Les transistors produisent une distorsion encore plus importante, mais elle est controlée par une contre-réaction très poussée.

Le signal sur la grille de commande est correct, mais le signal sur l'anode est fortement déformé à cause de la courbe de fonctionnement du tube. Dans un amplificateur simple (préampli et étage single ended), ce sont surtout des harmoniques paires qui apparaissent.

Une flute produit un son très pur, on ne remarque que la fréquence principale, les harmoniques sont très faibles. Le son d'un violon est par contre très coloré: il contient de nombreuses harmoniques. Avec un amplificateur avec une bande passante très limitée (par exemple un caisson de basses) on ne sait plus faire la différence entre le son d'un violon et d'une flute, car les fréquences plus élevées ont toutes été filtrées.

On fait souvent la différence entre des harmoniques paires et impaires, mais on n'entend pas la différence en pratique. La différence entre harmonique paire et impaire est surtout destinée à déterminer d'uù vient la distorsion.

Si on ajoute un signal de fréquence double au signal de base, on obtient un signal qui ressemble très fort au signal à la sortie de notre ampli. Notre ampli a donc ajouté une harmonique au signal qu'il a reçu sur sa grille.

Effets positifs de la distorsion harmonique

Un autre résultat de la distorsion harmonique, c'est qu'elle nous permet d'entendre des fréquences basses que la chaine n'est pas en mesure de reproduire. Certains postes de radio bon marché ont été conçus pour tirer parti de cet effet: ils utilisent un transformateur de sortie beaucoup trop faible et un haut parleur trop petit pour pouvoir reproduire les fréquences les plus basses, et pourtant on les entend dans le haut parleur: c'est l'intermodulation.

Réduire les distorsions harmoniques

Une première méthode pour réduire les distorsions, c'est d'ajouter une distorsion en sens inverse qui va compenser la distorsion existante. On combat le mal par le mal en quelque sorte.

Dans certaines radios, on voit que la tension anodique du tube préamplificateur est trop basse pour un fonctionnement correct. Dans les pays anglo-saxons on appelle ce point de fonctionnement "starved", affamé. L'étage préampli produit des distorsions inverse à celles que produit l'étage de puissance, et ces deux distorsions s'annullent pratiquement. Il n'est pas possible d'éliminer directement la distorsion du tube de puissance, car l'amplitude du signal est trop grande, et quelle que soit la polarisation, il y a toujours des distorsions.

Cette technique où on compense à la source l'erreur qui va se produire en chemin s'appelle une commande prédictive. Elle est utilisée dans les systèmes de régulation.

Le circuit à gauche provient d'une radio à lampes bon marché, constuite sans transformateur d'alimentation et avec des composants juste suffisants. La tension sur l'anode de la triode est un peu trop basse et produit des déformations qui compenseront celles introduites par la pentode. Le schéma complet de la radio AM se trouve ici.

Un autre système pour réduire les distorsions, c'est d'ajouter une contre-réaction. Elle va renvoyer une partie du signal en sortie vers l'entrée, qui va comparer les deux signaux: le bon signal à l'entrée et le signal déformé. Le comparateur va produire un signal tel qu'il corrige les distorsions. C'est un système qui n'est guère appliqué dans les postes de radio, car il réduit l'amplification et nécessite donc un tube supplémentaire. Il est par contre utilisé dans la plupart des amplificateurs de puissance. La contre réaction est décrite plus en détail ici.

En plus des harmoniques du second ordre, nous avons également des harmoniques d'ordre plus élevé. Ces harmoniques sont souvent créées dans l'instrument de musique même (cordes de piano ou tuyaux d'orgue qui entrent en résonance).

Les harmoniques produites dans l'ampli s'estompent rapidement avec la fréquence, sauf si l'ampli est vraiment surchargé. C'est par exemple le cas avec un ampli de guitare qui est conçu pour travailler en dela de ses limites. Comme un ampli à lampes produit un son correct quand il est surchargé, il est préféré aux amplificateurs à transistors.

L'image à gauche montre la distorsion par une harmonique de rang 2 et de rang 8. On entendra plus fort l'harmonique de rang 8 pour autant qu'elle se trouve dans le spectre des fréquences audibles. A amplitude identique, les harmoniques de rang élevé s'entendent plus fort, mais en pratique elles deviennent plus faibles.

Jusqu'à présent, nous n'avons parle que d'harmoniques paires (dont l'harmonique de rang 2 est la plus présente). On peut réduire ces harmoniques en utilisant un montage symmétrique (push pull).

Un amplificateur push pull peut également produire des distorsions, mais elles sont symmétriques. Le signal est applati en haut et en bas. Un amplificateur qui est mal réglé produit également une distorsion de crossover (distorsion de croisement).

Il faut bien se rendre compte qu'un ampli push pull d'une puissance donnée donnera un son plus propre que celui d'un ampli single ended. Les distorsions d'un ampli single ended apparaissent déjà à une puissance moyenne, tandis que celles d'un ampli push pull n'apparaisent que quand l'ampli est près de la saturation.

On dit souvent que les harmoniques impaires dérangent plus que les harmoniques paires. C'est pour cela que les puristes (qui ne voient pas la différence entre un trombone et une contrebasse) préfèrent les ampli single ended (qui produisent des distorsions paires) et refusent les ampli push pull (qui quand il déforment le signal produisent plus de distorsions impaires). Ceux qui ont étudié la musique savent très bien que c'est de la foutaise. En musique il y a de nombreux accords qui produisent des harmoniques impaires.

En fait ce ne sont pas vraiment les harmoniques qui posent problème, mais l'intermodulation.