Le signal de 4kHz est modulé par le signal de 200Hz (son amplitude varie avec celle du signal 200Hz)

Nous partons de deux signaux de fréquence différente qui sont additionnés. On a par exemple le signal basse fréquence du piano et le signal haute fréquence d'un violon. Quand tout va bien, il n'y a pas d'influence d'un signal sur l'autre. Par contre, quand un élément non-linéaire est ajouté dans le circuit, il se produit une (inter)modulation: l'influence d'une fréquence sur l'autre. Au lieu d'une simple addition de deux signaux, il y a une multiplication: l'amplitude instantanée d'une fréquence influence l'amplitude de l'autre fréquence.

Intermodulation dans les amplificateurs

L'intermodulation fait apparaitre des harmoniques qui colorent le son. Le signal devient moins bien défini. On peut réduire l'intermodulation en augmentant la contre réaction, mais les puristes qui utilisent des triodes attrappent des boutons quand on parle de contre réaction.

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) les harmoniques paires sont fortement réduites, et donc aussi l'intermodulation.

Prenons par exemple un signal audio de 200Hz d'une amplitude de 75% de l'amplitude 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. Les fréquences basses ont une amplitude plus élevée pour produire le même effet auditif.

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. Il y a également une modulation inverse (du signal de 200Hz par le signal de 4kHz), mais elle ne se remarque pas en pratique.

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 images d'oscilloscope montrent le signal à l'entrée et en sortie d'un ampli single ended dont la pentode de puissance a une émission réduite. En pratique une telle distorsion d'intermodulation ne sera présente dans aucun amplificateur qui fonctionne correctement.

L'image suivante provient d'un amplificateur push pull dont la tension de grille écran est devenue trop basse à cause d'une résistance défectueuse (influence sur les deux tubes). Il y a une distorsion de croisement (crossover) quand le second tube doit prendre le relais du premier tube. Vous voyez les déformations de l'amplitude du signal en sortie (courbe jaune). La distorsion de croisement ondule au rythme de la fréquence basse, cela est visible au léger renflement de l'image lors du croisement.

Intermodulation recherchée

Les fréquences basses ne peuvent pas être repoduites, mais elles modulent les fréquences élevées, on entend un trémolo (variation rapide de l'amplitude) à la fréquence des basses. La seule chose qu'il faut, c'est que le signal complet arrive jusqu'au tube de puissance qui par sa caractéristique courbe va effectuer la modulation. On "entend" alors les fréquences basses, mais uniquement quand d'autres fréquences sont également présentes.

Attention, l'intermodulation (effet de trémolo) n'est pas la même chose que le battement. Le battement c'est quand deux fréquences très proches s'additionnent ou se réduisent. Si on a une fréquence de 1000Hz et une fréquence de 1001Hz, on entend un battement d'une fréquence de 1Hz. Il s'agit ici d'une simple addition de deux signaux qui sont en phase ou déphasés, il n'y a pas de modulation.

Modulation simple

Cette basse fréquence n'est généralement pas audible: elle est masquée par la fréquence principale. Cette très basse fréquence peut par contre modifier le fonctionnement de l'ampli: déplacement du point de fonctionnement, risque d'oscillations parasites très basse fréquence, clipping,...).

Cette composante très basse fréquence peut être éliminée en utilisant des condensateurs de couplage dont la valeur n'est pas trop élevée: la valeur des condensateurs doit être déterminée pour que la fréquence la plus basse à reproduire soit environ 10Hz. S'il y a plusieurs condensateurs de couplage, il faut prendre une fréquence plus basse (condensateurs de valeur plus élevée) car chaque condensateur de couplage réduit la bande passante.

Pour fortement réduire la distortion d'intermodulation, on peut utiliser un amplificateur bi-ampli dont le filtre de séparation est expliqué ici. Dans ce type d'amplificateur, on utilise des circuits séparés pour les basses et les fréquences moyennes et aigues. Certaines enceintes actives haut de gamme sont des bi-ampli.

Sur une page suivante j'explique comment mesurer les distorsions.