Amplificateurs à tubes
intermodulation, contre-réaction, harmoniques,...
Distortion

La distortion, l'intermodulation, le clipping, les harmoniques (paires et impaires, bien sûr!)
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Un amplificateur à lampes d'une puissance de 15W donnera un son plus puissant qu'un amplificateur à transistors de 15W. Pourtant, l'amplificateur à lampes, si on le connecte à un oscilloscope ne pourra pas fournir une puissance continue de 15W, mais seulement une puissance "musicale" pendant une dixaine de secondes (la dissipation maximales des tubes en classe AB est exédée). L'amplificateur à lampes produit des harmoniques et un son plus agréable qu'un ampli à transistors, mais ne venez pas me parler de hifi, surtout quand l'amplificateur travaille près de ses limites.

Intermodulation

L'intermodulation est la modulation d'un signal d'une fréquence donnée par un signal d'une autre fréquence. Il y a des applications où cette modulation est très recherchée (changement de fréquence en radio), mais ici c'est un phénomène qui est à éviter.

Une distorsion du signal qui est fort présente avec les lampes (et principalement les triodes) c'est l'intermodulation causée par les caractéristiques des tubes: la courbe est courbe (ben tiens) et pas linéaire. La lampe va par exemple amplifier plus fort les signaux positifs et moins les signaux négatifs (ou l'inverse).

L'intermodulation fait apparaitre des harmoniques qui colorent le son. Le signal devient moins bien défini

Dans le cas d'amplificateurs single ended, on corrige parfois la distorsion à priori, en polarisant le premier étage pour qu'il produise une déformation dans le sens inverse de l'étage final. Si on utilise un étage symmetrique (push pull) on réduit fortement les harmoniques paires et donc l'intermodulation.

Prenons par exemple un signal audio de 200Hz d'une amplitude de 75% de la déviation maximale (il faut utiliser une résistance de charge au lieu des haut-parleurs!). On ajoute un signal de 4000Hz avec une amplitude de 10%. L'amplificateur travaille ainsi a forte puissance, mais sans dépassement de capacité.

Quand le signal de 200Hz est positif, on a une amplification plus élevée, ce qui influence également le signal de 4000Hz. Quand le signal de 200Hz est négatif, on a une amplification moindre, et donc également un signal de 4000Hz moindre. Nous avons donc une modulation d'un signal par un autre. Le signal de 200Hz module le signal de 4000Hz.

C'est un effet qui est recherché avec certaines lampes (mélangeuses), mais c'est un effet qu'il faut éviter avec un amplificateur haute fidélité. L'intermodulation rend le son mal défini à puissance élevée. Quand un orchestre joue à fort volume, on ne peut plus faire la différence entre une flute et un violon.

Les harmoniques

L'intermodulation s'entend plus que la déformation harmonique. Les guitares électriques utilisent des amplificateurs avec un taux d'intermodulation élevé pour produire un son plus plaisant avec beaucoup d'harmoniques. Le son est plus coloré, c'est un peu comme si plusieurs guitares jouaient en même temps.

La figure suivante montre la déformation d'un signal par la seconde et la huitième harmonique. Les harmoniques paires apparaissent dans tous les amplificateurs à lampes dès qu'ils fonctionnent à une puissance moyenne ou élevée.

Pour autant que la 8ieme harmonique est encore dans le spectre accoustique, elle s'entendrait plus fortement qu'une seconde harmonique (à amplitude similaire). En pratique les harmoniques supérieures deviennent plus faibles.

Clipping ou écrètage

Quand un amplificateur est en clipping (écrètage) on obtient d'autres déformations (nous montrons un amplificateur à transistors qui passe en clipping). Nous avons la fréquence à reproduire (en vert), le signal de sortie (jaune) et le signal d'erreur (en rouge). Le signal d'erreur est principalement une somme d'harmoniques impaires.

Un amplificateur en écrètage produit un son très désagréable. L'écrètage se produit avec des basses fréquences (dont l'amplitude est plus élevée). Ces basses fréquences (par exemple 110Hz) s'entendent moins, mais les harmoniques se trouvent dans la région où nos oreilles sont le plus sensible (330Hz, 550Hz, 770Hz,...). Les harmoniques s'entendent plus que la fréquence fondamentale, même si leur amplitude est moindre.

... et nous continuons avec les résistances d'arrêt et les condensateurs de cathode

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