Les composants électroniques et leur musicalité

Technologie et électronique appliquée P1
Les composants électroniques et leur musicalité
La résistance
Symbole :
Unité : l’ohm
La résistance est source de bruit. Mais son bruit propre est relativement faible.
Plus la qualité baisse, plus le bruit propre augmente.
La tolérance qui est variable joue sur la musicalité de la résistance.
Tolérance 10% : bon pour l’audio
Tolérance 5 % 1 % ou même la valeur exacte souhaitée.
On trouve des résistances au Carbone ou à Couche métallique (moins de bruit).
Condensateur ou capacité
Symbole :
1 : Non polarisé (petite valeur)
2 / 3 : Polarisés (moyenne et grande valeur)
Unité : µF, nF, pF
Applications :
_Filtrage d’alimentation
Sans filtrage d’alimentation on aurait une ronflette à 50 Hz
_Découplage ou condensateur à capacité de liaison :
Le condensateur laisse passer les signaux périodiques et pas les signaux
continus.
Les condensateurs chimiques bas de gammes ont une qualité audio médiocre.
On peut supprimer ces capacités de liaisons en réinjectant une tension continue pour
supprimer la tension résiduelle. Cela s’appelle liaison ou couplage direct.
_ Temporisation
Technologie et électronique appliquée P2
_ Filtrage en fréquence :
Pour filtres d’enceintes ou équaliseurs
F = 1/ (2πRC)
Les fortes valeurs (4-7 µF)
La technologie utilisée est chimique et polarisée bonne qualité audio.
Les faibles valeurs
La technologie utilisée est le tantale…… qualité audio médiocre.
Self ou Inductance
Symbole :
Unité : Henry, mHenry
Fonction de filtrage en fréquence.
C’est cher .
Utilisation pour filtre passif et équalisation haut de gamme.
Diode
Symbole :
1 : Normal
2 Diode Eléctroluminescente (LED)
3 Diode Zener
Fonction : faire un sens unique.
Pour l’alimentation afin de redresser une tension alternative en tension
continue.
Les diodes Zener servent à fixer une tension de référence.
Transistor:
C’est un semi conducteur.
Symbole :
Il en existe deux sortes, le bipolaire et le
transistor à effet de champ.
Technologie et électronique appliquée P3
Fonctions :
_Commutation, fonctionnement tout ou rien
_Amplification
Caractéristiques :
_Tension acceptable Uce
_Gain : β, coefficient d’amplification.
_Puissance déterminée par le courant collecteur émetteur.
Faible puissance et basse tension
Ice = 100 mA
U ce = 20 à 50 V
Utilités :
_Montage audio de non puissance, préampli, traitement de la dynamique.
_Au niveau musicalité, la qualité en dépend.
Les effets de champ sont comme les tubes, il génère des harmoniques impairs
quand ils saturent. Ils sont donc meilleurs que les bipolaires.
Les bipolaires plus ils chauffent plus la resistance interne diminue donc
plus il chauffe…
Les effets de champs plus ils chauffent plus la resistance interne
augmente d’ou un refroidissement.
Classe A , pour tous les pré amplis et les équaliseurs
En classe A un seul transistor se charge d’amplifier l’intégralité du signal (tant
positif que négatif),.
Pour les classe A on peut avoir une bande passante plus élevée .
C1, C2 : condensateur de découplage d’ou : suppression de la composante
continue.
R1, R2 : pont de résistance de « polarisation » du transistor.
But : faire fonctionner le transistor dans la partie linéaire (droite de ses
caractéristiques).
R3, R4 C3, : conditionnent le gain du montage.
Classe B, montage puissance, ampli.
Deux transistors prennent le signal en charge un pour le positif et un pour le négatif.
Ce qui a pour inconvénient la génération d'une distorsion de recouvrement .
Technologie électronique appliquée P4
Pour augmenter en puissance
_Augmentation de +/- Vcc
P = U I, I constant à impédance de HP constante.
_Augmentation de la puissance admissible des transistors.
Soit changer le modèle, soit montage de plusieurs transistors en
parallèles.
Ampli OP (ALI)
C’est un circuit intégré, utilisant un montage d’une vingtaine de transistors.
C’est pour réaliser un ampli (pré ampli) idéal et facile à mettre en œuvre
La qualité sonore des AOP dépend
_Conception du montage
_Qualité des résistances utilisés dans le montage.
_Qualité de l’AOP
Ex : montage inverseur
Gain = - R2/ R1
opposition de phase g = V2 / V1
Technologie électronique appliquée P5
Ex : Désymétriseur
Il faut R1 = R2 et R3 = R4
Pour un gain de 1 R1 = R2 = R3 = R4
Gain = R3/ R1 = R4/ R2
Impédance d’entrée Ze = R1 donc à R2
R1 R2 R3 R4 sont à 1% de tolérance.
R3 résistance de contre réaction : réinjections d’un
pourcentage donné du signal de sortie en entrée.
R3 résistance de contre réaction, ré injection d’u
pourcentage donné du signal de sortie en entrée.
Les tubes
Tube de faible puissance
Pour la pré amplification
12AX7
12AT7
12AU7 (50V)
ECC83
ECC81
Il y a deux étages de pré amplification qu’on peut utiliser séparément.
Tube de moyenne puissance
Pour les amplis entre 10 et 30W
Tube de forte puissance :
EL34 (Marshall)
6L6 (Fender, Boogie)
Prix entre 100 et 200F
Avantages
_Rendu des transitoires (temps de montée très faible),
un des meilleurs. On mesure les transitoires en envoyant un signal carré
de basses fréquences.
_Systèmes hautes impédances :
D’où les capacités de liaisons indispensables et de faibles valeurs
(<1*F) on peut donc prendre des condensateurs non chimiques de
meilleurs qualités audio.
_Beaucoup moins de mouvement dans les fonctions que les semi conducteurs,
ça réduit le bruit de fond.
Technologie et électronique appliquée P6
_Nécessite des résistances de contre réactions beaucoup plus faible que las
AOP ou les transistors.
_Génération d’harmoniques impaires lors des saturations.
Inconvénients
_Mise en œuvre plus compliquée
Car présence de haute tension (150 à 250 V pour pré ampli et 300 à
400V pour la puissance).
_Préchauffage
On doit chauffer le tube avant usage
Tension de préchauffage : 6,3V
_Un peu délicat d’obtenir des bandes passantes très élevées.
Ex : Marshall 100W
En sortie des lampes on a 200V sur 0,5A
D’où une tension trop élevée pour être mise sur des jacks, plus
un problème d’impédance.
Le signal attaque donc un transfo d’un rapport de ¼, on a donc
50V en 2A. Il y a adaptation en impédance et en tension.
Rapport de transfo
m = U1/ n1 = U2/n2, n nombre de pistes
U1I1 = P1 = U2I2 = P2
Symbôle :
Le gain dépend de la lampe, de résistance anode et de la tension d’alim.
Technologie et électronique appliquée P7
L’alimentation
I Alim pour ampli de puissance
Détermination du transformateur :
_Tension primaire (220V pour les transfos d’alimentations)
_Tension secondaire, soit unique,1 ou double (symétrique),2.
_Puissance en Volt ampère
P = U.I
C’est 1,5 à 2 fois la puissance consommée
_Ex : ampli de puissance 2*100w→ transfo 500 VA
_Systèmes audio : alim symétrique
_Calcul de la puissance du transfo, fonction de l’intensité du secondaire.
Ex : 2*12 V en secondaire
Après redressement et filtrage
12*1,4V = 18V
L’idéal est de rajouter des
Condensateurs en en parallèles
après le premier.
Un de 100µF, 1µF, 100nF.
On peut ainsi couvrir tous les
pics de tension avec des
décharges +- rapides des
différents condensateurs.
Technologie et électronique appliquée P8
_Calcul du fusible avant le transfo
Par ex puissance secondaire 20W
I = P/U = 0,1 A, on prendra donc un fusible de 0,2 à 0,3 A
_Les régulateurs de tension
Non utilisés dans les amplis de puissance.
78 → tension régulée positif
79 → tension régulée négatif
1, masse ; 2 sortie ; 3,entrée
II Alim des amplis OP
L’alimentation des amplis Op est symétrique, souvent en +/- 18V
Technologie et électronique appliquée P9
Exemples de montage à ALI
I Entrée ligne asymétrique à gain variable
1er étage
Le condensateur du haut permet d’éviter que le montage oscille (250/300 kHz)
Gain =1
Impédance d’entrée 10k
BP dans le bas 5Hz
Fc = 1/ 2πRC → Cin = 1/2πR*5
Si on voulait supprimer les condensateurs de liaison pour avoir une meilleure
qualité sonore
2ème étage, à la suite du 1er
Technologie et électronique appliquée P10
II Montage comparatif
Pour la peak led d’une tranche
Situé après l’équaliseurs
III Baxandal, équaliseur simple grave et aigu, passif
TEA P11
Réglages sur les magnétophones multipistes
I L’azimutage
Matériel nécessaire
_1 bande test (6000 f H.T. en 24 pistes)
_1 oscilloscope ou un phase mètre
_1 Voltmètre
_La notice de maintenance
Procédure
Faire les connections suivantes
_Connecter la sortie de la piste 1 du magnétophone
à l’entrée verticale de l’oscilloscope
_ Connecter la sortie de la piste 24 sur l’entrée
horizontale.
Mettre le mag sur repro
Charger la bande test sur la fréquence 10 kHz
Ajuster la vis de réglage pour que le déphasage à 10 kHz < 90 °
Le voltmètre permet de vérifier qu’on a le niveau max en sortie.
1 →Piste 1 seule
2 →Piste 24 seule
3 →Niveau inégal entre les 2 pistes. Mesurer avec un voltmètre réglage du
niveau
4 →-30 ° environ hors phase
5 →90 ° hors phase
6 →180 ° hors phase
7 →0 ° hors phase
On règle l’azimutage de la tête repro en premier puis la tête synchro.
TEA P12
Etallonage en niveau en lecture
Outil nécessaire : la bande test et un tournevis de petite taille
On commence par la tête repro puis la tête synchro.
1er étape : étalonnage du niveau d’entrée
Générer 1 kHz au niveau de la table
Sur les VU de la table O Vu, soit +4dB en sortie (1,2V)
Penser à vérifier qu’on a 1,21V en sortie de la table.
Si nécessaire régler le Vumètre à 0 pour 1,21V
Jouer sur le réglage (input level) du magnéto pour avoir O Vu sur le magnéto
avec le magnéto sur entrée.
ème
2 étape
Mettre la bande test
Lire le 1kHz
Jouer sur le réglage Repro level pour avoir 0Vu sur le Vu
ème
3
étape
Régler le bouton repro high frequency (niveau du 10kHz) pour avoir O Vu
attention ça peut être à -3 ou -10 selon la bande (car à 10kHz diaphonie)
ème
4
étape : idem pour le 100Hz
Même procédure (pour la tête repro) mais pour l’autre vitesse
Même procédure pour la tête synchro.
Etallonage en niveau pour l’enregistrement
Réglage du BIAS (fréquence de pré magnétisation)
Bande vierge sur laquelle on enregistre du 10k
On tourne le bias level dans les sens inverse des aiguilles d’une montre jusqu’à
ce que l’aiguille chute, puis on retourne dans l’autre sens pour atteindre le
niveau max (juste avant que l’aiguille ne rechute), on note ce niveau puis on
retourne dans l’autre sens pour faire chuter de 2 dB
Etallonage en enregistrement
Bande vierge
En niveau
Enregistre du 1k
Mettre le mag en repro
Régler le record level pour avoir 0Vu sur le mag.
Enregistrer du 10k régler le record Hi level à -3 Vu le relire à -3Vu
Idem pour le 100 Hz à 0 Vu
Nettoyer les têtes et les démagnétiser
Les réglages mécaniques
Vitesse du moteur du cabestan
1ere possibilité bande test + fréquence mètre , mettre la bande test lire le 1k et si il y a
une différence réglage du capstan speed
2ème possibilité utilisation de l’effet stroboscope si le cabestan est gradué.
3ème possibilité, vérifier la fréquence de l’alternateur couplé au moteur au point test et
regarder la fréquence de la sinusoïde
TEA P13
Tension de bande
C : capteurs mécaniques liés à un potentiomètre, le déplacement de la
mécanique fait varier le potentiomètre.
Angle formé par les capteurs = tension délivrée par le potard.
La tension de bande est régie par :
_la position du capteur
_la tension électrique donnée au moteur
On se sert d’un dynamomètre , pour la bande deux pouces on doit obtenir 400g
Mettre en play.
Cacher la cellule.
Régler le moteur take up ou supply.
Vérification
début de la bande
enlever le galet presseur
la bande doit s’arrêter lentement.
idem au milieu de la bande
idem fin de bande.
Réglage des freins :
A : vis de réglage
Après stop on doit avoir deux trois tours de bobines avant l’arrêt.
Reverb à ressorts
Signal dérivé vers l’ampli de puissance.
TEA P14
L’équalisation
Principe de base: Eq paramétriques et semis paramétriques.
Pour le vrai paramétrique, seulement la fréquence pour le
semi paramétrique.
Curseur potentiomètre à gauche
signal d’entrée filtré et rajouté en phase à l’entrée.
en sortie = signal + signal filtré
On a donc un gain positif, et une augmentation des
niveaux des fréquences filtrées.
Curseur à fond à droite :
Signal de sortie (inversé) filtré et réinjecté en entrée.
On a donc un gain négatif.
Filtre passe bande :
Fréquence déterminée par R1 R2 C1 C2
En principe R1 = R2, potentiomètre double, on a le choix de la fréquence dans une
bande donnée, par ex : 500 à 5kHz.
Montage précédent + filtrage = semi paramétrique.
TEA P15
Complément sur les tables de mixages.
Bus routing :
Sur les grosses tables il n’ y a pas de sous groupes. Les bus routing en font office avec
plus de possibilités.
Def : ce sont des bus stéréos supplémentaires.
Minimum 12 paires, soit 24 bus.
L’entrée du bus routing, c’est le signal channel (tranche normale) après le fader et le
pan.
La sortie : direct patch (sans fader). Ils sont en général pré câblés vers les IN du
multipiste.
Principe du jack à coupure.
Si on enfonce un jack, mécaniquement on rompt les contacts.
Les différentes fonctions :
_Gestion des départs vers le MTX
_Création de groupes pour les premix suivant deux méthodes :
patché out routing x sur 1 tranche.
récupéré sur une tranche de même numéro le bus routing, pour cela il
faut mettre le bounce en ON.
Sortie directe:
Direct out :
soit après fader et avant le pan.
soit géré par un volume indépendant.
Monitor in line
Généralement on a des Small faders, pour le moniteur et des big faders pour le
channel. Si on utilise la fonction reverse on, on inverse les deux faders. L’EQ peut être
affecté soit monitoring, soit channel.
En mix : In line sur le monitoring in line, suivant le n° identique.
Monitor to mix : monitor sur le bus LR.
L’automation
Table analogique:
Sont automatisables :
big fader
mute
TEA P16
routing / départ aux (On ou Off)
Potar (Pan, Eq, Aux), on peut seulement mémorisée la solution dans le
logiciel.
« Recall manuel »
Moyen d’automatisation :
VCA
Flying fader : fader toujours à la position du volume.
on passe par un potar passif, donc une meilleure qualité sonore que le VCA.
Numérique ou analogique à commande numérique, ou logiciel.
Tout est automatisable.
Les faders sont motorisés.
L’automation par VCA
Record or write
Read
Flying fader
Il faut un double fader, un pour l’audio, un pour commander un
convertisseur analogique numérique (utile uniquement pour le Record).
A la lecture le soft va commander les mouvements du moteur,
directement en numérique ou par VCA.
TEA P17
Le Word Clock
Définition :
Signal carré à la fréquence d’échantillonnage, sert de référence temporelle pour les
systèmes numériques. Les convertisseurs AN / NA ont besoin du Word Clock pour
travailler et les calculateurs (soft : hard).
Fonction :
Synchronisation des horloges numériques des machines.
La fréquence d’échantillonnage est continu dans les signaux numériques de par le
codage.
Mais dans beaucoup de cas cela ne suffit pas.
Ex : le WC ne suffit pas :
Ordinateur à DAT, via SPDIF ou AES EBU.
Il n’y a pas de nécessité de WC, mais dans le logiciel il y a plusieurs
possibilités de synchro (interne, SPDIF / AES EBU, ADAT, ou WC ou Super
Clock).
Ex : Séquenceur audio numérique :
Midi ou Audio fonctionne sur l’horloge interne.
Synchro : séquenceur (sur midi ou audio) et machines à bandes (sur audio).
Il peut y avoir des décalages temporels, il faut donc une horloge et un logiciel
qui accepte cette horloge.
Quelques exemples de liaison simples :
DAT vers Interface audio :
SPDIF ou AES/EBU codage inclus dans la fréquence d’échantillonnage.
Ordi, menu sync en externe (Spdif ou Aes/ebu) ou en interne.
Carde audio I/O numérique:
Convertisseur série, parallèle
TEA P18
L’électronique numérique
Fonctionnement d’une mémoire (RAM)
Elle est caractérisée par :
_Taille des données : 4,8,16,32,64 bits.
Bus d’entrée /sortie du nombre de bits correspondants.
_Son bus d’adressage : conditionne la taille de la mémoire.
Ex : 32 bits 232 cases mémoires
Capacités 32 bits = 4 octets * 232
_Sa vitesse (temps d’accès) proche de quelques nS
ex : 4 bits d’adressages
1 octet taille des données, soit 8 bits de sortie.
Bascule D
La valeur binaire présente sur l’entrée D sera mémorisée sur la bascule donc présente
en sortie à chaque impulsion d’horloge.
CK
D
Ft Montant 1
Ft descent X
Q
1
Qn -1
Exemple d’application : un interrupteur à contact fugitif.
Q/
0
Qn/ -1
TEA P19
Registres à décalage :
But : conversion série parallèle, parallèle série.
A chaque top d’horloge le train binaire avance d’une case.
Ex : 1 Led clignotante commandée par l’interrupteur (fonction record /
play)
Attente record : clignotement
Record : allumée
Principe du microprocesseur
Le bus data est soit bidirectionnel (I/O) soit c’est une deuxième bus de
8 bits.
Fonction du bus d’adresse
Adressage des mémoires
RAM
ROM
Hard Disk
Périphériques d’entrées sorties
Interne : registres 32 ou 64 bits
Soft : jeux d’instructions (langage assembleur)
TEA P20
Les convertisseurs analogiques numériques
Introduction : la chaîne de conversion
Sample and Hold
A un instant t on 0,8V, le condensateur va garder cette tension un certain
temps, le temps pour que le convertisseur puisse la lire et la traduire.
Les différents types de convertisseur
Les convertisseurs à réseau R / 2R
Les interrupteurs sont commandés par les liaisons.
Vref
I=
1 1
1
R ( + +.....+ n )
2 4
2
Vs = Rs.I
TEA P21
Les convertisseurs dé compteurs
Convertisseur Analogique Numérique
Le signal d'horloge est envoyé au début de la mesure, lorsque Vout = tension à
mesurer, le compteur se bloque. E t on retrouve sur les sorties du compteur le
mot binaire correspondant à la tension mesurée. Quand la valeur en sortie du
réseau R/2R est égale à la valeur à convertir, le comparateur bascule et bloque
l'horloge.
Le convertisseur à rampe
Un modèle très utilisé.
Principe : un intégrateur génère une rampe, c'est à dire une tension variable de
0V à Vref . Un comparateur compare la tension de la rampe à la tension à
convertir. Quand la tension à convertir est égale à la tension de la rampe, le
comparateur bascule et arrête un compteur qui avait démarré au début de la
mesure. Le compteur donne le résultat de la mesure.
Autres types de convertisseur à rampe :
_ double ou triple rampe,
Une première rampe et un premier compteur pour dégrossir la mesure
(MSB)
Une deuxième rampe et un deuxième compteur pour affiner la mesure
(LSB)
TEA P22
Les convertisseurs flashs ou simultanés ou parallèles
Principe : un réseau de résistance monté en pont divise Vref selon le nombre de
bit de quantification. A chaque étage du pont est associé un comparateur
comparant Vin à la Vref divisé. En sortie des comparateurs, un décodeur
interprète leur tension de sortie et donne le nombre binaire correspondant.
Avantage : conversion quasi instantanée
Inconvénient : très cher, pour 8 bits 255 résistances et 255 comparateur
TEA P221
Les convertisseurs à suréchantillonage
Principe :
-Filtre antialisaing : le filtre analogique est à pente douce : -12 dB/octave.
-Fonction Sample and Hold : on sur échantillonne
-Filtre numérique : on sous échantillonne à 44.1 kHz
-Interpolation : à partir de la fréquence d'échantillonnage normale.
Avantages :
-Utlisation possible des filtres numériques qui sont moins chers et à pente
verticale.
Les convertisseurs ∆-Σ dits conversion 1 bit
Ces convertisseurs sont obligatoirement à suréchantillonage
Avantages
- Filtre numérique
- Prix grâce à la conversion 1 bit
- Grande marge de tolérance sur les valeurs des composants et pas de dérive
thermique des composants.
Inconvénients
- Enorme erreur de quantification, compensée par deux choses :
Mise en forme du bruit (noïse shaping)
Mémorisation de l'erreur (c'est ça le procédé ∆-Σ ) dans une boucle de
contre réaction, c'est le système des sommes des différences.
Principe
TEA P222
- Fonction de l'intégrateur : mémorisation et accumulation de l'erreur. A chaque
comparaison, le quantificateur associera au niveau d'entrée une tension de +/Vréférence (tension d'alimentation) quantificateur = comparateur
- L'erreur de conversion sera conservée en mémoire grâce à la contre réaction
et accumulée grâce à l'intégrateur.
- Le système va donc osciller entre +V et -V, avec une dérive (durée)
proportionnelle à la tension d'entrée. Au bout d'un temps t, l'erreur accumulée
sera égale à Vin. On aura 2 bits consécutifs à "1" puis retour à l'état initial.
- Grâce au suréchantillonage on a une valeur numérique proportionnelle à la
valeur analogique d'entrée.
Schéma électronique d'un CAN
Exemple : CNA Krystal CS4327, convertisseur stéréo, en CI 16 broches :
Pour le mono
TEA P23
Conception d'un typon
Amplificateur classe A
C1 = 100µF
Méthode de conception
-Matériel nécessaire
Plaque de cuivre photo-sensible
Révélateur
Perchlorure de cuivre
-Insolation
Eclairage par une source lumineuse importante
soit : 1halogène, ou 2néons ou 1 spot 100W
-Tout de suite on la plonge dans le révélateur (dans l'obscurité) durant 5 à 10'
-On rince à l'eau
-Plonger dans le perchlorure de cuivre, remuer de temps en temps.
-Quand les pistes sont bien dessinées la sortir et la rincer.
-Perçage ∅ 0,6 à 0,8mm.
TEA P 24
Conception d'enceinte deux voies actives
Cahier des charges
-2 vioies actives en bi-amp
-puissance 500W RMS
-Amplification : circuits intégrés
-Fréquences de coupures : 6kHz
-Double filtre actif à pente de 20dB/ octave ou passif à 12dB/ octave
-Loudness by passable +6dB à 75 Hz
-Puissance ampli
-Grave : mini = 50W opti = 100W
-Mid/Hi mini = 10W opti = 20W
-Alim symétrique
Pour une enciente : 100/120 VA et 2*40/50V
-La boite
Agglo de 16 ou 19mm
Tassot 30*30
Pour l'assemblage colla à bois + viss
TEA P25
L'amplification de puissance
Protections électroniques
Protection thermique
Capteur placé sur les radiateurs (ou sur les transistors) des transistors de
puissance.
Si la température est dépassée :
- Limitation du courant (l'ampli continue de fonctionner).
- Si persistance : coupure de l'alim. du HP
- Relais : alim. On / Off et HP On / Off
Système de limitation
Protection électronique
Mesure du courant de sortie et/ou du courant Collecteur → Emetteur
Détection de toutes surcharges en sortie (court circuit).
Temporisation à l'allumage
A la mise en tension, on a une crête au niveau des tensions d'alimentation. Les
HP seront connectés après la crête (relais de sortie).
Amplification Classe A
- Pas de disto de recouvrement
- Possibilité de bande passante élevée : 0 à 300 kHz
- Très faible rendement
- Tension d'alimentation présente sur la boite HP, même sans signal audio
- Seulement faible puissance 50W
- Haute tension jusqu'à 150 V et faible ampérage
- Perte puissance
alim. phantom pour mixette
Après oscillateur
1er étage push-pull vers ampli de puissance.
Après power amp
1 transfo (petit) de rapport de 4.