De la puce à l'oreille

Bambi

C'est un amplificateur de tension -> tension. Ce qui signifie qu'une tension appliquée à son entrée sera reproduite à sa sortie, amplifiée par un facteur A dit d'amplification. Ce facteur représente le gain de l'amplificateur. Dans l'idéal, à tout instant, la tension de sortie est égale à A fois la tension appliquée à l'entrée.  

Il est dérivé du module ACT1.

Sa puissance est de l'ordre de 40w sur une charge résistive de 8 Ohms.

Sa structure interne est totalement symétrique. L'utilisation de l'AD844 d'Analog-Devices n'y est pas étranger.

Il a été à l'origine conçu pour servir des ensembles : moteurs à chambre de compression + pavillon, ce qui ne l'empêche pas d'être utilisable dans les autres registres de l'audio.

Sa bande passante est large, du continu à plus de 1 MHz. Rien n'exclut de placer en entrée un condensateur qui isolera des composantes continues du montage qui le précède, mais provoquera un effet passe haut. Un condensateur non polarisé de 10 à 47 µF, permettra une reproduction aisée des fréquences les plus basses du spectre audio.

le niveau de sa THD pour un signal d'entrée dont la fréquence est de 1kHz . Son niveau relatif le plus élevé reste inférieur à 130 dB. 

Le schéma :

Pour des charges inférieures (4 Ohms par exemple) il est conseillé de doubler l'étage de puissance.

Il n'est pas protégé contre les sur intensités. Son offset de sortie (simulé) est inférieur à 2 mV.

Afin de lui assurer une protection contre les surintensités, et quasi-annuler l'offset de sortie, je vous propose Bambi +. Il peut être utilisé en amplificateur traditionnel (Tension ->Tension) ou en ampli à transconductance (Tension -> Courant)

Tout comme son petit frère, sa charge nominale est de 8 Ohms. Une extension de l'étage de sortie peut lui permettre d'admettre une charge de 4 Ohms en doublant la puissance de sortie.

Un montage amplificateur, étant en fait un modulateur d'énergie, il faut veiller à ce que l'alimentation puisse fournir à la charge, la puissance nécessaire. Sans oublier, que le modulateur (l'ampli) en consomme une partie, visualisée par ce graphe :

Sur-calibrer (raisonnablement) une alimentation peut être un gage de bon fonctionnement.

À ce propos, il est possible d'estimer la puissance dissipée par l'étage de puissance et les températures du radiateur (Trad) et des jonctions des éléments de puissance (Tjtp et Tjtm), à partir de leurs résistances et capacités thermiques. La encore, la connaissance des analogies électriques, mécaniques, acoustiques, thermiques, ....,  sont utiles. Elles permettent de dresser un schéma équivalent purement électrique, ce qui facilite l'analyse du comportement du réseau considéré et de ses éléments.

Les capacités thermiques sont sous évaluées afin d'apprécier les températures durant un temps d'échauffement accéléré. La résistance thermique du radiateur est fixée à 1 °C/W. À noter que, dans cette simulation, chacune des températures relevées, est liée à la température ambiante, fixée à 25 °C.

Dans la pratique, les capacités thermiques sont difficiles à évaluer.

Panpan

Il est l'ami de Bambi.

Ce circuit simple est capable de produire une sinusoïde de 6,6v crête à partir d'un signal triangulaire de 10v d'amplitude. 

La superposition du signal obtenu (en rouge) à un signal de référence (en vert) de même fréquence et de même amplitude montre un recouvrement quasi parfait. En fait le taux de distorsion apprécié est de l'ordre de 0.3%. 

Des tests complémentaires ont montré que le circuit fonctionne parfaitement bien, des fréquences les plus basses, jusqu'à plus de 100kHz.

Il existe sur le marché des circuits intégrés, à moindre cout et moins encombrants que ce que je vous propose ici  et , qui assurent parfaitement cette fonction.

Ce circuit a pour  unique intérêt de montrer et donner la possibilité d'analyser, les circuits élémentaires (Log et Anti log) point par point et leur imbrication qui permet d'extraire la valeur efficace d'un signal .  Par nature chacun des convertisseurs est sensible à la température. Une bonne façon d'en limiter les effets est de coupler thermiquement les Bjt entre eux. C'est la raison d'être du MAT04.

Comme son nom l'indique, il permet de détecter l'enveloppe d'un signal musical. Il traite les signaux dont l'amplitude n'excède pas 10v crête et de fréquence max de 10kHz.

En exemple: enveloppe (tracé noir) d'un signal (en gris) à 1 kHz modulé par une dent de scie.

La ténacité de UltimateX86 présent sur le forum HCFR, m'a amené à m'impliquer dans l'étude d'un amplificateur de type Circlotron.  Nous sommes arrivé à un circuit simple.

Ses performances plus qu'honorables m'ont fait pousser l'étude plus loin. L'idée étant d'utiliser un amplificateur opérationnel pour améliorer, plus encore, ses performances.

La parfaite symétrie de fonctionnement , le grand gain en boucle ouverte de cet amplificateur, lui permet d'obtenir un taux de distorsion simulé particulièrement faible. Une construction soignée devrait la rendre difficilement mesurable.

Le schéma de simulation, de l'amplificateur conforme au fichier .CIR  pour MC12. Sa charge de 8 Ohms, peut être portée à 4 0hms sans dommage pour l'amplificateur.

En accompagnement, ci dessous, le fichier CirclOp.CIR de simulations suivi des schémas de l'amplificateur et du circuit de protection de la charge, reportés sur Eagle, et d'un tracé prototype du circuit imprimé.

Le schéma d'étude de l'asservissement en pression du JBL - 2226H

Il est basé sur les paramètres linéaires du HP et de sa boite. A travers le filtre d'entrée dont la pente est du second ordre, sa fréquence de coupure a été fixée à 22Hz.

Un schéma d'ampli, sur une base proche de L'ACT1 est utilisé

A noter que dans ce mode d'asservissement, les éléments de la boucle de rétro réaction, ou de correction, suivant le mode utilisé, tiennent compte, des paramètres mécaniques et acoustiques du HP, mais également celui de sa charge arrière. Ce qui a pour conséquence, un ajustement des valeurs lors de la réalisation.

La mise au point d'un tel circuit est plus chatouilleuse que celle d'un Cfbv. 

En cours de mise au point, pour bien interpréter les différences entre la courbe simulée et la réelle, une solution consiste à faire varier une à une les valeurs des composants de la boucle (TIV donc) simulée , en voir les effets et les rapprocher des variations de la réelle courbe de réponse.

Diagramme de Bode escompté:

Mouvements de la membrane:

Limites fréquentielles liées à celle de l'amplification

Ce document est réservé à ceux qui en ont un usage personnel. Il reste ma propriété intellectuelle. Il ne peut être exploité à des fins commerciales. Des dispositions ont été prises afin d'éviter les indélicatesses.

La simulation est effectué d'après les paramètres de Thiele et Small, sous influence d'un amplificateur de tensions ou de transconductance. Les deux sont calibrés afin de pouvoir comparer l'influence des deux sur la réponse de l'ensemble HP+enceinte.

Les volumes de boites pour une optimisation suivant les critères de Bessel et Butterworth apparaissent dans un encart en bas, à droite du schéma. Leur utilisation nécessite le report du volume choisi dans le paramètre Vb. Ces calculs ne sont valables que si l'amplificateur est de tensions. En effet en mode courant le Qt = Qms. Il en ressort que ce coefficient de qualité est supérieur à celui désiré pour l'enceinte, ce qui amène à un volume de boite ,calculé, négatif. Cela veut dire que ce mode n'autorise pas l'optimisation traditionnelle. Mais pas que l'enceinte est mauvaise. Pour être exploité, le mode "courant" doit être accompagné d'un correcteur type Cfbi par exemple.

Diagramme de Bode simulé  Les effets des résonances partielles ainsi que le rayonnement du dôme de protection ne sont pas pris en compte

Dans les mêmes conditions, les éléments du mouvement de la membrane

J'ai maintenu le mode Amplification à transconductance, afin, que sur les graphes du mouvement, dans ce mode, vous puissiez constater la constance de l'accélération, au delà de la fréquence de résonance du couple HP+enceinte. De même le rapprochement entre la courbe de réponse et l'accélération, montre que la réponse ne suit pas l'accélération dans la partie des hautes fréquences à reproduire.  En dehors des limitations technologique tels que la puissance admissible par le HP et la limite du swing de la tension de sortie de l'amplificateur, cela est du au fait, que l'impédance de rayonnement du HP n'est pas une masse pure, mais une impédance plus complexe. Celle (Zar) qui est présente sur le schéma de simulation est une réduction de l'impédance acoustique de rayonnement, au second ordre. 

Afin de connaitre l'influence du volume de la boite vis avis du volume d'air  que devra  brasser le HP, j'ai placé un second document qui permet une évaluation de la distorsion qu'occasionnent les variations du volume de charge, équivalent à celui de l'air brassé par le HP . La mise en équation du dispositif est présente. 

Graphe d'analyse, la fréquence du signal d'entrée est de 40Hz, 

En se référant au schéma, il est visible que les variations de volume provoquent une variation de pression dans la boite, de fréquence double de celle appliquée aux bornes d'entrées du HP. Cette particularité est valable quel que soit le mode. Son taux ne dépend que du déplacement de la membrane et est indépendant du mode (I ou V). Pour s'en convaincre, il suffit d'ajuster les déplacements afin qu'ils soient égaux quelque soit le mode d'attaque du couple HP+boite  

Tout a commencé à la lecture de l'article de Jacques Dewèvre sans la revue du son N°194-195 de Juin-Juillet 1969. 

Il m'a éclairé sur la perception de sons erratiques telle que peut être la musique.

Les courbes sont nettement plus douces que celles de Fechner et Munson qui intéressent des signaux permanents.

J'ai scanné les 4 pages que cela concerne. Ce n'est pas de grande qualité, mais si l'on en fait abstraction et que l'on relativise par rapport aux techniques de l'époque et celles d'aujourd'hui, l'essentiel apparait. Il s'agit de réaliser un groupe de correcteurs qui permet de conserver l'équilibre spectral en fonction du niveau d'écoute.

J'ai utilisé ce type de correcteur, à mon domicile, en sonorisation et pour étalonner des mixages de disques. Il représente à mes yeux un excellent complément à un système audio.

Son usage, m'a permis aussi de minimiser des corrections de voix et instruments lors de prises de sons et mixages.

Le Schéma pour simulation (Conforme au fichier  .CIR joint).

Afin de limiter le bruit, des réseaux de préaccentuations en entrée et de désaccentuation en sortie sont présents. Avec le même soucis d'obtenir un bruit inaudible, les corrections sont effectuées par réactions positives. Les valeur de R14, R18 et R22 sont à respecter au plus près.

L'efficacité du correcteur, par pas de 25% de la course des potentiomètres, et les variations de phase qu'il engendre

Le report du schéma sur Eagle

Et le tracé du module (mono) correspondant,

permettent d'envisager diverses utilisations. 

La plus simple étant celle d'un correcteur stéréo utilisant 3 potentiomètres doubles de 10k Ohms, à progression linéaire pour chacun d'eux, placés sur un master board doté de deux modules correcteurs enfichés sur des connecteurs de type HE10.

Une autre plus compliquée usant des "DigiPots" pilotés par un CPU type Arduino, et deux modules correcteurs, le tout assemblé sur un circuit imprimé ad hoc.  

Il a été développé pour obtenir un dosage du volume possible sur une large dynamique (>130dB), sans générer de distorsion et de bruits audibles. Il peut être amplificateur, mais surtout atténuateur.

Le schéma:

Le diagramme de Bode pour des tensions de commandes variant de -1v à 10v par pas de 1v . A la tension de -1v correspond un gain de 12dB

Sa pente de conversion en dB/V peut être modifiée. Il est contrôlé par une tension continue stable,. Il peut faire partie d'un groupe via une seconde tension de contrôle commune à un groupe de VCA's .  A l'addition des deux tensions, celle de la voie et celle du groupe,  correspond une sommation des effets en dB.

Il peut trouver sa place dans un compresseur , limiteur, expanseur, dé-esseur etc...   

Une autre version, toute aussi efficace, mais matériellement légèrement réduite.

Le schéma d'étude

Le diagramme de Bode

les THD et THDN :

Vous noterez que les THD et THDN, peu différentes de 0.01%, pour un affaiblissement de 120 dB ne sont pas significatifs. On peut convenir que pour des atténuations moins conséquentes, les taux de distorsion sont inférieurs ou égaux à 0.001%.

Le schéma reporté sur Eagle:

Le tracé du circuit imprimé s'y rapportant :

Le fichier Gerber est à la disposition de ceux qui en feront la demande.