sinon on risque de
griller le transfo et une bonne poignée de composant avec sans parler
des HP.
On reviendra là-dessus dans le prochain article.
Puissance
et Consommation
Autre
point : un ampli de disons 1200 Watt ne consomme en réalité
seulement 800 Watt du secteur, disons 3,6 ampères (au lieu de 5,5 A
puisque : 1200/220=5,5). Mystère, me direz vous, car on a vu que
le rendement d’un ampli étant moindre, cela devrait être plutôt le
contraire ! Le mystère est vite résolu et la clé se nomme “crest-factor“ ou facteur crête.
Comme je l’ai dit plus haut, on fait varier l’intensité d’un bruit
rose pour s’approcher de la réalité. Dans la réalité on trouve
effectivement de grandes variation de
dynamique (les attaques d’enveloppes, tes transitoires etc) que l’ampli doit gérer. Or ces petites
crêtes ne durent généralement qu’une fraction de seconde (milli-seconde) et si l’alimentation est bien
calculée et construite, l’ampli encaissera ces crêtes-là sans tirer
sur le secteur mais en puisant dans sa réserve (condos etc), pourvu que ça ne dure pas. Pour les
mesures, on part généralement d’un facteur crête de 6 dB (ce qui
correspond à ce que reproduit un CD bien finalisé), mais en live on
atteint facilement les 10, 15 voire 20 dB. En cas extrême (20dB de
crête) cela voudrait dire que l’ampli de 1200 Watt ne délivre
seulement environ 12 Watt en moyenne , tout
en étant proche du clip. Même avec un facteur crête de seulement 6
dB, l’ampli de 1200 Watts ne délivre que 300 Watts en moyenne. Dans
ce cas, un ampli en Class A/B consommera environ 500 Watts (2,3 A) en
moyenne.
(retour-en haut)
L’ampli en mode Mono-Bridgé
Tous les
amplis stéréo peuvent être utilisé comme ampli mono avec les deux
modules d’amplification réunis, afin d’obtenir plus de puissance. Le
montage est simple et peut être fait même artisanalement. Mais
aujourd’hui, pratiquement tous les amplis proposent ce mode de
fonctionnement en standard.
Le montage/fonctionnement est très simple. Seulement l’entrée du
canal 1 et son potard de gain resteront fonctionnels. Le canal 1
fonctionne comme à son habitude, mais internement, le signal est
également routé sur le canal 2, mais cette fois-ci la phase du signal
est inversée (tournée de 180°). Ce deuxième canal amplifie donc
également la totalité du signal. En sortie ,
nous trouvons alors les deux signaux identiques et amplifiés mais
avec la phase tournée de 180° entre eux. En ignorant la référence 0
Volt (le “moins“ ou la borne noire de la sortie), et en récupérant le
signal amplifié (la tension) seulement entre le “plus“ (borne rouge)
du canal 1 et le “plus“ du canal 2, la tension alternative sera
double (à cause du déphasage 180°).
Pour comparer : C’est exactement la même chose en
courant secteur entre le 230 V ordinaire et le 380 V en tri.Dans le premier cas on a 230 Volt en
alternatif mono par rapport à une référence 0 Volt (le neutre) dans
le deuxième cas on a 3 phases portant chacune la même tension 230
Volt mais avec à chaque fois un déphasage de 120° et on trouve donc
380 Volte entre les phases mais toujours les 230 entre chaque phase
et le neutre. Dans notre cas d’ampli bridgé on se retrouve avec deux
phases mais à 180° l’une par rapport à l’autre.
Revenons sur
l’ampli de puissance. On a donc maintenant la tension doublée (et
donc un gain d’amplification augmenté de +6 dB). La puissance sera
alors quadruplée, puisqu’elle est proportionnelle au carré de la
tension (P=UxU/R). seul petit “hic“ :
l’ampli verra désormais la charge divisé par deux (car il ne la voit
plus en rapport avec le rail “moins“ de chaque alimentation). Une
charge de 8 Ohm paraîtra dans l’ampli comme du 4 Ohms et tirera
évidemment le courant (ampères) en conséquence. Pour cette raison, il
est vraiment,t très important de ne jamais
aller en dessous des charges admissibles, préconisé par le fabricant
(en générale donc la charge minimale de l’ampli stereo
multiplié par deux ! pour un fonctionnement en mono-bridge)
Attention :
dans tous les amplis de qualité le potard de gain sera
désactivé et le commun (le “moins“) des sorties sera linké. Si ce
n’est pas fait et que le potard de gain du canal deux reste actif (ce
qui est le cas pour certains vieux amplis pas chers), le son sera considérablement
altéré si jamais les deux gains ne sont pas réglés pareillement.
Je ferai prochainement un
petit schéma d'ampli , pour illustrer ce
mode de fonctionnement.
Références
Et voici
quelques appréciations sur les amplis à montage classiques (pour la
plupart des class A/B ou class H. (appréciations qui restent
personnelles tout de même – les goûts et les couleurs, n’est-ce pas…)
Crown est certainement un des leaders du marché ! Rares sont les
racks d’un prestataire où l’on ne trouve pas d’amplis Crown et il est
vrai que certains semblent tout bonnement immortels et ils sont
toujours en place après 30 ans de loyaux services pendant que tous
les autres ont cédé leur place à leurs jeunes frères. Notamment les
MA de Crown sont de vrais machines de guerre inépuisables et très
puissants. Le MA 5000 VZ et MA 3600 VZ sont excellents avec des
réserves d’énergie énormes pour pousser des caissons Sub. Seul inconvénient : ces bestioles-là
sont incroyablement lourdes et très bruyantes (curieux que Crown n’a
jamais envisagé d’y mettre des ventilateurs plus silencieux). Autre
chose : la consommation est énorme et l’on a tout intérêt à
avoir une alimentation électrique correcte. Surtout en allumant un
gros MA 5000 VZ, le chargement des condos vient parfois rapidement à
bout d’un disjoncteur thermique trop nerveux… ! Les séries dites
économiques comme les CE (fabriqué toute de même aux États Unis) ou
les XLS (fabriqué en Chine) ont déjà bien moins de succès et il faut
le dire aussi : moins de son.
QSC est également dans la place depuis longtemps. La réputation des
MX n’est plus à faire et des USA se trouvent un peu partout dans les
théâtres et music-hall du monde entier. Avec la série RMX (fabriqué
en Chine), QSC a sorti un vrai gros coup – des vedettes. Ces amplis
économiques au niveau du prix se distinguent quand même de leur
compagnon de gamme par une très bonne qualité, autant au niveau du
son que de la puissance. Ces amplis ont une super pêche, répondent
très bien dans le grave et sont très stables même sur des signaux
complexes et dynamiques. Quant aux RMX 4050 HD et RMX 5050 ils n’ont
pas à se cacher derrière les Crown, de vrais grosses bêtes de
puissance, très performants sur du Sub par
exemple (d’ailleurs au niveau poids, on se trouve aussi dans la
tranche des 30 à 40 kilos, de quoi se casser le reins)
Dans le bas et
le moyen de gamme, le choix est absolument incroyable aujourd’hui et
les produits chinois envahissent littéralement le marché. On a du mal
à s’y retrouver, d’autant plus que beaucoup de produits “différents“
sortent en fait des mêmes usines ou sont copiés sur le même modèle de
base et ne changent que de boîtier et de sérigraphie. Tous se
ressemblent autant pour le bon que pour le mauvais. Un avantage
indéniable est quand même une démocratisation des prix, ce qui permet
d’avoir des produits corrects pour pas trop cher. Personnellement, je
ne connais qu’une infime partie de ces produits, ce qui rendrait donc
un jugement sur un ou deux produits assez injustifiable. Les marques
installées depuis longtemps semblent toujours un bon choix : Phonic avec la série Max, Yamaha avec la série P
et surtout QSC avec la série RMX. Peavey et son sous-département
Crest avec les entrées de gamme PV et CPX me semblent moins
performants que les autres mentionnés juste avant.
Le haut de
gamme en amplificateur classique est en train de disparaître peu à
peu laissant sa place aux confrères à découpages, moins lourds, moins
gourmands en énergie et de plus en plus performants.
(retour-en haut)
Les
Amplis à découpage
Parlons
maintenant de ces amplis à découpage (faussement appelé amplis
numériques), qui nous font rêver par leurs performances et leur petit
poids en même temps.
Comme on l’a vu, le fait de redresser et de diminuer notre courant de
secteur avec un transformateur n’est pas une chose facile surtout à
cause de la fréquence très basse de notre courant alternatif et ça
nécessite des transformateurs assez chers et surtout très lourds.
Il est en effet beaucoup plus simple de redresser des courants aux
fréquences élevées et on peut utiliser dans ce cas des
transformateurs bien plus petits (=moins chers et beaucoup moins
lourds).
L’idée de base est très simple : on lisse et redresse le courant
primaire (essentiellement avec des condensateurs) pour obtenir des
courants continus et symétriques. Avec des transistors très rapides,
on découpe le courant en petits morceaux (d’où le terme :
alimentation à découpage ou “switching
power supply“ en anglais) en utilisant les
transistors en mode de commutation (comme des relais) pour obtenir
finalement un nouveau courant alternatif à fréquence très élevée, de
l’ordre de 50kHz à 100kHz c’est à dire : jusqu’à 2000 fois plus
haut.
Ce courant à haute fréquence passe maintenant dans un transfo et il
est ensuite à nouveau redressé et stabilisé en courant continu
(symétrique pour pouvoir alimenter les transistors de puissance).
Ceci est évidemment un procédé extrêmement complexe, mais procure
deux avantages très importants qui justifient largement cette
peine :
Premièrement
on devient quasi-indépendant des variations de la tension primaire.
En effet : tandis que la moindre variation de la tension
primaire se répercute dans la tension secondaire en sortie d’un
transformateur dans un montage classique (220 V/50 Hz),
l’alimentation à découpage encaisse d’énormes variations de la
tension primaire sans se répercuter sur la tension secondaire (en
sortie de transfo) grâce au double redressage et grâce aux
condensateurs à l’entrée en en sortie. Une petite alime
(pour un ordinateur, un périphérique ou un petit ampli) encaisse sans
problème des variations entre 100 et 250 Volts ; pour une grosse
alime d’amplificateur les marges sont évidemment
réduites mais elles encaissent sans problèmes des variations de 20% à
30%, disons entre 200 et 250 Volts, marge de tolérance qui serait
absolument inacceptable pour un ampli à alimentation classique. On
peut donc constater que l’amplification et donc la puissance sortante
est plus stable
Secundo, le
poids n’est plus le même ! Un ampli moyen classique pèse entre
15 et 40 kilos, un ampli à découpage généralement autour de 10 kilos
et cela indépendamment de sa puissance. On a poussé les performances
à fabriquer des amplis d’une Unité de hauteur (4,5cm) pesant moins de
10 kilos et délivrant quand même 10 kW (par exemple Powersoft, un fabricant italien)
(retour-en haut)
La
PMW
Sur le même
principe, les ingénieurs se sont dit qu’on pourrait utiliser cette
même idée de découpage à haute fréquence pour les étages de puissance
et leurs transistors.
En effet : au lieu d’utiliser le transistor en continu pour amplifier
une modulation en délivrant seulement une partie du potentiel et en
gaspillant quand même beaucoup d’énergie (généralement transformé en
chaleur), on pourrait découper la modulation en petits morceaux (à
haute fréquence, par le même procédé vu ci-dessus) et puis amplifier
ces petits morceaux par des transistors en mode commutation (donc
toujours à fond).
Ce même procédé est utilisé en éclairage où, au lieu de brûler une
partie du courant dans de gros dimmers
(résistances variables ou rhéostat), on utilise des Triaks, sorte d’interrupteur ultrarapide, qui
libère toujours la totalité de courant mais pour un temps court et
bien défini à une fréquence tellement élevée que notre œil ne voit
pas les changements d’état entre on et off. Résultat : on ne
brûle plus l’énergie non utilisée, on consomme donc moins et
l’équipement est moins lourd et moins encombrant.
Il n’y a théoriquement plus de gaspillage du tout car le transistor
ne connaîtra plus que ces deux états basiques : on (saturation)
et off (repos ou bloqué). On appelle cela la PWM ou Pulse Width Modulation (modulation par largeur
d’impulsion). L’état (l’amplitude) de la modulation est traduit par
la durée de l’impulsion on/off. Selon l’amplitude du signal à un
moment donnée l’impulsion “on“ sera plus ou moins longue.
Voici un petit
schéma pour illustrer :
Un autre
problème à résoudre c’est de traduire l’état de la polarité. En effet
on n’a que deux valeurs « on » et « off » et on
n’a pas de valeur pour distinguer le courant positif du courant
négatif. On doit donc implanter un circuit qui repère les changements
de polarité (passage par le 0 V) et qui envoie donc le signal
impulsif au transistor qui correspond à la polarité du signal
initial. Ce n’est pas une mince affaire et vous imaginez bien que le
timing doit être ultra précis . En cas
d’échec (ou d’erreur) on se trouve inévitablement avec un courant
continu à la charge en sortie d’ampli et c’est la mort du
transducteur mais aussi la mort de l’étage de puissance.
Ce qui nous
ramène à nouveau à nos classes de fonctionnement et notamment les
classes D et I, destinées à ce genre de fonctionnement (transistor en
commutation):
Les Class E et
Class F ne nous intéressent pas car elles ne sont pas utilisées pour
l’amplification Audio.
(retour-en haut)
Class
D
La classe D
est donc le fonctionnement des transistors de puissance en découpage
(ou commutation). Le signal audio est découpé à très haute fréquence
et chaque petit morceau est amplifié indépendamment, délivrant à
chaque fois la totalité du courant d’alimentation.(On
obtient donc deux états primitifs 1 et 0 à partir d’un signal en
courant alternatif modulé).
La conversion se fait comme décrit en haut par la duré des états
on/off correspondant à la tension de la modulation du signal.
La polarité du signal (positive ou négative) est détectée
parallèlement pour permettre d’obtenir ensuite la polarité
correspondant aux impulsions amplifiées (on n’a que 0 et 1 et non pas
–1, 0 et +1 comme impulsion). Le timing de cette détection (et
l’aiguillage qui en découle) est absolument primordial pour le bon
fonctionnement de l’ampli. La moindre erreur produit du courant
continu en sortie d’ampli aussi mortel pour le transducteur que pour
l’étage de puissance lui-même.
C’est donc évidemment très compliqué de récupérer un signal audio qui
soit cohérent et puissant en sortie d’ampli, et les sources d’erreurs
sont très nombreuses et énormes, mais la technologie avance à grands
pas et les amplis d’aujourd’hui sont de plus en plus performants et
précis avec de moins en moins d’erreurs. En Class D on atteint les
90% d’efficacité.
Class
I
C’est une
technologie développée par Crown qui se base et reprend le
fonctionnement en Class D, avec toute de même une différence
essentielle. Le changement de polarité n’est pas récupéré pour
aiguiller le signal sur le transistor correspondant positif ou
négatif. Mais la conversion (toujours en PWM) est effectuée
parallèlement en double et en symétrique, chaque convertisseur
s’occupant uniquement d’une partie de la polarité. Ceci évite tous
les problèmes d’aiguillage et de timing liés au Class D, mais
augmente considérablement les composants et les coûts du montage
symétrique (tout est en double !). En class I, on dépasse enfin
les 90% d’efficacité, ce qui veut dire que moins de 10% du courant
secteur est gaspillé ; on est ici très très
loin d’un Class A qui transforme jusqu’à 80% du courant tiré du
secteur en chaleur !
Class
T
La classe T
est développée par le fabricant Tripath en
s’appuyant sur la technologie du Class D, mais en y incluant
également une fréquence de découpage variable. Un circuit de
“feedback“ surveille le signal de sortie et communique directement
avec le circuit de découpage. La fréquence de découpage est alors
continuellement adaptée aux besoins du moment. Ainsi, il y a beaucoup
moins d’erreurs et surtout le haut du spectre est rendu beaucoup plus
fidèlement. Vous trouverez d’excellentes publications sur cette
nouvelle technologie sur le site de Tripath.
Dans
l'ensemble
Voilà en ce
qui concerne “grosso modo“ le fonctionnement des étages de puissance
à découpage. Je n’irai pas plus loin dans les explications car
j’ignore tout de la réelle problématique (et des solutions
appropriées) de tels montages.
Dans l’ensemble, il y a plusieurs points à observer pour ce genre
d’amplificateurs. La fréquence de découpage doit être suffisamment
élevé pour pouvoir correctement “saisir“ les hautes fréquences. Une
règle de base dit qu’elle doit être au moins deux fois la valeur de
la plus haute fréquence à saisir, donc au moins 40 kHz. En pratique
on utilise des fréquences bien plus élevées encore (autour des 200
kHz voir 300 kHz)
Pour éviter des parasitages et aliénages du
signal, on est obligé de mettre des filtres low-pass
en sortie, car l’ampli sera désormais capable de produire (je dirais
d’inventer) de très hautes fréquences inaudibles certes mais
absolument mortelles pour les transducteurs (HP, moteur d’aigu etc).
Généralement on place un low-pass autour
des 20 kHz pour réduire tout risque pour les transducteurs, mais ceci
se répercute sur le rendement des harmoniques et cela crée
inévitablement des distorsions harmoniques dans les hautes
fréquences. On dit qu’un ampli classique rend l’aigu plus
naturellement qu’un ampli à découpage.
Ce même raisonnement prédestine les amplis à découpage à l’usage des
caissons de basse, mais en pratique on se trouve face à un autre
phénomène : beaucoup d’amplis à découpage ont du mal à suivre
correctement les énormes demandes en courant d’un caisson Sub et surtout assez rapidement. Les transitoires
et attaques très rapides et gourmandes sont souvent “avalées“ et
lissées ce qui donne un son un peu mou.
On observe donc une certaine “paresse“ de ces amplis pour cette
tâche. Un ampli classique sera généralement plus nerveux plus rapide
et plus pêchu pour le rendement de graves
(surtout en dessous des 50 Hz) pourvu bien sûr qu’il soit de bonne
qualité ! La plupart des amplis classiques d’entrée de gamme ne
valent rien sur du Sub, à cause justement
d’une grande paresse dûe aux composants
trop sous-dimensionnés !!
Pour revenir
sur les amplis à découpage, il faut dire que dans le domaine du
rendement du grave et de la rapidité de réponse, beaucoup de progrès
ont étés fait également et des amplis comme les PL des QSC ou les Lab-Gruppen ou D&B répondent sans aucune
hésitation aux plus grandes exigences, même dans l’infra à 25 Hz.
Actuellement on trouve toute sorte de combinaisons de fonctionnement
des amplis à découpage :
·
L’ampli avec une alimentation
à découpage mais avec un étage de puissance en Class A/B (par exemple
les PLX1202 et 1602 de QSC, presque tous les amplis d’entrée de gamme
comme KME, Crown XS etc etc)
·
L’ampli avec une alimentation
à découpage mais avec un étage de puissance en Class H (par exemple
les PLX2402 et 3402 et tous les PL de QSC, les amplis puissants
moyens ou haut de gamme comme les Lab Gruppen etc)
·
Et finalement, l’ampli avec
une alimentation à découpage mais avec un étage de puissance en Class
D ou Class I . Ce
sont les plus performant (au niveau technologique, mais pas
forcément en terme de puissance) mais aussi les plus chers (par
exemple Crown série K ou I-Tech, Digam, certains Lab,
D&B, etc)
Voici quelques
appréciations (mais qui restent personnelles – les goûts et les
couleurs, n’est-ce pas…) sur certains de ces amplis à découpage.
Les amplis à découpage les plus accessibles et de bonne qualité quand
même sont sans doute les PLX de QSC. Par
expérience, je peux dire que les PLX ont un bon comportement dans le bas-médium, médium et haut-médium,
mais qu’ils ont un peu de mal avec les fréquences en dessous de 50 Hz
et que l’aigu manque un peu de finesse (ou de clarté). Ce dernier
point n’est pas bien grave – je dirais même au contraire– car il
s’agit d’un ampli à haute performance qui donne un rendu très musical
et très puissant, et non pas un ampli d’audiophile qui cherche à
reproduire les moindres détails jusqu’au limites extrêmes de l’audible.
Dans l’ensemble le rendu sonore est puissant et assez homogène avec
en même temps une consommation d’électricité raisonnable. Les PLX
sont de bons produits avec un très bon rapport qualité/prix pour ce
genre d’ampli à découpage.
Les séries PL par contre comblent largement ces petits défauts et on
retrouve la bonne pêche et la grosse puissance jusqu’aux extrêmes
fréquentiels hauts et bas. La différence de prix par rapport aux PLX
est donc vraiment justifiée dans ce sens.
Chez Lab-Gruppen (tout comme chez Crest
Pro), on trouve tout le savoir faire d’un grand constructeur
d’amplis. Ce sont des produits très haut de
gamme qui marient bien les nouvelles et anciennes technologies pour
donner le meilleur de chacun, notamment en ce qui concerne le rendu
du grave.
Crown est un peu partagé depuis quelques années. La série K était une
grande avancée technologique avec un poids et encombrement minimum et
malgré tout une bonne grosse puissance en
sortie d’ampli. C’est aussi un des rares modèles à haute puissance
qui n’est pas équipé de ventilation ce qui le rend très intéressant
pour les milieux ou le bruit de ventilation devient vite gênant. Mais
cet ampli n’a jamais eu de vrai succès (à part au début), ce qui est
dû aussi à certaines contraintes, un certain manque de pêche et
manque de rapidité, en pratique, malgré les spécifications techniques
époustouflantes. La série XS fabriqué en Chine s’adressait à des
consommateurs du moyen de gamme avec un prix très attractif, mais cet
ampli n’a jamais pu concurrencer les PLX de QSC qui ont leur place
bien méritée et bien ancrée dans cette gamme. La série I-Tch est évidemment du très très
bon mais se propose uniquement à des professionnel au bon budget
(comptez 5000 à 7500 euro la bête)
Le fabricant Powersoft avec ses amplis Digam
est depuis des années en tête de course en ce qui concerne le
développement et il pousse la technologie à son apogée, mais ces
amplis restent fragiles et peu aimés. Personnellement je les connais
très mal et je ne me permettrai donc pas de jugement.
D&B propose un nouveau concept de l’amplificateur processeur tout
en un. La nouvelle génération est l’ampli D12. On se retrouve donc
avec un outil bourré de DSP et de transistors capable d’amplifier un
signal audio et de le traiter en même temps selon les exigences
requises. Qu’il s’agisse de l’égalisation, du filtrage, de la
compression-/imitation ou encore d’un delay,
tout est traité dans la même boîte. De nombreux presets
permettent d’utiliser un seul ampli-processeur
sur toute la gamme des produits D&B .
En outre, ces amplis peuvent facilement être mis en réseau et piloté
par un ordinateur central par exemple et le firmware
intérieur (programme logiciel) peut être mis à jour à tout moment, ce
qui fait que cet outil sera aussi opérationnel dans le futur qu’aujourd’hui
pour s’adapter à de nouvelles avancées technologiques ou à de
nouveaux produits (enceintes etc)
J'aimerais
tout particulièrement remercier Fabio pour m'avoir aidé d'éviter de
grosses erreurs du point de vu d'un électronicen
et/ou de langage.
(retour-en haut)
© Ziggy - Septembre 2005
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