UN ENSEMBLE DE PRISE DE SON
Amplificateur de ligne et unité de compression
Projet publié dans la revue LED n°190 de septembre 2005 sous le titre: "Un Ensemble de Prise de Son - Amplificateur de Ligne et Compresseur"
Cette étude décrit deux réalisations: un préamplificateur pour microphone à deux canaux
couplé à un amplificateur de ligne.
Cet ensemble affiche des spécifications dignes des meilleurs appareils professionnels.
Sensibilité des entrées balancées: 150 µV pour une tension de 1 Vac sur les sorties de ligne balancées de 600 Ω. La distorsion harmonique totale de l’ensemble est inférieure à 0,1%.
Sont prévues entre autres les fonctions habituelles d’inversion de signal et de filtre pour la parole. L’amplificateur de ligne comprend également une unité de compression à seuil réglable. Les deux unités ont été montées dans deux boîtiers séparés pour pouvoir être utilisées indépendamment.
Nous étudierons à présent l’amplificateur de ligne - compresseur.
La prise de son en temps réel nous réserve bien des surprises.
Une simple maladresse d’un orateur et notre installation subit une pointe de 10db ( soit 10 x en puissance ! ) entraînant l’irrémédiable saturation de l’installation.
Le rôle du compresseur est de restituer le signal de manière transparente jusqu’à un certain niveau préalablement fixé et de le limiter progressivement au delà de ce niveau (figure 1).
La compression est à utiliser avec discernement. Il serait regrettable d’entendre un concert classique dans lequel les ‘’piano’’ et les ‘’forte’’ sont rendus sans la dynamique imposée par la partition. Par contre en musique de fond, ou pour sonoriser un lieu de passage, cette dynamique présente des écarts inacceptables au confort de l’auditeur ‘’distrait’’, et se doit d’être compressée.
Trois caractéristiques sont fondamentales : Le seuil de compression, le taux de compression et le temps de déclenchement / relâchement.
Le seuil de compression fixe le niveau d’entrée à partir duquel la compression commence.
Le taux de compression est le rapport de la variation du signal entrant / sortant en phase de compression.
Le temps de déclenchement / relâchement est le délai de recouvrement du signal suite à une variation du niveau d’entrée.
Il est évident que malgré ce traitement, le contenu spectral du signal restitué ne peut être altéré. Seule la dynamique est altérée au dessus d’un niveau fixé. La DHT ne peut souffrir de la compression. Ceci proscrit les amplificateurs logarithmiques utilisées en radiocommunication.
Certaines réalisations permettent le réglage séparé des trois caractéristiques.
Nous avons opté pour la simplicité et seul le seuil de compression est réglable.
Le taux de compression en phase de compression est de 4 à 1 : un échelon de 1 dB en entrée restitue un échelon de 0,25 dB en sortie. Ceci rend encore un peu de dynamique, contrairement aux compresseurs qui limitent drastiquement le signal.
Le temps de déclenchement (T0 à Td), aussi appelé ‘’Attack time’’ est de 20 mSec.
Le temps de relâchement (T1 à Tr) ‘’Recovery time’’ est de 300 mSec (figure 2).
Pour notre réalisation, le système de compression retenu utilise une photocellule placée dans le circuit de rétroaction (figure 3). Le principe est simple : une portion du signal AC de sortie pilote l’ampoule LP1 placée en face de la photo-résistance Ph1. Si le signal est supérieur à la consigne, l’ampoule s’illumine et réduit la résistance de la photo-résistance réduisant ainsi le gain de l’étage d’amplification.
A l’utilisation, ce compresseur se révèle facile d’emploi, fiable tout en rendant un service de qualité.
L’AMPLIFICATEUR DE LIGNE
Circuit Amplificateur de ligne
Schéma de l’amplificateur de ligne
L’amplificateur de ligne comprend un seul étage composé d’une ECC81 (V1) montée en SRPP suivie par une ECC99 (½ V3) montée en cathode suiveuse. Par défaut (sans compression), le gain maximal de l’étage est fixé à 12 dB (A=4) par l’ajustable P1 qui dose le circuit de contre-réaction. Le signal de 4Vac issu de la cathode de V3 est appliqué à très basse impédance au primaire du transformateur de sortie ‘’ligne’’. L’impédance de la ECC99 en cathode suiveuse sous 10 mA est de l’ordre de 100 Ω, mais cette impédance est encore réduite par le fort taux de contre-réaction, et vaut ici seulement 28 Ω. Le rapport de réduction du transformateur est de 2 à 1. Le signal de 4 Vac appliqué au primaire fait 2 Vac au secondaire sous une impédance quasi nulle. Les résistances R31 et R33 réalisent l’impédance de sortie de 600 Ω. Le transformateur de sortie est fabriqué par Lundahl et porte la référence LL1517 (photo 8).
Le gain total est de 0 dB : 1 Vac appliqué à l ‘entrée est restitué en sortie sous une impédance de 600 Ω, symétrique et isolée. La contre-réaction a l’avantage de linéariser la bande passante de 15 Hz à 90 kHz à -1dB et de réduire drastiquement la DHT (typ: 0,03% à 1 kHz).
La compression
La compression du gain est réalisée par la photo-résistance (Ph1) placée en parallèle avec P1. Sa résistance varie de quelques centaines d’Ohm à pleine illumination pour une compression maximale, à plusieurs MΩ dans le noir. La cellule choisie est une VT400 de Vactec, disponible chez Radiospares sous la référence 234-1050. Cette photo-résistance a été choisie pour ses caractéristiques de rapidité : Temps de descente = 18 mSec, Temps de montée (relâche) 90 mSec. Ce sont principalement ces caractéristiques associées dans une moindre mesure à celles de l’ampoule qui réalisent le graphe repris en figure 2 et les spécification finales. Le gain total de l’ampli de ligne peut ainsi varier entre 0 dB et ‘’- 40 dB’’ selon le choix de la consigne.
Amplificateur d’écoute au casque
Notre amplificateur de ligne est également pourvu d’un étage d’amplification pour écoute au casque, outil indispensable pour la prise de son. Le signal est prélevé sur la cathode de V3 et amplifié par une triode ECC99 (½ V4) montée en ‘’Single End‘’. Le transformateur de sortie est fabrique par OEP au Royaume-Uni et porte la référence N35A002F. L’impédance de plaque est de 24 kΩ. Un signal de contre-réaction est prélevé sur la broche D et réinjecté dans le circuit de cathode. La puissance maximale rendue est de 100 mW pour une DHT inférieure à 2%.
Chaque triode a une dissipation anodique de 3 W. Cette dissipation était fixée au départ à 4 W par un courant de 13 mA circulant dans la résistance R23 de 3,3 kΩ, mais comme le tube s’épuisait après une centaine d’heures, la dissipation a été ramenée à 3 W en remplaçant la résistance R23 par une 4,7 kΩ.
Les filaments des tubes V1 et V2, de même que ceux de V3 et V4 sont mis en série et alimentés en +24 Vdc. Cette tension est indispensable pour le fonctionnement du circuit de compression.
L’amplificateur de compression
Schéma de l’amplificateur de compression
Il s’agit ici d’un amplificateur de gain unitaire à semi-conducteurs. Le signal prélevé sur la cathode de V3 est appliqué sur le potentiomètre P3 auquel est couplé un interrupteur. Libre à vous de placer un switch pour cette fonction sur la face avant.
Il est ensuite amplifié en courant par un montage push-pull (IC1-Q1-Q3). Cet amplificateur n’appelle pas de grandes explications. Il est alimenté en 24 Vdc, délivre une puissance de 1 W eff. et pilote une ampoule de 6V / 60 mA. Cette ampoule est disponible chez Radiospares sous la référence 586-374. Cette ampoule est physiquement couplée à la photo-résistance dans un tube complètement opaque, nous y viendrons en détail dans la mise en oeuvre. Le signal est également appliqué à l’entrée positive de IC3. L’entrée positive est inférieure de 0,8V à la broche négative, et fixe la sortie du 741 à 0V par défaut. Tout signal appliqué sur l’ampoule qui dépasse 0,8V peak provoque le basculement de la sortie du 741 et active la LED (D3). Ceci correspond à une compression de 1 dB.
Le choix du type de photo-résistance et d’ampoule associée est le résultat de campagnes de mesures fastidieuses. Mais le résultat se traduit par la répétabilité et la stabilité du montage.
Cette carte supporte aussi le circuit du VU-mètre. Le signal est redressé par le transistor Q5.
Le transistor est pré-polarisé par R3 (1 MΩ) afin de le placer au seuil de conduction. Le temps de montée est de l’ordre de 1 mSec, la descente de 300 mSec.
L’alimentation
Schéma de l’alimentation
Le transformateur est fabriqué sur spécifications par ACEA et porte la référence 7134.
Il fournit deux tensions : 36 Vac et 400 Vac.
Une résistance de 4,7 Ω / 10 W placée en série avant d’attaquer le pont redresseur a pour effet de limiter la tension à l’entrée du régulateur 7824 (IC90) et sa dissipation. Le 24 V régulé alimente 2 séries de 4 filaments et l’amplificateur de compression.
Le 400 Vac redressé s‘établit à 420 Vdc en service après filtrage. La tension présente sur les deux diodes D80, D81 impose une tension stable de 10 V aux bornes de R83 (10 KΩ) et fixe le courant de collecteur du 2N5401 (Q80) à 1 mA. La tension présente au collecteur de Q80 est fixée par le même courant constant de 1 mA parcouru dans les 356 kΩ (R81+R82+R86) et vaut 356 Vdc. Comme le courant ne fait pas exactement 1 mA, R86 est sélectionnée pour obtenir les 360 Vdc en sortie. Le transistor Q80 est un 2N5401 de tension Vce =150 V, la diode D82 (120 V) protège ce transistor des surtensions.
La constante de temps R84-C82 vaut 4,7 Sec, et la tension en sortie met 20 secondes pour s‘établir. Le niveau de bruit / ronflement de la HT est inférieur à 30 µV.
MISE EN ŒUVRE
La mécanique
Pour la partie mécanique, je vous renvoie à la première de l’article décrite dans le projet précédent.
Les considérations sont identiques.
Les deux photos ‘’Vue de haut’’ et ‘’Châssis’’ sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Un châssis intermédiaire fixé aux oreilles du boîtier supporte tous les éléments (plan du châssis).
Plan de la face avant
Plan et photo de la face arrière
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants.
LES CIRCUITS IMPRIMES
Cette réalisation comprend 4 circuits imprimés : La carte d’alimentation, la carte de base sur laquelle s’enfiche la carte des tubes et se fixe la carte compresseur.
La carte d’alimentation
Le circuit imprimé de 99x112 mm regroupe tous les composants de la régulation des 24,6 et 360 Vdc.
Le montage de la carte d’alimentation a été décrit dans notre projet précédent. Le transformateur étant plus volumineux, la carte a été réduite de 122 à 112 mm.
Points particuliers
La carte alimentation (photo) est solidaire du panneau arrière par les deux ballasts IC90 et Q81 (photo 6). La résistance R80 (220 kΩ / 2 W) est montée à +/-10 mm de la surface. La résistance R85 (220 kΩ / 2 W) et la diode D85 sont montées sous la carte (photo 3).
La self de filtrage est fixée par deux vis M4 sur la carte même.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3 mm disponibles chez Conrad sous la réf: 526274 et 526258, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
Le transformateur est monté sur 4 entretoises M4 de 5 mm sur une plaque métallique de 110x135 mm (photo 2).
Afin d’améliorer l’évacuation de la chaleur, une découpe de 55x65 mm est pratiquée (figure 7, photo 3). Le thermique est placé sur la tôle à côté du transfo et la résistance de 10 W sur l’écran en fer doux (photo 5).
La carte des tubes
Cette carte de 152,5 x 40 mm reçoit les 4 tubes. Les pontages sont réalisés en premier lieu. Les pontages reliant la broche 4 de V4 à la broche 4 de V2 et la broche 5 de V2 à la broche 4 de V1 doivent êtres isolés (photo 7). Le montage des supports noval se fait en dernier.
Cette carte sera enfichée en fin de montage de la carte de base.
La carte de base
La carte de base (152,5 x 198 mm) est solidaire du châssis intermédiaire.
Le marquage des 6 trous de fixation dans les deux languettes en Tufnol se fait avant le montage des composants (figure 7 et photo 3).
Après avoir soudé les 3 connecteurs sur la carte, centrer l’ensemble sur les languettes et marquer avec précision sur le panneau arrière les divers trous de passage. Après perçage de ceux-ci, fixer l’ensemble au panneau arrière, marquer et percer les 6 trous (M3) dans les languettes en Tufnol.
Après s’être assuré du positionnement correct, procéder au montage des composants.
La carte compresseur est couplée à la carte de base par 4 entretoises M3 M-F de 25 mm (figure 7 et photo 8).
Avant de souder les 2 photo-résistances, il y a lieu de coller les 2 manchons guides (photo 8 et photo 10). Pour notre réalisation, ces deux manchons sont fabriqués à partir de tuttes de couplage de tubes électriques en PVC de 5/8 (16 mm) utilisés dans la construction et coupés proprement à 5 mm. Dans ces manchons viennent s’emboîter un autre manchon fabriqué à partir de tube électrique de 5/8, dont la longueur est ajustée en fonction de la hauteur de carte de compression à +/- 22 mm. Il est aussi possible d’utiliser un bout de tuyau en polyéthylène noir (Socarex) de 16 mm (figure 13 et photo 10).
Il existe plusieurs types de connecteurs XLR pour circuit imprimé, et ils ne sont pas compatibles. Le dessin de la carte est prévu pour les XLR de Selectronic type NC3F-FBH2 (Réf: 4320-10). La carte des tubes est enfichée et soudée en dernier lieu.
Il n’y a pas de liaison par le circuit imprimé du signal d’entrée issu du connecteur RCA. Celle-ci se fait par deux fils fins (type Kynar) qui courent sous la carte et joignent les condensateurs C1/2 (photo 3).
La carte de compression
L’assemblage de la carte de compression ne pose pas de problème particulier.
Les ampoules sont soudées sous la carte, côté soudure, en prenant soin de les positionner contre les photo-résistances, mais sans pression due au serrage des 4 écrous de fixation.
Cette carte reçoit le signal de pilotage des VU-mètres de la carte de base via deux fils (photo 8 et photo 9).
Après la mise en service et le réglage de la carte, celle ci sera couverte par un écran opaque afin d’éliminer toute entrée de lumière via les trous de ventilation du capot supérieur (figure 15, photo 1, photo 2 et photo 4). En effet, sous l’action d’éclairages violents, et malgré le tubage, les photo-résistances sont influencées et réduisent légèrement le gain total.
Les masses
Tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée (photo 2 et photo 11). Un socle pour fiche banane fournit une prise de masse extérieure destinée à être reliée au préamplificateur micro.
La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un forêt. Une vis à tête conique et une rondelle ‘’éventail’’ assurent le contact électrique.
Le coté droit du châssis et l’écran en fer doux sont aussi reliés électriquement au point de masse, en effet la peinture étant excellente, il n’y a pas de contact via les vis du châssis intermédiaire.
Le pied de la self de filtrage et les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
Mise sous tension
Une première mise sous tension est effectuée sans les tubes et sans la carte de compression, de préférence avec un auto-transformateur réglable (Variac). Vérifier la présence des 24,6 Vdc des filaments et 360 Vdc de HT. Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes V1,V2 et V3. Monitorer la tension des cathodes de V3 (ECC99) sur R13/14 et remettre sous tension. Cette tension doit se stabiliser vers 180 Vdc. Débrancher, placer V4 (ECC99), monitorer la tension des cathodes sur R23/24 et remettre sous tension. La tension doit se stabiliser vers +43 Vdc.
Dans cette configuration, avec les photo-résistances visibles, le gain, ou plutôt l’atténuation est de l’ordre de 30 dB dépendant de la lumière ambiante.
Injecter sur chaque canal un signal à 1000 Hz de 1 Vac et vérifier la présence du signal fortement atténué en sortie. En éliminant toute source lumineuse, le gain doit remonter vers 0 dB. La carte de base est alors fonctionnelle.
Placer et raccorder la carte de compression comme décrit plus haut. Mettre sous tension, et vérifier la polarisation des deux amplificateurs en mesurant la tension sur le collecteur (boîtier) des transistors. Celle ci doit impérativement être de +12,3 Vdc.
Réglage de l’amplificateur
Injecter une tension de 1 Vac / 1 kHz en entrée, et mesurer la tension en sortie sous une charge de 600 Ω (2 x 1200 Ω en parallèle). Positionner les deux potentiomètres du panneau avant au minimum (switch ouvert). Le réglage final doit être effectué dans l’obscurité : ajuster P1/2 de la carte de base pour une tension de 1 Vac en sortie. Ajuster ensuite P1/2 de la carte compresseur pour obtenir 0 dB / 100% au VU-mètre.
Il est possible d’ajuster le VU-mètre à 0 dB /100 % pour un signal d’entrée de 1,23 Vac afin de répondre à la norme professionnelle +4 dBm (2,5 mW) dans 600 Ω.
Si c’est le cas, il faut faire de même au niveau du préamplificateur microphone et régler le VU-mètre à 0 dB / 100 % pour 1,23 Vac de sortie.
Vérifier que ces réglages ne changent pas après pose de l’écran opaque et du capot supérieur, sinon il faut réajuster.
Mesures
Toutes les mesures nécessitant un signal d’entrée sont faites en injectant un signal de 1 Vac pour une sortie de 1 Vac dans 600 Ω (Gain : +0 dB).
Le temps de montée est de 1,83 µSec ce qui correspond à une bande passante de 190 kHz du préamplificateur : F-3dB = 0,35 / T.
La mesure du ronflement à 50 Hz et de l’ondulation résiduelle à 100 Hz donne moins de 56 dB sur l’échelle 10 mVac, soit une mesure ‘’Hum & noise’’ de –96 dBV en sortie. Ce niveau de bruit nous garantit un rapport signal bruit supérieur à 90 dB.
La mesure de la distorsion harmonique nous donne 0,026% pour 1 Vac de sortie à 1 KHz dans 600 Ω.
Mesures de la partie Compresseur
En statique, nous injectons un signal que nous augmentons en pas de 2 dB à partir de –50 dBV. Nous avons mesuré la compression sous deux consignes: 90 % et 10%, ce qui correspond à un seuil de compression à –10dBV (300mVac) et +10dBV (3Vac).
Données de compression et mesure statique
Pour les mesures en dynamique, nous injectons un signal qui subit un échelon de tension de 10 ou 20 dB, et mesurons le comportement du signal en sortie.
Le temps de déclenchement, aussi appelé ‘’Attack time’’ est de 20 mSec.
Le temps de relâchement ‘’Recovery time’’ est de 300 mSec (figure 2 et figure 19).
A noter que le court passage à zéro constaté sur les chronogrammes est causé par la commutation du switch du générateur.
Caractéristiques techniques relevées sur notre prototype
Les composants
Carte Amplificateur
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des Tubes
ECC81
12AT7 Electro Harmonix
12AT7 Electronska Industrija
12AT7 Mullard
12AT7 Philips
6201 Valvo
CV4024 Mullard
E81CC Amperex
E81CC Siemens
E81CC Siemens
E81CC Siemens
ECC81 Brimar
ECC81 JJ Electronic
ECC81 Mullard
ECC81 Philips
ECC81 RFT
ECC81 Siemens
ECC81 Telefunken
ECC81 Tungsram
ECC801 Telefunken
ECC99
ECC99 JJ Electronic
Amplificateur de ligne et unité de compression
Projet publié dans la revue LED n°190 de septembre 2005 sous le titre: "Un Ensemble de Prise de Son - Amplificateur de Ligne et Compresseur"
Cette étude décrit deux réalisations: un préamplificateur pour microphone à deux canaux
couplé à un amplificateur de ligne.
Cet ensemble affiche des spécifications dignes des meilleurs appareils professionnels.
Sensibilité des entrées balancées: 150 µV pour une tension de 1 Vac sur les sorties de ligne balancées de 600 Ω. La distorsion harmonique totale de l’ensemble est inférieure à 0,1%.
Sont prévues entre autres les fonctions habituelles d’inversion de signal et de filtre pour la parole. L’amplificateur de ligne comprend également une unité de compression à seuil réglable. Les deux unités ont été montées dans deux boîtiers séparés pour pouvoir être utilisées indépendamment.
Nous étudierons à présent l’amplificateur de ligne - compresseur.
La prise de son en temps réel nous réserve bien des surprises.
Une simple maladresse d’un orateur et notre installation subit une pointe de 10db ( soit 10 x en puissance ! ) entraînant l’irrémédiable saturation de l’installation.
Le rôle du compresseur est de restituer le signal de manière transparente jusqu’à un certain niveau préalablement fixé et de le limiter progressivement au delà de ce niveau (figure 1).
La compression est à utiliser avec discernement. Il serait regrettable d’entendre un concert classique dans lequel les ‘’piano’’ et les ‘’forte’’ sont rendus sans la dynamique imposée par la partition. Par contre en musique de fond, ou pour sonoriser un lieu de passage, cette dynamique présente des écarts inacceptables au confort de l’auditeur ‘’distrait’’, et se doit d’être compressée.
Trois caractéristiques sont fondamentales : Le seuil de compression, le taux de compression et le temps de déclenchement / relâchement.
Le seuil de compression fixe le niveau d’entrée à partir duquel la compression commence.
Le taux de compression est le rapport de la variation du signal entrant / sortant en phase de compression.
Le temps de déclenchement / relâchement est le délai de recouvrement du signal suite à une variation du niveau d’entrée.
Il est évident que malgré ce traitement, le contenu spectral du signal restitué ne peut être altéré. Seule la dynamique est altérée au dessus d’un niveau fixé. La DHT ne peut souffrir de la compression. Ceci proscrit les amplificateurs logarithmiques utilisées en radiocommunication.
Certaines réalisations permettent le réglage séparé des trois caractéristiques.
Nous avons opté pour la simplicité et seul le seuil de compression est réglable.
Le taux de compression en phase de compression est de 4 à 1 : un échelon de 1 dB en entrée restitue un échelon de 0,25 dB en sortie. Ceci rend encore un peu de dynamique, contrairement aux compresseurs qui limitent drastiquement le signal.
Le temps de déclenchement (T0 à Td), aussi appelé ‘’Attack time’’ est de 20 mSec.
Le temps de relâchement (T1 à Tr) ‘’Recovery time’’ est de 300 mSec (figure 2).
Pour notre réalisation, le système de compression retenu utilise une photocellule placée dans le circuit de rétroaction (figure 3). Le principe est simple : une portion du signal AC de sortie pilote l’ampoule LP1 placée en face de la photo-résistance Ph1. Si le signal est supérieur à la consigne, l’ampoule s’illumine et réduit la résistance de la photo-résistance réduisant ainsi le gain de l’étage d’amplification.
A l’utilisation, ce compresseur se révèle facile d’emploi, fiable tout en rendant un service de qualité.
L’AMPLIFICATEUR DE LIGNE
Circuit Amplificateur de ligne
Schéma de l’amplificateur de ligne
L’amplificateur de ligne comprend un seul étage composé d’une ECC81 (V1) montée en SRPP suivie par une ECC99 (½ V3) montée en cathode suiveuse. Par défaut (sans compression), le gain maximal de l’étage est fixé à 12 dB (A=4) par l’ajustable P1 qui dose le circuit de contre-réaction. Le signal de 4Vac issu de la cathode de V3 est appliqué à très basse impédance au primaire du transformateur de sortie ‘’ligne’’. L’impédance de la ECC99 en cathode suiveuse sous 10 mA est de l’ordre de 100 Ω, mais cette impédance est encore réduite par le fort taux de contre-réaction, et vaut ici seulement 28 Ω. Le rapport de réduction du transformateur est de 2 à 1. Le signal de 4 Vac appliqué au primaire fait 2 Vac au secondaire sous une impédance quasi nulle. Les résistances R31 et R33 réalisent l’impédance de sortie de 600 Ω. Le transformateur de sortie est fabriqué par Lundahl et porte la référence LL1517 (photo 8).
Le gain total est de 0 dB : 1 Vac appliqué à l ‘entrée est restitué en sortie sous une impédance de 600 Ω, symétrique et isolée. La contre-réaction a l’avantage de linéariser la bande passante de 15 Hz à 90 kHz à -1dB et de réduire drastiquement la DHT (typ: 0,03% à 1 kHz).
La compression
La compression du gain est réalisée par la photo-résistance (Ph1) placée en parallèle avec P1. Sa résistance varie de quelques centaines d’Ohm à pleine illumination pour une compression maximale, à plusieurs MΩ dans le noir. La cellule choisie est une VT400 de Vactec, disponible chez Radiospares sous la référence 234-1050. Cette photo-résistance a été choisie pour ses caractéristiques de rapidité : Temps de descente = 18 mSec, Temps de montée (relâche) 90 mSec. Ce sont principalement ces caractéristiques associées dans une moindre mesure à celles de l’ampoule qui réalisent le graphe repris en figure 2 et les spécification finales. Le gain total de l’ampli de ligne peut ainsi varier entre 0 dB et ‘’- 40 dB’’ selon le choix de la consigne.
Amplificateur d’écoute au casque
Notre amplificateur de ligne est également pourvu d’un étage d’amplification pour écoute au casque, outil indispensable pour la prise de son. Le signal est prélevé sur la cathode de V3 et amplifié par une triode ECC99 (½ V4) montée en ‘’Single End‘’. Le transformateur de sortie est fabrique par OEP au Royaume-Uni et porte la référence N35A002F. L’impédance de plaque est de 24 kΩ. Un signal de contre-réaction est prélevé sur la broche D et réinjecté dans le circuit de cathode. La puissance maximale rendue est de 100 mW pour une DHT inférieure à 2%.
Chaque triode a une dissipation anodique de 3 W. Cette dissipation était fixée au départ à 4 W par un courant de 13 mA circulant dans la résistance R23 de 3,3 kΩ, mais comme le tube s’épuisait après une centaine d’heures, la dissipation a été ramenée à 3 W en remplaçant la résistance R23 par une 4,7 kΩ.
Les filaments des tubes V1 et V2, de même que ceux de V3 et V4 sont mis en série et alimentés en +24 Vdc. Cette tension est indispensable pour le fonctionnement du circuit de compression.
L’amplificateur de compression
Schéma de l’amplificateur de compression
Il s’agit ici d’un amplificateur de gain unitaire à semi-conducteurs. Le signal prélevé sur la cathode de V3 est appliqué sur le potentiomètre P3 auquel est couplé un interrupteur. Libre à vous de placer un switch pour cette fonction sur la face avant.
Il est ensuite amplifié en courant par un montage push-pull (IC1-Q1-Q3). Cet amplificateur n’appelle pas de grandes explications. Il est alimenté en 24 Vdc, délivre une puissance de 1 W eff. et pilote une ampoule de 6V / 60 mA. Cette ampoule est disponible chez Radiospares sous la référence 586-374. Cette ampoule est physiquement couplée à la photo-résistance dans un tube complètement opaque, nous y viendrons en détail dans la mise en oeuvre. Le signal est également appliqué à l’entrée positive de IC3. L’entrée positive est inférieure de 0,8V à la broche négative, et fixe la sortie du 741 à 0V par défaut. Tout signal appliqué sur l’ampoule qui dépasse 0,8V peak provoque le basculement de la sortie du 741 et active la LED (D3). Ceci correspond à une compression de 1 dB.
Le choix du type de photo-résistance et d’ampoule associée est le résultat de campagnes de mesures fastidieuses. Mais le résultat se traduit par la répétabilité et la stabilité du montage.
Cette carte supporte aussi le circuit du VU-mètre. Le signal est redressé par le transistor Q5.
Le transistor est pré-polarisé par R3 (1 MΩ) afin de le placer au seuil de conduction. Le temps de montée est de l’ordre de 1 mSec, la descente de 300 mSec.
L’alimentation
Schéma de l’alimentation
Le transformateur est fabriqué sur spécifications par ACEA et porte la référence 7134.
Il fournit deux tensions : 36 Vac et 400 Vac.
Une résistance de 4,7 Ω / 10 W placée en série avant d’attaquer le pont redresseur a pour effet de limiter la tension à l’entrée du régulateur 7824 (IC90) et sa dissipation. Le 24 V régulé alimente 2 séries de 4 filaments et l’amplificateur de compression.
Le 400 Vac redressé s‘établit à 420 Vdc en service après filtrage. La tension présente sur les deux diodes D80, D81 impose une tension stable de 10 V aux bornes de R83 (10 KΩ) et fixe le courant de collecteur du 2N5401 (Q80) à 1 mA. La tension présente au collecteur de Q80 est fixée par le même courant constant de 1 mA parcouru dans les 356 kΩ (R81+R82+R86) et vaut 356 Vdc. Comme le courant ne fait pas exactement 1 mA, R86 est sélectionnée pour obtenir les 360 Vdc en sortie. Le transistor Q80 est un 2N5401 de tension Vce =150 V, la diode D82 (120 V) protège ce transistor des surtensions.
La constante de temps R84-C82 vaut 4,7 Sec, et la tension en sortie met 20 secondes pour s‘établir. Le niveau de bruit / ronflement de la HT est inférieur à 30 µV.
MISE EN ŒUVRE
La mécanique
Pour la partie mécanique, je vous renvoie à la première de l’article décrite dans le projet précédent.
Les considérations sont identiques.
Les deux photos ‘’Vue de haut’’ et ‘’Châssis’’ sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Un châssis intermédiaire fixé aux oreilles du boîtier supporte tous les éléments (plan du châssis).
Plan de la face avant
Plan et photo de la face arrière
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants.
LES CIRCUITS IMPRIMES
Cette réalisation comprend 4 circuits imprimés : La carte d’alimentation, la carte de base sur laquelle s’enfiche la carte des tubes et se fixe la carte compresseur.
La carte d’alimentation
Le circuit imprimé de 99x112 mm regroupe tous les composants de la régulation des 24,6 et 360 Vdc.
Le montage de la carte d’alimentation a été décrit dans notre projet précédent. Le transformateur étant plus volumineux, la carte a été réduite de 122 à 112 mm.
Points particuliers
La carte alimentation (photo) est solidaire du panneau arrière par les deux ballasts IC90 et Q81 (photo 6). La résistance R80 (220 kΩ / 2 W) est montée à +/-10 mm de la surface. La résistance R85 (220 kΩ / 2 W) et la diode D85 sont montées sous la carte (photo 3).
La self de filtrage est fixée par deux vis M4 sur la carte même.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3 mm disponibles chez Conrad sous la réf: 526274 et 526258, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
Le transformateur est monté sur 4 entretoises M4 de 5 mm sur une plaque métallique de 110x135 mm (photo 2).
Afin d’améliorer l’évacuation de la chaleur, une découpe de 55x65 mm est pratiquée (figure 7, photo 3). Le thermique est placé sur la tôle à côté du transfo et la résistance de 10 W sur l’écran en fer doux (photo 5).
La carte des tubes
Cette carte de 152,5 x 40 mm reçoit les 4 tubes. Les pontages sont réalisés en premier lieu. Les pontages reliant la broche 4 de V4 à la broche 4 de V2 et la broche 5 de V2 à la broche 4 de V1 doivent êtres isolés (photo 7). Le montage des supports noval se fait en dernier.
Cette carte sera enfichée en fin de montage de la carte de base.
La carte de base
La carte de base (152,5 x 198 mm) est solidaire du châssis intermédiaire.
Le marquage des 6 trous de fixation dans les deux languettes en Tufnol se fait avant le montage des composants (figure 7 et photo 3).
Après avoir soudé les 3 connecteurs sur la carte, centrer l’ensemble sur les languettes et marquer avec précision sur le panneau arrière les divers trous de passage. Après perçage de ceux-ci, fixer l’ensemble au panneau arrière, marquer et percer les 6 trous (M3) dans les languettes en Tufnol.
Après s’être assuré du positionnement correct, procéder au montage des composants.
La carte compresseur est couplée à la carte de base par 4 entretoises M3 M-F de 25 mm (figure 7 et photo 8).
Avant de souder les 2 photo-résistances, il y a lieu de coller les 2 manchons guides (photo 8 et photo 10). Pour notre réalisation, ces deux manchons sont fabriqués à partir de tuttes de couplage de tubes électriques en PVC de 5/8 (16 mm) utilisés dans la construction et coupés proprement à 5 mm. Dans ces manchons viennent s’emboîter un autre manchon fabriqué à partir de tube électrique de 5/8, dont la longueur est ajustée en fonction de la hauteur de carte de compression à +/- 22 mm. Il est aussi possible d’utiliser un bout de tuyau en polyéthylène noir (Socarex) de 16 mm (figure 13 et photo 10).
Il existe plusieurs types de connecteurs XLR pour circuit imprimé, et ils ne sont pas compatibles. Le dessin de la carte est prévu pour les XLR de Selectronic type NC3F-FBH2 (Réf: 4320-10). La carte des tubes est enfichée et soudée en dernier lieu.
Il n’y a pas de liaison par le circuit imprimé du signal d’entrée issu du connecteur RCA. Celle-ci se fait par deux fils fins (type Kynar) qui courent sous la carte et joignent les condensateurs C1/2 (photo 3).
La carte de compression
L’assemblage de la carte de compression ne pose pas de problème particulier.
Les ampoules sont soudées sous la carte, côté soudure, en prenant soin de les positionner contre les photo-résistances, mais sans pression due au serrage des 4 écrous de fixation.
Cette carte reçoit le signal de pilotage des VU-mètres de la carte de base via deux fils (photo 8 et photo 9).
Après la mise en service et le réglage de la carte, celle ci sera couverte par un écran opaque afin d’éliminer toute entrée de lumière via les trous de ventilation du capot supérieur (figure 15, photo 1, photo 2 et photo 4). En effet, sous l’action d’éclairages violents, et malgré le tubage, les photo-résistances sont influencées et réduisent légèrement le gain total.
Les masses
Tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée (photo 2 et photo 11). Un socle pour fiche banane fournit une prise de masse extérieure destinée à être reliée au préamplificateur micro.
La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un forêt. Une vis à tête conique et une rondelle ‘’éventail’’ assurent le contact électrique.
Le coté droit du châssis et l’écran en fer doux sont aussi reliés électriquement au point de masse, en effet la peinture étant excellente, il n’y a pas de contact via les vis du châssis intermédiaire.
Le pied de la self de filtrage et les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
Mise sous tension
Une première mise sous tension est effectuée sans les tubes et sans la carte de compression, de préférence avec un auto-transformateur réglable (Variac). Vérifier la présence des 24,6 Vdc des filaments et 360 Vdc de HT. Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes V1,V2 et V3. Monitorer la tension des cathodes de V3 (ECC99) sur R13/14 et remettre sous tension. Cette tension doit se stabiliser vers 180 Vdc. Débrancher, placer V4 (ECC99), monitorer la tension des cathodes sur R23/24 et remettre sous tension. La tension doit se stabiliser vers +43 Vdc.
Dans cette configuration, avec les photo-résistances visibles, le gain, ou plutôt l’atténuation est de l’ordre de 30 dB dépendant de la lumière ambiante.
Injecter sur chaque canal un signal à 1000 Hz de 1 Vac et vérifier la présence du signal fortement atténué en sortie. En éliminant toute source lumineuse, le gain doit remonter vers 0 dB. La carte de base est alors fonctionnelle.
Placer et raccorder la carte de compression comme décrit plus haut. Mettre sous tension, et vérifier la polarisation des deux amplificateurs en mesurant la tension sur le collecteur (boîtier) des transistors. Celle ci doit impérativement être de +12,3 Vdc.
Réglage de l’amplificateur
Injecter une tension de 1 Vac / 1 kHz en entrée, et mesurer la tension en sortie sous une charge de 600 Ω (2 x 1200 Ω en parallèle). Positionner les deux potentiomètres du panneau avant au minimum (switch ouvert). Le réglage final doit être effectué dans l’obscurité : ajuster P1/2 de la carte de base pour une tension de 1 Vac en sortie. Ajuster ensuite P1/2 de la carte compresseur pour obtenir 0 dB / 100% au VU-mètre.
Il est possible d’ajuster le VU-mètre à 0 dB /100 % pour un signal d’entrée de 1,23 Vac afin de répondre à la norme professionnelle +4 dBm (2,5 mW) dans 600 Ω.
Si c’est le cas, il faut faire de même au niveau du préamplificateur microphone et régler le VU-mètre à 0 dB / 100 % pour 1,23 Vac de sortie.
Vérifier que ces réglages ne changent pas après pose de l’écran opaque et du capot supérieur, sinon il faut réajuster.
Mesures
Toutes les mesures nécessitant un signal d’entrée sont faites en injectant un signal de 1 Vac pour une sortie de 1 Vac dans 600 Ω (Gain : +0 dB).
Le temps de montée est de 1,83 µSec ce qui correspond à une bande passante de 190 kHz du préamplificateur : F-3dB = 0,35 / T.
La mesure du ronflement à 50 Hz et de l’ondulation résiduelle à 100 Hz donne moins de 56 dB sur l’échelle 10 mVac, soit une mesure ‘’Hum & noise’’ de –96 dBV en sortie. Ce niveau de bruit nous garantit un rapport signal bruit supérieur à 90 dB.
La mesure de la distorsion harmonique nous donne 0,026% pour 1 Vac de sortie à 1 KHz dans 600 Ω.
Mesures de la partie Compresseur
En statique, nous injectons un signal que nous augmentons en pas de 2 dB à partir de –50 dBV. Nous avons mesuré la compression sous deux consignes: 90 % et 10%, ce qui correspond à un seuil de compression à –10dBV (300mVac) et +10dBV (3Vac).
Données de compression et mesure statique
Pour les mesures en dynamique, nous injectons un signal qui subit un échelon de tension de 10 ou 20 dB, et mesurons le comportement du signal en sortie.
Le temps de déclenchement, aussi appelé ‘’Attack time’’ est de 20 mSec.
Le temps de relâchement ‘’Recovery time’’ est de 300 mSec (figure 2 et figure 19).
A noter que le court passage à zéro constaté sur les chronogrammes est causé par la commutation du switch du générateur.
Caractéristiques techniques relevées sur notre prototype
Les composants
Carte Amplificateur
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des Tubes
ECC81
12AT7 Electro Harmonix
12AT7 Electronska Industrija
12AT7 Mullard
12AT7 Philips
6201 Valvo
CV4024 Mullard
E81CC Amperex
E81CC Siemens
E81CC Siemens
E81CC Siemens
ECC81 Brimar
ECC81 JJ Electronic
ECC81 Mullard
ECC81 Philips
ECC81 RFT
ECC81 Siemens
ECC81 Telefunken
ECC81 Tungsram
ECC801 Telefunken
ECC99
ECC99 JJ Electronic