Au fur et à mesure que nous avons tracé notre chemin sans fioritures à travers le monde de l’audio Hi-Fi, nous avons commencé par l’auditeur, compris les limites de l’oreille humaine, puis sommes passés au haut-parleur. Nous avons un peu appris sur les enceintes et leur conception, il est donc temps de s’aventurer plus loin dans la chaîne jusqu’à l’amplificateur qui alimente ces enceintes.

Les yeux perçants seront prêts à souligner que le long de ce chemin se trouvent également les câbles des haut-parleurs, mais puisque nous examinerons les interconnexions à une date ultérieure, nous ferons l’hypothèse douteuse et simpliste pour l’instant que les fils entre les haut-parleurs et l’amplificateur sont des conducteurs idéaux qui n’ont aucune incidence sur la qualité d’écoute. Nous examinerons les amplificateurs de manière suffisamment détaillée pour justifier plus d’un article sur le sujet. Aujourd’hui, nous commencerons donc par examiner de manière légèrement abstraite ce que fait un amplificateur et où il peut échouer dans sa tâche. Nous présenterons probablement la chose la plus importante à considérer dans tout système audio, à savoir la distorsion.

Le travail d’un amplificateur audio est de prendre un signal audio à son entrée et de présenter le même signal à sa sortie à une plus grande amplitude. Dans le cas d’un préamplificateur, il sera généralement conçu pour fonctionner avec des impédances élevées de l’ordre de 50 kΩ à la fois en entrée et en sortie, tandis que dans un amplificateur de puissance conçu pour piloter des haut-parleurs ou des écouteurs, il pilotera une impédance beaucoup plus faible. Ce sera généralement 4 ou 8 pour les haut-parleurs et 32 ​​pour les écouteurs.

Tous les amplificateurs sont (légèrement) cassés

Dans l’amplificateur idéal, ce qui apparaît à la sortie doit être une réplique tout à fait fidèle de ce qui est présenté à l’entrée. En réalité, ce dispositif parfaitement linéaire n’existe pas, à cause des défauts des composants électroniques. Bien que nous puissions fabriquer des amplificateurs incroyablement bons, il y aura toujours une légère différence entre les signaux de sortie et d’entrée au-delà de leur amplitude.

Mon flowgraph d'analyseur THD+N monofréquence dans GNU Radio
Mesurer le THD+N monofréquence via un graphe de flux dans GNU Radio

Si nous devions imaginer un instant un amplificateur extrêmement non linéaire qui, alimenté par une onde sinusoïdale pure renvoyait une onde carrée à sa sortie, la plupart d’entre nous sont probablement conscients que l’onde carrée serait la somme de cette onde sinusoïdale d’origine et une série de ses multiples, ou harmoniques. Tout amplificateur audio que nous sommes susceptibles de rencontrer sera bien plus proche d’un amplificateur linéaire parfait que cela, mais même la plus petite non-linéarité entraînera des niveaux harmoniques détectables sur la sortie.

Ce sont ces harmoniques générées dans l’amplificateur qui sont appelées distorsion harmonique, et elles sont mesurées en introduisant une onde sinusoïdale pure dans l’appareil et en mesurant le rapport des fréquences fondamentales aux harmoniques de la sortie (notre poisson d’avril 2020 s’est peut-être moqué sur des câbles haut de gamme, mais incluait une méthode pour le faire avec GNU Radio.) Ceci est exprimé en tant que distorsion harmonique totale, généralement en pourcentage de la sortie composée d’harmoniques. Un amplificateur Hi-Fi de bonne qualité aura généralement un %THD de l’ordre d’une fraction de pour cent. Le THD est mesuré à une fréquence unique à un moment donné et le chiffre cité est généralement à 1 kHz, mais cela vaut la peine de considérer les effets sur plusieurs fréquences. Il est habituel pour un amplificateur d’avoir un THD légèrement pire à des fréquences plus élevées, par exemple.

Le transformateur d'alimentation et les condensateurs à l'avant de cet amplificateur sont les plus gros de ses composants.  Christian Herzog, CC BY 2.0.
Le transformateur d’alimentation et les condensateurs à l’avant de cet amplificateur sont les plus gros de ses composants. Christian Herzog, CC BY 2.0.

Quand nous pensons à la distorsion, c’est la distorsion harmonique qui vient à l’esprit, mais le THD n’est pas le seul type de défaut d’amplificateur qui peut faire une différence dans la sortie. Par exemple, si vous déconstruisez la tâche accomplie par un amplificateur de puissance audio, d’un point de vue, il amplifie l’entrée pour piloter les haut-parleurs, mais d’un autre, il forme le pont entre son alimentation et via les câbles de haut-parleur, ces haut-parleurs.

En termes simples, sa tâche consiste à transformer le courant continu haute puissance de l’alimentation en courant alternatif haute puissance pour les haut-parleurs. Ainsi, l’amplificateur n’est qu’une partie du circuit, et les haut-parleurs, l’amplificateur et l’alimentation doivent être adaptés dans leurs capacités et à la hauteur de la tâche à accomplir.

Si vous ouvrez un amplificateur Hi-Fi linéaire haut de gamme, vous constaterez que son boîtier est principalement rempli de composants d’alimentation ; un très gros transformateur secteur et un bloc de condensateurs de lissage. Cela est dû au fait que l’alimentation est conçue pour pouvoir supporter des charges instantanées beaucoup plus élevées que sa charge constante normale, afin de gérer correctement les pics dans le flux audio tels que les battements de batterie. Le point d’explorer cette avenue est de comprendre que la distorsion d’un amplificateur dépend non seulement de l’amplificateur lui-même mais aussi de la qualité des composants qui l’entourent, en ce sens qu’un amplificateur apparemment sans distorsion peut encore présenter une distorsion parfois s’il est associé à une alimentation électrique inadéquate.

Un autre exemple de distorsion provenant d’une source inattendue pourrait être trouvé dans l’ampli à lampes stéréo qui était ma folie de jeunesse. Il souffrait d’une réponse de phase épouvantable qui donnait un son spectaculairement laineux, mais il avait toujours une réponse en fréquence assez décente et un THD qui l’auraient autrement qualifié de bon amplificateur. Heureusement, il est peu probable que cela vous dérange dans un amplificateur raisonnable, mais nous espérons avoir montré qu’il existe de nombreuses sources potentielles de distorsion dans la conception d’un amplificateur au-delà d’une simple mesure THD du bloc amplificateur lui-même.

Il n'y a pas de surprises parmi les pièces.
Ce kit audio chinois à 10 £ est-il meilleur que n’importe quel ampli à transistor simplement parce qu’il a quelques tubes ? Nous ne le pensons pas.

Il y a un autre moment où vous entendrez la distorsion mentionnée dans la discussion sur la Hi-Fi qui mérite d’être explorée ici, et c’est de manière inattendue sous un jour positif même si c’est dans un contexte très subjectif.

C’est une chose de longue date dans les cercles audiophiles de savoir si un amplificateur à lampes est meilleur qu’un transistor, et l’un des arguments mobilisés pour la défense de l’amplificateur à lampes est que derrière le fameux « son à lampes » se trouve que les tubes produisent distorsion harmonique plus uniforme tandis que les transistors produisent plus d’harmoniques impaires.

C’est l’une de ces choses qui a presque certainement plus à voir avec la légende que la réalité, et provient probablement de l’époque où la Hi-Fi à transistors en était à ses balbutiements et où les amplificateurs à tubes étaient une technologie mature. De nombreux amplificateurs à transistors des années 1960 présentaient des défauts notables, et il est possible qu’une partie de leur héritage se soit effacée au fil des décennies. Il est cependant prudent de dire que l’art de fabriquer un très bon amplificateur à transistors a été percé il y a très longtemps, et à part le droit de se vanter, il devrait y avoir peu de raisons de privilégier l’un par rapport à l’autre de qualité équivalente en 2021.

Ne faites confiance qu’à vos instruments

Dans le paragraphe précédent, nous nous rapprochons de la motivation initiale de cette série et de la conclusion de notre aperçu de la distorsion. Dire qu’un bon ampli à lampes ne vaut pas mieux qu’un bon ampli à transistors fera sans doute que certains audiophiles s’exclameront avec incrédulité que je n’ai clairement aucune idée de ce dont je parle et la différence est flagrante à l’écoute, ce que je voudrais leur rappeler du premier article de cette série sur l’oreille humaine. Étant donné le choix entre une évaluation subjective à partir d’une oreille humaine et une mesure reproductible à partir d’un instrument calibré, la seule information fiable provient de l’instrument. Une caractéristique de l’écriture audiophile est souvent les affirmations absurdes sur les composants audio, donc cette série présente une introduction à l’audio basée sur une véritable ingénierie. Ainsi, toute discussion sur la distorsion devrait se terminer par ceci : ne prêtez attention qu’aux lectures vérifiables provenant d’instruments dignes de confiance.

Nous reviendrons sur le sujet de la distorsion dans un prochain article lorsque nous examinerons plus en détail sa mesure. En attendant, nous reviendrons dans le prochain article de la série pour examiner plus en détail les amplificateurs eux-mêmes. Nous couvrirons leurs différents types, ainsi que leurs mérites et inconvénients relatifs.