Amplificateur audio

Un amplificateur Hi-Fi à tubes.

Un amplificateur audio est un amplificateur électronique conçu pour amplifier les signaux audio de faible puissance provenant d'un dispositif de capture (microphone, instrument de musique) ou de stockage (magnétophone, lecteur CD, etc.) afin de pouvoir alimenter une enceinte.

Fonctionnement

Vue de l'intérieur d'un amplificateur Hi-fi intégré

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. 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 réglable, 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).

Un amplificateur audio 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.

L’alimentation

L'alimentation d'un ampli a un seul et unique but : fournir des tensions stables sous des courants 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 qui convertit directement la tension secteur 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 parasites HF qui peuvent dégrader le rendu sonore de l'amplificateur.

Classes d'ampli

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

Les amplificateurs sont constitués de circuits amplificateurs, souvent nommés "étage d'amplification". Ces 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 : chaque transistor (ou tube) fonctionne 100% du temps et traite 100% du signal (conduction à 360°). L'absence de commutation entre les alternances positives et négatives (comme en classe B, voir ci-dessous) n'introduit pas, en régime linéaire, de distorsion harmonique dans le signal. Ce circuit est utilisé surtout dans le cas d'amplifications HIFI de faibles puissances car son rendement est faible. Les implémentations classe A de plus forte puisance utilisent un circuit de type « push-pull » asymétrique (La terminologie « push-push » n'est pas utilisée, mais décrit de façon plus fidèle le comportement des 2 transistors en classe A). On utilise rarement un étage classe A en dehors de la HIFI, du fait de son faible rendement (dissipation énergétique à signal d'entrée nul).

• Classe B : chaque transistor (ou tube) fonctionne 50% du temps et traite 50% du signal (conduction à 180°). Le circuit classe B utilise au minimum 2 transistors en « push-pull » symétrique : Un composant traite l'alternance positive, l'autre l'alternance négative du signal. Le rendement est meilleur qu'en classe A, néanmoins la non-linéarité du fonctionnement au passage de l'alternance positive vers l'alternance négative introduit une distorsion harmonique plus importante. La classe B présente 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 : 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.

• Classe C : possède 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. Ce type d'amplificateur n'est jamais utilisé en audio.

• 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 20 kHz. L'ampli classe D est souvent utilisé pour les subwoofers car la bande passante est faible (120 Hz 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 échauffement 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’appellation commerciale d'une variante de la classe D standard fonctionnant à une fréquence de 650 kHz, avec un système de modulation propriétaire.

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).

En entrée

Les entrées, symétriques ou asymétriques, sont de plusieurs types :

Comparaison des différents connecteurs d'entrées

Connecteur	Avantage	inconvénient
Jack 6.35	Simplicité de la connexion	Peut être retiré trop facilement Crée un court-circuit temporaire lors de la connexion Résistance mécanique médiocre, en particulier dans certaines marques
XLR femelle	Simplicité de la connexion Loquet de sécurité pour éviter un débranchement intempestif pas de court-circuit à la connexion Robuste	Généralement proposé sur le matériel pro et/ou haut de gamme uniquement
RCA cinch asymétrique	Très courant sur le matériel grand public Standardisé	Nécessite des câbles de qualité (moins tolérant que les liaisons symétriques) Aucune sécurisation contre l'arrachement Résistance mécanique mauvaise Connexion électrique présentant des pertes

En sortie

Les sorties, asymétriques, sont de plusieurs types :

Comparaison des différents connecteurs de sortie

connecteur	avantages	inconvénients
Jack 6.35	simplicité de la connexion Connectique très standard	permet le branchement par erreur d'un câble micro ou ligne Peut être retiré trop facilement Crée un court-circuit temporaire lors de la connexion Résistance électrique élevée provoquant des pertes en haute puissance
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
Bornier	Évite les erreurs avec les câbles micro Généralement, système de fixation à vis pour éviter un débranchement intempestif Peu coûteux et excellente continuité électrique	Branchement complexe et long 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 très robuste peut recevoir jusqu'à 4 fils (1+.1-.2+.2-) (utile pour la multi-amplification)	connecteur récent problèmes de normes (1+/1- et 2+/2-) lors des connexions en mono Prix élevé

Voir aussi

Liens internes

• Sonorisation
• Amplificateur électronique
• Amplificateur pour guitare électrique
• Préamplificateur

Liens externes

• Apprendre à utiliser son amplificateur pour guitare
• Eero Leinonen et Matti Ottala, « La distorsion dans les amplificateurs de puissance », sur pure-hifi.info, facsimile d'un article de la revue Audiophile n°4, avril 1978.

• Jacques Mahul, « Vibrations des cônes de haut-parleurs - investigations holographiques », sur pure-hifi.info, facsimile d'un article de la revue Audiophile n°7, novembre 1978.