Amplificateur audio

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Un amplificateur de signal audio (« ampli ») est un dispositif chargé d'amplifier la composante variable d'un signal électrique. Un ampli a une limite d'entrée appelée « seuil de saturation ». Au delà de ce seuil, le signal de sortie ne pourra être amplifié davantage. A l'usage, le seuil de saturation est communément supérieur de 3dB au niveau « line » (parfois 5dB pour le matériel milieu/haut de gamme).

Un amplificateur audio est habituellement utilisé entre un dispositif de capture (microphone, instrument de musique) ou de stockage (magnétophone, lecteur CD, etc.) et un dispositif de restitution du son (haut-parleur)

Un amplificateur Hi-Fi à tubes.

Sommaire

1 Fonctionnement
- 1.1 Amplificateur standard stéréo
2 Classes d'ampli
3 Amplificateur pour guitare électrique
4 Références
5 Voir aussi
- 5.1 Liens internes
- 5.2 Liens externes

[modifier] Fonctionnement

Voir l’article Amplificateur électronique.

La plupart des amplificateurs fonctionnent « à gain fixe », c'est à dire que le rapport d'amplification entre le signal d'entrée et le signal de sortie est constant. Cela permet d'utiliser l'ampli à son rendement maximum. Le niveau du signal d'entrée doit alors être ajusté par un ou plusieurs étages pré amplificateurs, afin d'éviter la saturation de l'ampli. Ces étages ont un gain variable par potentiomètre, ils permettent d'ajuster le niveau du signal avant son amplification, donc le volume final. On peut trouver un réglage de gain séparé pour chaque canal d'amplification. Souvent, on verra une échelle abstraite de 0 à 10 (ou de -∞ à 0 qui indique l'atténuation en décibels du signal avant son amplification).

[modifier] Amplificateur standard stéréo

Un amplificateur électronique fonctionne toujours sur le même principe :

Une alimentation est chargée de fournir des tensions symétriques en courant continu ,
Ces courants sont modulés à l'image de l'entrée audio, par les pré amplificateurs éventuels et les étages de sorties,
Le signal amplifié est envoyé aux enceintes avec le maximum d'intensité.

[modifier] L'alimentation

L'alimentation d'un ampli a un seul et unique but : fournir des tensions stables sous des courant variant fortement. La valeur de cette tension dépend de la puissance maximale de l'amplificateur ainsi que l'impédance de l'enceinte (par exemple : des tensions symétriques de +-64V pour un ampli pouvant délivrer 500W sous 4Ω). Pour obtenir ces tensions, il est possible d'utiliser un transformateur de puissance torique qui convertit directement le 220V vers les tensions souhaitées (suivi d'un redressement et d'un filtrage) ou une alimentation à découpage. Les alimentations à découpages sont devenues moins chères que les alimentations à base de transformateur, mais elles génèrent des perturbations (parasites HF) qui dégradent le rendu sonore de l'amplificateur.

[modifier] La modulation

Concerne uniquement les amplis de « classe B »

Le signal d'entrée d'un ampli correspond à un son et est donc variable, alternativement positif et négatif.

La modulation se fait au moyen de deux transistors. Le premier va faire varier sa tension de sortie entre 0V et $V a l i m$ (tension maximale donnée par l'alimentation de l'ampli). Cette variation sera proportionnelle à la tension positive du signal d'entrée réalisant ainsi l'amplification. On réalise la même opération pour la partie négative du signal : le second transistor fournira une tension proportionnelle à la tension (négative) du signal d'entrée, entre 0 et $- V a l i m$ . On se retrouve donc avec deux transistors par canal d'amplification, soit quatre par ampli.

Le courant qui va traverser ces transistors peut être très élevé (plusieurs ampères), ces derniers vont donc beaucoup chauffer. C'est pourquoi on les place sur des radiateurs (dissipateurs thermiques), ces derniers étant souvent ventilés pour améliorer le refroidissement). Le transistor est le composant principal de l'ampli.

[modifier] Les branchements

La plupart des amplificateurs fonctionnent avec deux entrées symétriques mono et saturent entre 3 et 5dBV (en Jack 6.35 femelle ou en XLR femelle). Les sorties, assymétriques, sont de plusieurs types :

Comparaison des différents connecteurs de sortie
connecteur	avantage	inconvénient
Jack 6.35	- simplicité de la connexion	- permet le branchement par erreur d'un câble micro (dangereux) - Peut être retiré trop facilement (si on marche sur le fil) - Crée un court-circuit temporaire lors de la connexion
XLR mâle	- Simplicité de la connexion - Loquet de sécurité pour éviter un débranchement intempestif pas de court-circuit à la connexion - Robuste	Permet le branchement par erreur d'un câble micro (dangereux)
bornier	- Evite les erreurs avec les câbles micro - Généralement, système de fixation à vis pour éviter un débranchement intempestif	- Branchement complexe - Câble dénudé s'usant rapidement - Pas de sécurité au niveau du branchement (si les brins des fils se touchent)
Speakon femelle	- simplicité de la connexion - loquet de sécurité + 1/4 de tour pour éviter un débranchement intempestif - pas de court-circuit à la connexion - robuste - peut recevoir jusqu'à 4 fils (1+.1-.2+.2-)	- connecteur récent - problèmes de normes (1+/1- et 2+/2-) lors des connexions en mono

[modifier] Impédances

Comme nous l'avons vu précédemment, la sortie d'un ampli ne supporte pas les court-circuits : l'échauffement des transistors est proportionnel à l'intensité fournie aux haut-parleurs. Selon le principe U=R.I, si la « résistance » des haut-parleurs est trop faible, l'intensité va augmenter à des niveaux pouvant détruire les transistors de puissance. Les amplificateurs actuels fonctionnent généralement en 4, 8 ou 16 Ohms, ce qui correspond à la "impédance" minimale des Hauts Parleurs. Pour être plus précis, comme le son est un signal alternatif, on parle d'"impédance" pour désigner la "résistance" au courant électrique fourni par l'amplificateur. Elle ne provient pas uniquement de la résistance bobine du haut-parleur, mais aussi de la force électromagnétique développée par l'inductance de la bobine, qui s'oppose au passage du courant. Les impédances des haut-parleurs se comportent comme des résistances classiques au regard de leur association en série ou en parallèle. De ce fait :

2 haut-parleurs branchés en série doublent l'impédance : cela ne pose pas de problème à l'ampli qui chauffera moins, mais on perdra un peu en puissance.
2 haut-parleurs montés en parallèle feront chuter l'impédance de moitié : on gagnera en puissance mais l'ampli chauffera beaucoup plus, au risque de griller si cette impédance est plus faible que l'impédance minimale admise.

Rappel :

En série : $I = I 1 + I 2 + I 3$
En parallèle : ${1\over I} = {1\over I1} + {1\over I2} + {1\over I3}$

Remarque : Un ampli qui ne marche plus est dans 95% des cas un ampli qui a grillé, si c'est un bon ampli, ce sont les fusibles qui ont grillé, sinon ce sont les transistors qui ont grillé. Les fusibles, disponible dans le commerce, peuvent être facilement changés (l'ampli débranché, bien sûr !). Les transistors aussi, mais c'est un peu plus compliqué : il faut en acheter dans une boutique spécialisée (environ 1 à 2€ le transistor, souvent un équivalent, les modèles de transistors évoluant souvent) et les souder. Dans tous les cas même si un seul transistor à grillé, il est recommandé de changer les 4 transistors afin de garder un son équilibré.

[modifier] Classes d'ampli

Article détaillé : Classes d'amplificateurs.

Vue des zones ou le signal est utilisé pour les différentes classes d'amplificateurs.

Les circuits amplificateurs sont classés dans les catégories A, B, AB et C pour les amplificateurs analogiques, et D ou E pour les amplificateurs à découpage.

Classe A : il utilise 1 seul transistor (polarisé) pour amplifier le signal; il est très fidèle mais utilisé surtout dans le cas d'amplifications de faibles puissances, nécessitant de la précision (préamplis, lecteurs CD, etc.). Cet ampli a tendance à chauffer et consomme même lorsque son signal d'entrée est nul;

Classe B : il utilise 2 transistors en « push-pull » : l'un pour traiter l'alternance positive, l'autre l'alternance négative du signal. Il a l'avantage de beaucoup moins chauffer. Ces amplis ont l'avantage de très peu consommer lorsque le signal d'entrée est nul et l'inconvénient de distordre le signal à faible intensité;

Classe AB : il fonctionne comme un Classe A à faible puissance (augmentation du temps de conduction des transistors) et bascule sur le fonctionnement de Classe B à des puissances plus élevées, limitant ainsi les phénomènes de distortion;
Classe C : ils possèdent un « temps de conduction » inférieur à la demi-période du signal d’entrée. Le signal de sortie contient alors de nombreux harmoniques qui sont généralement filtrés par un circuit de charge très sélectif accordé à la fréquence centrale du signal à amplifier;

Classe D : Utilisé surtout lorsque les éléments actifs de puissance fonctionnent en régime bloqué ou saturé, son principe de fonctionnement est différent : les composants actifs de puissance génèrent un signal rectangulaire de fréquence élevée par rapport au signal d’entrée et dont le rapport cyclique est proportionnel au signal à amplifier (modulation de largeur d'impulsion). Un filtre passe-bas placé en sortie ou la simple inertie de la charge permet de ne conserver que les composantes spectrales correspondant aux basses fréquences du signal. En fait, l'ampli classe D fonctionne un peu comme un hacheur, en tout ou rien. La valeur de sortie possède donc soit la valeur maximum, soit 0V. La puissance moyenne représente le signal audio. Il suffit de mettre un filtre passif passe-bas pour enlever les hautes fréquences. Le problème est que la commutation, pour être inaudible, doit se faire au-dessus de 20kHz. L'ampli classe D est souvent utilisé pour les subwoofers car la bande passante est faible (120Hz maximum), il est petit et chauffe moins. En fait, l'efficacité de la classe D est supérieure à la classe A, B, et AB. La qualité peut-être excellente, mais cela implique une fréquence de commutation élevée et un très bon filtre. Du fait que le composant actif y fonctionne toujours soit à courant nul, soit à chute de tension minimale, son échaufement est très réduit, les pertes d'énergies étant reportées dans les connexions et dans les filtres, ainsi que son rendement important, la classe D est un candidat idéal pour les applications nomades, par exemple les autoradios utilisent généralement une topologie en classe D;

Classe G : c'est une variante de l'ampli de classe A : il a 2 alimentations, une avec une faible tension et un autre avec une plus forte tension. Lorsque les signaux sont de faibles amplitudes, l'ampli (de classe A) est connecté à la petite alimentation et lorsque le signal est fort, l'ampli est connecté à la grosse alimentation;

Classe H : cette classe décrit l'alimentation de l'ampli qui est à découpage et est donc associée à une autre classe (souvent A ou AB).

Classe T : C'est l'appelation commerciale d'une variante de la classe D standard fonctionnant à une fréquence de 650 kHz, avec un système de modulation propriétaire.

^[1] ^[2] ^[3].

[modifier] Amplificateur pour guitare électrique

Un ampli Marshall

Voir l’article Amplificateur pour guitare électrique.

L'ampli guitare est très utilisé car il permet non seulement d'amplifier le son d'une guitare électrique, mais aussi de le colorer, c'est à dire altérer précisément ses harmoniques. Cette altération est effecuée par :

la distortion (drive) : permet de saturer l'étage de préamplification
l'égalisation : généralement sur trois bandes : basses(150-200Hz)/mediums(1-1,2kHz)/aigus(4-5kHz).
le contour : filtre actif qui correspond généralement à augmenter les basses et les aigus tout en creusant les médiums, lorsqu'on le tourne à gauche. l'effet inverse se produit lorsqu'on le tourne à droite.
l'amplification : est effectuée soit par des transistors (coloration neutre voire froide), soit par des tubes (coloration chaude et plus musicale).
La réverbération : elle est souvent effectuée au moyen d'une "ligne à retard à ressort" et donne l'impression que l'on joue dans une pièce plus ou moins grande.
le volume/master : règle l'intensité du signal de sortie sans générer de saturation (contrairement au "drive").
Le Haut-parleur : Le haut-parleur participe à la coloration du son. C'est pourquoi, lorsque l'on sonorise une guitare, le signal ne provient pas de la sortie "line" de l'ampli. Le signal est repiqué au moyen d'un micro adapté, placé de différentes manières devant le haut-parleur, afin d'avoir le son recherché.