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Equipement audio : terminologie, schéma synoptique
samedi 12 mai 2012, par gerla

1- Terminologie (selon NFC 97-310)

Cette norme s’applique aux matériels du domaine semi-professionnel et grand public qui constituent la partie centrale d’un système électroacoustique. Ces matériels sont classés en :

-  préamplificateurs,
-  amplificateurs de puissance audiofréquences,
-  appareils combinés : amplificateurs de puissance audiofréquences avec préamplificateur incorporé. Plus généralement et en usage, les combinés incorporent d’autres fonctions (lecteur CD, récepteur de radio, ...)

En ce qui concerne la sécurité , les appareils électroniques et appareils associés à usage domestique ou à usage général analogue, reliés au réseau, sont régis par la norme NF C 92-130 et suivantes.

2- Fonctionnalités et éléments typiques

Typiquement, le combiné audio assure la reproduction d’un environnement sonore monophonique, stéréophonique (figure suivante) ou multicanal. Le contenu sonore dépend de la source qui peut être sélectionnée :

-   le syntoniseur (Tu, tuner) permet la réception (GO, FM, DAB, ...) d’émissions en provenance de chaînes de diffusions régionales et nationales (voir également le principe des récepteurs à transposition de fréquence ou super hétérodyne dans Techniques audiovisuelles et multimédias, tome 2 (3ed), Dunod, pages 133 et suivantes) ;
-   le lecteur CD audio (CD-DA, MP3) et, pour mémoire, le lecteur de cassette (voir également lecteur/graveur laser dans Techniques audiovisuelles et multimédias, tome 1 (3ed) pages 218 et suivantes) ;
-   l’entrée ligne “aux” (ou Line In) permet la connexion d’une source audio externe. La connexion est généralement effectuée à l’aide de prises CINCH (terme consacré par l’usage) de couleur blanche pour la voie gauche (left, L) et rouge pour la voie droite (right, R) ;
-   la platine phono TD (disque vinyle). Cet équipement est souvent abandonné au profit du lecteur CD / DVD. Les bons matériels ne sont pourtant pas dépourvus de qualités certaines reconnues par les audiophiles ;
-   une connexion RJ45 et un décodeur (non représentés sur le schéma suivant). Cet équipement permet d’écouter certaines émissions en différé à partir du site Internet du diffuseur (podcasting) .
-   une sortie ligne (Line Out) est souvent prévue. Cet équipement permet d’enregistrer (enregistreur à bande, à disque -CD / DVD- ou sur mémoire flash)la source qui est sélectionnée tout en écoutant le contenu sonore (faux monitoring). L’enregistrement peut être analogique ou numérique, les données étant ou non compressées.

Synoptique audio (JPG)

3- Préamplification

Le préamplificateur est un appareil électronique (ou une partie d’un combiné audio) destiné à amplifier ( réglage de volume , commande de gain) les signaux délivrés par les transducteurs (micro, ...) ou d’autres sources (lecteur CD, syntoniseur, ...) en corrigeant (quand cela est nécessaire) la caractéristique de transfert (variation de l’amplitude du signal de sortie en fonction de sa fréquence).

Globalement, les réglages de correction sont à effectuer en considérant la réponse globale de tous les éléments de la chaîne électroacoustique (de la source à la sortie acoustique des enceintes). La qualité de la reproduction sonore est limitée par l’élément de la chaîne audiofréquence le plus mauvais.

Les signaux amplifiés et corrigés sont ensuite appliqués aux bornes d’entrée d’un amplificateur de puissance.

Voir également Préamplificateur - amplificateur audiofréquence dans Techniques audiovisuelles et multimédias, tome 1 (3ed) pages 166 et suivantes)

La plage des correcteurs de tonalité : écart pour une fréquence déterminée entre les gains exprimés en décibels et correspondant respectivement aux positions extrêmes des correcteurs de tonalité.

La diaphonie représente le mélange entre voies. Les signaux propres à une voie, peuvent apparaître dans une autre voie. Le symbole (Ux)y signifie que la tension de sortie de la voie x est produite par un signal situé dans la voie y.

La séparation de voies (en dB) est donnée par la relation

(JPG)

dans laquelle (Ua)a est la tension nominale de sortie de la voie (a) et (Ua)b est la tension de sortie de la voie (a) produite par la tension nominale d’entrée appliquée à la voie (b).

La sensibilité maximale est la tension appliquée aux bornes d’entrée de l’appareil, pour laquelle on obtient la tension nominale de sortie aux bornes de l’impédance nominale de charge lorsque l’appareil fonctionne dans les conditions nominales à l’exception de la commande de gain qui est réglé pour le gain maximal.

Le volume permet de régler le niveau des signaux audio de sortie et par conséquent la puissance acoustique disponible en sortie des enceintes acoustiques. Sur les matériels équipés d’un potentiomètre de volume (composant électronique passif comportant une piste conductrice sur laquelle se déplace un curseur), ce potentiomètre est à variation logarithmique.

Le contour (loudness) : un “correcteur physiologique” permet de corriger la sensation acoustique perçue aux faibles puissances acoustiques et de relever le niveau des sons graves à faible puissance. Cette correction est automatique et est couplée avec le réglage de volume. Concrètement et sur les matériels équipés d’un potentiomètre de volume, une prise médiane est prévue sur ce type de potentiomètre afin de prélever la partie de signal correspondant au circuit de contour.

Voir également “Traiter le flux audio” dans Techniques audiovisuelles et multimédias, tome 1 (3ed) pages 170 et suivantes). Des schémas de principe d’un correcteur de tonalité (Baxandall) et d’un correcteur physiologique sont données page 171.

La balance permet d’équilibrer le niveau entre les différentes voies. Dans un équipement multicanal, il est également nécessaire de régler le retard des voies arrières par rapport aux voies frontales. Ce réglage dépend de la position de l’auditeur dans l’implantation de l’ensemble électroacoustique.

Le rapport nominal signal sur bruit (en dB) est le logarithme du rapport de la puissance nominale de sortie sur la somme des puissances de sortie dues au bruit mesurée en large bande.

Correction RIAA : lors de la fabrication du disque vinyle, l’amplitude de la gravure n’est pas proportionnelle à l’amplitude du son à enregistrer. En particulier, on limite l’excursion du burin graveur dans les fréquences graves alors qu’on augmente l’amplitude de la gravure correspondant aux sons aigus. La gravure répond à un standard d’origine américaine : le RIAA (Record Industry Association of America).

La courbe de correction à la lecture réalise la fonction réciproque de la courbe à la gravure et l’ensemble redonne une réponse linéaire quand la tête de lecture a une réponse linéaire en fonction de la fréquence.

4- Amplificateur de puissance

L’amplificateur de puissance audiofréquence est généralement conçu pour que sa courbe de réponse amplitude / fréquence soit plane . Il ne comporte pas en principe de commandes de tonalité mais il peut être muni d’une commande de gain.

La norme définit l’impédance nominale de charge, l’impédance de sortie, la tension nominale de sortie, la puissance nominale de sortie, la puissance de sortie pour un taux de distorsion harmonique totale spécifié. Voir également l’article "Combiné audio : la norme NF C 97-420" sur ce site.

La courbe de réponse amplitude / fréquence représente la variation en fonction de la fréquence, du rapport (en dB) de la tension de sortie sur la tension de source pour un appareil placé dans les conditions normales de fonctionnement

La puissance nominale de sortie est spécifiée par le constructeur, comme étant la puissance que l’appareil est susceptible de dissiper dans l’impédance nominale de charge, à une fréquence donnée ou dans une bande de fréquences donnée, sans dépasser un taux de distorsion harmonique total spécifié, pendant une durée spécifiée, l’amplificateur étant placé dans les conditions nominales. Elle doit être donnée par voie.

La distorsion harmonique totale est le rapport de la tension de sortie efficace de l’ensemble des harmoniques, à la tension efficace de sortie (harmoniques et fondamental), l’amplificateur étant réglé comme dans les conditions normales de fonctionnement.

Stabilité thermique : dans les amplificateurs utilisant des semi-conducteurs et dans des conditions thermiques défavorables,il est possible que le courant croisse jusqu’à destruction d’un ou plusieurs composants ou jusqu’à déclencher une mise en sécurité quand cela est correctement dimensionné. Ce phénomène est connu sous le nom d’instabilité thermique.

Voir également “Sécurité de fonctionnement” dans Techniques audiovisuelles et multimédias, tome 1 (3ed) pages 174 et 175. Un schéma est donné.

Le rendement  : compte tenu des puissances importantes qui sont mises en jeu dans les amplificateurs de puissance, le rendement doit être le plus important possible.

La classe d’amplification détermine la façon d’utiliser les composants électroniques de puissance (transistors bipolaires, FET, tubes à vide). Les classes d’amplification en usage vont de la classe A+, classe AB, classe D, le rendement étant globalement amélioré à chaque fois mais au détriment de distorsions.

Voir également les classes de fonctionnement des amplificateurs dans Techniques audiovisuelles et multimédias, tome 1 (3ed) pages 172, 173 et 174). Des schémas de principe d’étage amplificateur classe A, AB, H et D sont données pages 173 et 174.

5- Exemple de combiné audio

Le schéma suivant propose le schéma synoptique d’un combiné audio. Ce schéma est inspiré du MCD 908 de Philips (photo de présentation jointe). Une des principales particularités du combiné est d’être équipé d’un lecteur DVD, d’un préamplificateur à lampes (des tubes triode) et de liaisons Péritel (SCART) et HDMI pour s’insérer dans un système audiovisuel actuel.

Les quatre tubes triode permettent d’avoir une préamplification à faible distorsion tout en apportant une faible coloration du signal.

Outre l’agencement des éléments de la chaîne de transformation des flux audio (groupe III de l’analyse fonctionnel, en jaune sur le schéma), le schéma donne la structure des éléments d’alimentation en énergie (du groupe I de l’analyse fonctionnelle, en rouge sur le schéma). La distribution des alimentations est primordiale pour l’analyse de comportement (démarrage, veille, sortie de veille) et l’analyse de panne.

(JPG)

Les éléments de l’ergonomie (groupe II de l’analyse fonctionnelle, en vert sur le schéma) ne sont pas en reste. Outre la nécessaire compréhension de l’ensemble pour l’analyse de comportement, on note sur ce schéma la présence de l’interface de visualisation du type à tube triode à chauffage direct (tension alternative de 6,3 V alignée sur une composante continue).

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