Amplification audiophile et DIY
Théorie
Elle est facilitée par la décomposition sinusoïdale des signaux suivant la fréquence et l'amplitude du fondamental et de chaque harmonique, une pulsation nulle équivaut alors au régime statique.
Analyse des systèmes :
- Asservissement en tension :
Pour s'affranchir des imperfections inhérentes au système, on corrige l'erreur en sortie après comparaison avec l'entrée. Avec un pont résistif de contre réaction divisant par 1/B, A.B est le gain en boucle ouverte et A/(1+A.B) est le gain en boucle fermée. La correction est proportionnelle à AB (Re.AB, Rs/AB, etc.).
- Fonction de transfert :
Tout système connaît une limitation en vitesse traduite pour A par l'expression complexe Ao/(1+jf/fc), avec Ao le gain statique et fc la fréquence de coupure à -3dB. Dans cette simulation LTspice, j.2.π.f s'écrit s et 2.π.fc est remplacé par ωc. Le lieu de Bode est le graphe du gain et de la phase. En boucle fermée, il faut un unique pôle tant que le gain n'est pas passé par 0dB (x1), sous peine d'instabilité.
Le fonctionnement en boucle ouverte doit être linéaire et apériodique sur toute la bande audio, on évite ainsi la saturation sur transitoires rapides de certains étages. La contre réaction globale alors faible ne sert qu'à stabiliser les performances. Pour cela chaque transistor d'amplification en tension est associé à une résistance de contre réaction locale.
- La part mathématique :
Les nombres complexes permettent une mise en équation des systèmes électriques traitant des signaux décomposables en grandeurs sinusoïdales. Ils permettent à partir d'une loi d'ohm ou d'une fonction de transfert, de tirer argument (phase) et module (amplitude).
- Pour rappel :
- En application à un filtre passe-bas du premier ordre (fc = 1000Hz):
- Page justifiant l'opérateur "j" dans la mise en équation de nos circuits : Loi d'ohm et nombres complexes.
Puissances en jeu :
Facteurs d'imperfection :
- Distorsion harmonique :
La non linéarité de la loi I=f(u) ou transconductance des semi-conducteurs fait que le traitement d'un signal dit fondamental donne naissance à des signaux déformants dits harmoniques. L'écran ci-après (3561 Hewlett Packard) analyse la sortie d'un Zenquito évolution 40W classe AB à 12,5W (10²/8) sur charge résistive, source sinus à 1kHz pur.
- Dégradé harmonique en haut ou analyse spectrale, sur 80 dB (0,01% à 100% ; 1mV à 10V), du fondamental (1kHz) au sixième harmonique (6kHz). Seule l'harmonique 2 (2kHz) apparaît à -70dB (0,03% ; 10mV).
- Représentation temporelle en bas avec une tension crête à 14,1V (10Vx1,41) : (écran à 125mW) ; (écran à 1,25W) ; (écran à 25W)
- Distorsions transitoires :
- Distorsion mémoire :
L'absorption diélectrique des condensateurs, des circuits impimés et des câbles, crée un effet mémoire que seul un banc de mesure très performant met en
évidence. L'écoute musicale en est cependant facilement entâchée. Voir le papier de Ken Kundert, Modeling Dielectric Absorption in Capacitors :
- Distorsion thermique :
L'équation I=f(u) des transistors intègre la température de la jonction. Celle-ci est modulée par l'enveloppe du signal traité, l'inertie thermique du boîtier donne lieu à une récurrence qui se répercute sur le fonctionnement. Voir le site Memory Distortion :
- Distorsion d'intermodulation transitoire :
Sur un système bouclé, une variation rapide de forte amplitude peut saturer un étage au temps de montée trop lent, quand Ipol/Cbc est inférieur au dv/dt du signal.
Matti Otala a écrit plusieurs articles à ce sujet au journal de l'Audio Engineering Society.
Voir également les articles "An Overview of Slewing Induced Distortion and Transient Inter Modulation" co-écrits par Walter G. Jung, Mark L. Stephens et Craig C. Todd dans la revue "The Audio Amateur" (1979) ;
Part 1 ;
Part 2 ;
Part 3 :
Ressources:
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