Amplificateur (sonorisation)

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Un amplificateur de signal audio (en abrégé « ampli ») est un dispositif chargé d'amplifier la composante variable d'un signal électrique. Un ampli a une limite d'entrée appelée « seuil de saturation ». Au delà de ce seuil, le signal de sortie ne pourra être amplifié davantage. A l'usage, le seuil de saturation est communément supérieur de 3dB au niveau « line » (parfois 5dB pour le « milieu/haut de gamme » matériel).

Un amplificateur audio est habituellement utilisé entre un dispositif de capture (microphone, instrument de musique) ou de stockage (magnétophone, lecteur CD, etc) et un dispositif de restitution du son (haut-parleur)

Sommaire

1 Fonctionnement
- 1.1 Amplificateur standard stéréo
2 L'ampli à guitare électrique
- 2.1 L'ampli à lampes
- 2.2 L'ampli à transistors
3 Classes d'ampli
4 Références
5 Voir aussi
- 5.1 Liens internes
- 5.2 Liens externes

[modifier] Fonctionnement

Voir l’article Amplificateur électronique.

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. Cela permet d'utiliser l'ampli à son rendement maximum. Le niveau du signal d'entrée doit alors être ajusté par un ou plusieurs étages préamplificateurs, afin d'éviter la saturation de l'ampli. Ces étages ont un gain variable par potentiomètre, et 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).

[modifier] Amplificateur standard stéréo

Un amplificateur fonctionne toujours sur le même principe :

Une alimentation fournit un courant continu
Ce courant est modulé à l'image de l'entrée audio
Ce courant est envoyé aux enceintes avec le maximum d'intensité.

[modifier] L'alimentation

L'alimentation d'un ampli a un seul et unique but : fournir une tension très stable sur 3 fils : -X, 0 et +X (en volt). Cette valeur X est propre à chaque amplificateur et correspond à la puissance maximale qu'il peut fournir (par exemple : 64V pour un ampli de 500W). Pour obtenir ces tensions on utilisait avant les transformateurs de puissance toriques qui convertissaient directement le 220V vers les tensions souhaitées (suivi d'un redressage et d'un filtrage). Aujourd'hui, on utilise surtout des alimentations à découpage : on gagne en fiabilité, en précision et en rendement.

[modifier] La modulation

Concerne uniquement les amplis de « classe B »

Le signal d'entrée d'un ampli correspond à un son et est donc variable, alternativement positif et négatif.

La modulation se fait au moyen de deux transistors. Le premier va faire varier sa tension de sortie entre 0V et $V a l i m$ (tension maximale donnée par l'alimentation de l'ampli). Cette variation sera proportionnelle à la tension positive du signal d'entrée réalisant ainsi l'amplification. On réalise la même opération pour la partie négative du signal : le second transistor fournira une tension proportionnelle à la tension (négative) du signal d'entrée, entre 0 et $- V a l i m$ . On se retrouve donc avec deux transistors par canal d'amplification, soit quatre par ampli.

Le courant qui va traverser ces transistors peut être très élevé (plusieurs ampères), ces derniers vont donc beaucoup chauffer. C'est pourquoi on les place sur des radiateurs (dissipateurs thermiques), ces derniers étant souvent ventilés pour améliorer le refroidissement). Le transistor est le composant principal de l'ampli.

[modifier] Les branchements

La plupart des amplificateurs fonctionnent avec deux entrées symétriques mono et saturent entre 3 et 5dBV (en Jack 6.25 femelle ou en XLR femelle). Les sorties, assymétriques, sont de plusieurs types :

Comparaison des différents connecteurs de sortie
connecteur	avantage	inconvénient
Jack 6.25	- simplicité de la connexion	- permet le branchement par erreur d'un câble micro (dangereux) - Peut être retiré trop facilement (si on marche sur le fil) - Crée un court-circuit temporaire lors de la connexion
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 (dangereux)
bornier	- Evite les erreurs avec les câbles micro - Généralement, système de fixation à vis pour éviter un débranchement intempestif	- Branchement complexe - 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 - robuste - peut recevoir jusqu'à 4 fils (1+.1-.2+.2-)	- connecteur récent - problèmes de normes (1+/1- et 2+/2-) lors des connexions en mono

[modifier] Impédances

Comme nous l'avons vu précédemment, la sortie d'un ampli ne supporte pas les court-circuits : l'échauffement des transistors est proportionnel à l'intensité fournie aux haut-parleurs. Selon le principe U=R.I, si la « résistance » des haut-parleurs est trop faible, l'intensité va augmenter à des niveaux pouvant faire griller les transistors de puissance. Les amplificateurs actuels fonctionnent généralement en 4 ou 8 Ohms, ce qui correspond à la "résistance" minimale des HP. Pour être plus précis, comme le son est un signal alternatif, la "résistance" ne provient pas directement de la bobine du haut-parleur, mais de la force magnétique qui s'oppose au passage du courant : on parle donc d'"impédance" pour désigner cette forme de résistance.

Les impédances des haut-parleurs se comportent comme des résistances classiques au regard de leur association en série ou en parallèle. De ce fait :

2 haut-parleurs en série doublent l'impédance : cela ne pose pas de problème à l'ampli qui chauffera moins, mais on perdra un peu en puissance.
2 haut-parleurs montés en parallèle feront chuter l'impédance de moitié : on gagnera en puissance mais l'ampli chauffera beaucoup plus, au risque de griller si cette impédance est plus faible que l'impédance minimale admise.

Rappel :

en série : I = I1 + I2 + I3 + ...
en parallèle : 1/I = 1/I1 + 1/I2 + 1/I3 + ...

Remarque : Un ampli qui ne marche plus est dans 95% des cas un ampli qui a grillé, si c'est un bon ampli, ce sont les fusibles qui ont grillé, sinon ce sont les transistors qui ont grillé. Les fusibles, disponible dans le commerce, peuvent être facilement changés (l'ampli débranché, bien sûr !). Les transistors aussi, mais c'est un peu plus compliqué : il faut en acheter dans une boutique spécialisée (environ 1 à 2€ le transistor, souvent un équivalent, les modèles de transistors évoluant souvent) et les souder. Dans tous les cas même si un seul transistor à grillé, il est recommandé de changer les 4 transistors afin de garder un son équilibré.

[modifier] L'ampli à guitare électrique

L'ampli guitare est très utilisé car il permet non seulement d'amplifier le son d'une guitare électrique, mais aussi de le colorer, c'est à dire altérer précisément ses harmoniques. Cette altération est effecuée par :

la distortion (drive) : permet de saturer l'étage de préamplification
l'égalisation : généralement sur trois bandes : basses(150-200Hz)/mediums(1-1,2kHz)/aigus(4-5kHz).
le contour : filtre actif qui correspond généralement à augmenter les basses et les aigus tout en creusant les médiums, lorsqu'on le tourne à gauche. l'effet inverse se produit lorsqu'on le tourne à droite.
l'amplification : est effectuée soit par des transistors (coloration neutre voire froide), soit par des tubes (coloration chaude et plus musicale).
La réverbération : elle est souvent effectuée au moyen d'une "ligne à retard à ressort" et donne l'impression que l'on joue dans une pièce plus ou moins grande.
le volume/master : règle l'intensité du signal de sortie sans générer de saturation (contrairement au "drive").
Le Haut-parleur : Le haut-parleur participe à la coloration du son. C'est pourquoi, lorsque l'on sonorise une guitare, le signal ne provient pas de la sortie "line" de l'ampli. Le signal est repiqué au moyen d'un micro adapté, placé de différentes manières devant le haut-parleur, afin d'avoir le son recherché.

les amplis guitare possèdent également une ou plusieurs sorties pour pouvoir brancher des effets auxiliaires (principalement sous la forme de pédales)

A titre informatif, il existe plusieurs puissances d'ampli (RMS)

20W : Uniquement pour avoir du son (pour jouer seul)
50W : Permet de jouer sur les petites scènes en direct, c'est à dire que le son n'est pas repiqué par un micro (ex : bars)
100W : Permet de jouer sur des scènes plus grosses en direct (ex : 200 personnes)
>100W : sonorisation professionnelle, généralement gérée par un ingénieur du son. Le son de l'ampli est repiqué par un micro, et dans ce cas le placement de ce dernier plus ou mois en face du haut parleur, est très important pour assurer un son homogène.

[modifier] L'ampli à lampes

Les premiers amplis étaient à lampes(aussi dits "à tubes"), premier élément électronique (historiquement) permettant l'amplification d'un signal électrique. Un jour est apparu le transistor : plus petit, moins gourmand en électricité, plus fiable, avec une amplification constante (linéarité), quelque soit l'intensité du signal en entrée et enfin, un coût très modique. Cependant sa linéarité donne un son froid pas très mélodieux.

tube

La technologie des tubes (la grille notamment) est sensible aux vibrations entrainant une réverbération mécanique et une coloration chaude et « chantante ». Les tubes ont une meilleure impédance et stockent mieux l'énergie : ils saturent « en douceur » et peuvent supporter des pics d'intensités plus facilement (meilleure dynamique impulsionnelle). Ces propriétés font que pour un son équivalent un ampli à transistors « classiques » devra être en gros deux fois plus puissant que son « équivalent » à tubes.

Les trois principaux inconvénients du tube sont sa fragilité (chocs), son usure et son coût élevé.

Cette différence de son entre les amplis à tubes ou à transistors, explique que la grande majorité guitaristes préfèrent de loin un ampli à lampes.^{réf. nécessaire}

[modifier] L'ampli à transistors

Un amplificateur à transitors Marshall

Les amplis à lampes étant plus cher, les constructeur ont trouvé le moyen de simuler la coloration du son que produit une lampe. La facilité et la fiabilité de ces simulations ont permis l'explosion de ce marché.

Pour des raison de droit de marque, différentes appellations masquent des simulations d'amplis célèbres :

Dénominations usuelles (même s'il n'y a aucun standard fixé) :
- Fender = Black/Tweed
- Vox = ACXX
- Marshall = UK (Brit.)
- Mesa Boogie = Numetal
- Soldano = US

Dénominations Vox :
- Boutique Cl = Dumble Special Clean Channel
- Boutique Od = Dumble Special Overdrive Channel
- Black (2x12) = Fender 65 (Twin Reverb)
- Tweed (4x10) = Fender 59 Bassman
- AC15 = 1962 VOX AC15
- AC30 TB = 1964 VOX AC30 With Top Boost
- UK 70'S = 1968 Marshall Plexi 50 Watts
- UK 80'S = 1983 Marshall JCM 800
- UK Modern = 2000 Marshall JCM 2000 TSL 100
- Numetal = 2001 Mesa Boogie Dual Rectifier
- US Higain = 1993 Soldano SLO 100

Dénominations Berhinger :
- Brit. Class A = Vox AC30 Bass + Trebble Boost (Utilisateurs connus : Beatles, The Who, Bryan May (Queen) & U2)
- Brit. Blues = JTM 45 (1er ampli Marshall)
- Brit. Classic = 1959 Marshall Plexi 100 Watt (Utilisateurs connus : Jimi Hendrix, Eric Clapton &Jeff Beck)
- Brit. Hi-Gain = Base "Marshall JCM 800" (Utilisateurs connus : Steve Ray Vaughan’s & Michael Landau’s
- Brit. Class A 15W = Base "Vox AC15"
- Numetal Gain = Base 1994 Mesa Boogie Dual Rectifier Trem-O-Verb (Utilisateurs connus : John Petrucci & Steve Lukather)
- Numetal Gain = Tête de "Mesa Boogie Dual Rectifier"
- American Blues = Fender Bassman
- Modern Class A = Matchless Chieftain
- Modern Hi-Gain = Soldano (contrôles Basses-Med-Aigus post gain, à cause de la distortion. Utilisateurs connus : Steve Vai, Joe Satriani, Steve Lukather, Nuno Bettencourt and Steve Vai)
- Classic Clean = Roland JC-120
- AND Deluxe = Mix entre le "1960 Fender Blackface Deluxe" et le "’50s Fender Bassman"
- AND Custom = Modélisation sur une base de "1965 Marshall JTM 45 Bluesbreaker"
- Small Combo = 1960 Tweed Champ
- Non Top Boost = Vox AC30 (Pas de trebble boost, première version de l'ampli, utilisé par Bryan Adams en studio)
- Classic 50W = Base "Marshall Plexi 50 Watt", modifiée pour que les effets appliqués puissent être entendus
- Savage Beast = Engl Savage 120
- Calif. drive = Base Mesa Boogie Mark II c (simulation du canal de distortion. Son se rapprochant de Santana)
- Calif. clean = Base Mesa Boogie Mark II c (simulation du canal clean. Son se rapprochant d'un Fender)
- Custom Clean. = Dumble Special (Simulation du canal clean)
- Custom Drive = Dumble Special (Simulation du canal de distortion)
- Custom Class A = Budda Twinmaster
- Custom Hi-Gain = 969 50-Watt Marshall Plexi modifié par Jose Arrendondo (technicien de Van Halen)

[modifier] Classes d'ampli

Il existe plusieurs classes d'amplis : A, B, AB, C, D, G, H, T

Voir l’article Amplificateur électronique#Les_classes_d'amplificateurs.

Classe A : il utilise 1 seul transistor (polarisé) pour amplifier le signal; il est très fidèle mais utilisé surtout dans le cas d'amplifications de faibles puissances, nécessitant de la précision (préamplis, lecteurs CD, etc.). Cet ampli a tendance à chauffer et consomme même lorsque son signal d'entrée est nul;

Classe B : il utilise 2 transistors en "push-pull" : l'un pour traiter l'alternance positive, l'autre l'alternance négative du signal. Il a l'avantage de beaucoup moins chauffer. Ces amplis ont 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 : il 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, limitant ainsi les phénomènes de distortion;
Classe C : ils possèdent 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;

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 20kHz. L'ampli classe D est souvent utilisé pour les subwoofers car la bande passante est faible (120Hz 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. Le rendement important de la classe D en fait un candidat idéal pour les applications nomades, par exemple les autoradio de voiture 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 un faible voltage 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'appelation commerciale d'une variante de la classe D standard fonctionnant à une fréquence de 650 kHz, avec un système de modulation propriétaire.

^[1] ^[2] ^[3].