Amplificateurs à tubes
Amplificateur bi-ampli
Petits détails

Les amplificateurs "bi-ampli" ont deux amplificateurs simples par canal. Un amplificateur servait pour amplifier les basses et l'autre pour les fréquences moyennes et élevées. Il existe aussi des amplificateurs "bi-ampli" dont les deux canaux sont identiques et qui étaient destinés à la stéréophonie.
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Bi-ampli original

On voit l'utilisation de plus en lus poussée de la bande FM fin des années 1950. Cette bande de radio permet une dynamique et une bande passante plus élevée, et pour profiter pleinement de la FM, il faut une partie audio adaptée.

Un amplificateur à lampes a un taux de distortion relativement élevé. L'effet audible, c'est un taux d'intermodulation élevé, qui rend le son mal défini. Une solution à ce problème, c'est de séparer les basses des autres fréquences. Les basses ont besoin de la puissance la plus élevée et produisent également un taux d'intermodulation élevé. Si on pouvait dès le préamplificateur séparer les basses des autres fréquences, on pourrait fortement réduire l'intermodulation et avoir un son plus clair.

Un second avantage de ce système bi-ampli, c'est de pouvoir utiliser un haut-parleur de basses séparé, sans avoir à utiliser un filtre (qui consomme de la puissance et réduit l'amortissement).

Ce système bi-ampli a été utilisé dans certains postes de radio Philips haut de gamme (B6X63A, BX740A).
A cette époque (1957), il s'agissait d'appareils monophoniques.

Le premier schéma montre le montage Bi ampli d'origine: une radio tout à fait classique, avec un tube moyenne fréquence supplémentaire, un EF85, mais on n'utilise pas la triode du EABC80. Par contre on utilise une double triode ECC83 pour avoir un controle de tonalité plus étendu. Le réglage du volume se trouve avant la première triode, le réglage des basses entre les deux triodes et celui des aiguës après les deux triodes. Ce réglage n'influence que la pentode destinée aux mid/aiguës (c'est la pentode supérieure). La pentode inférieure n'emplifie que les basses.

Le signal de chaque pentode est envoyé au haut-parleur correspondant. Le transfo pour les basses dispose d'un enroulement spécifique destiné à limiter le ronflement 100Hz (son fonctionnement est décrit plus bas).

Il est possible de brancher un haut parleur externe, qui reçoit alors la somme des deux signaux. Le signal pour un haut parleur externe n'est pas référencé à la masse.

Actuellement on utilise le même principe dans certains amplificateurs ésotériques qui ont une sortie séparée pour les fréquences basses et pour les fréquences plus élevées. Il faut ici utiliser des enceintes adaptées avec deux entrées. Le bi-wiring est une solution de facilité, où on utilise deux paires de cables par enceinte.

Bi-ampli seconde version

Le logo bi-ampli est ici utilisé pour des amplificateurs avec un seul étage de sortie, mais en montage SRPP. Il s'agit d'un circuit qui permet de se passer du transformateur de sortie, mais qui utilise deux pentodes de puissance EL86 et des haut parleurs à impédance de 800Ω. Dans la littérature interne, le montage est appellé OTL (Output Transformatorless), mais les commerciaux continuent à utiliser le terme Bi-ampli, qui s'est implanté et qui est devenu synonyme de "haut de gamme".

Il s'agissait également d'une série haut de gamme de Philips, mais sans le système bi-ampli d'origine. Ces postes de radio étaient équipés de deux haut parleurs, avec le signal pour le tweeter filtré par un petit condensateur en série. Le haut parleur de basse recevait le signal non filtré.

Un montage OTL bien conçu avait un taux d'intermodulation plus bas qu'un amplificateur typique single ended, ce qui pourrait un peu justifier qu'on continue d'utiliser l'appellation "Bi-ampli". Ce type d'amplificateur était également utilisé dans les nouvelles télés de l'époque car il permettait un son plus puissant avec le même taux de distortion.

Bi-ampli troisième version

Puis la stéréophonie est apparue. A cette époque, une amélioration technique mettait des années à s'implanter: on avait ainsi des disques stéréophoniques, mais les émissions de radio étaient encore en mono.

Philips lance une série de postes de radio avec deux haut parleurs, un de chaque coté de l'appareil, c'est la série "Plano" bien connue. Le placement des haut parleurs de chaque coté permettait de réduire la hauteur de la radio, de là le terme "Plano".

Il est possible de reproduire des disques en stéréophonie (les deux amplificateurs sont redevenus des amplificateurs simples avec une pentode EL84 par canal). Lors de la reproduction du signal de radio, les basses sont reproduites par le haut parleur gauche et les aigues par le haut parleur de droite. L'effet bi-ampli original réapparait ici, mais ce n'est pas l'idéal quand le son n'est pas diffusé vers l'avant.

Les ingénieurs de Philips se rendent assez rapidement compte que ce système où les fréquences basses et élevées sont séparées et envoyées de chaque coté de la radio n'est pas bon. Le filtre est simplement supprimé et en mode radio (mono) les deux amplificateurs reçoivent le même signal.

Et pour terminer, on voit l'apparition des décodeurs stéréo intégrés au design des radio existantes. Il s'agit alors d'un petit module transistorisé qui ne nécessite pas beaucoup de place et qui consomme tellement peu qu'il peut être alimenté par la tension de chauffage redressée.

La série suivante, qui intègre d'office le décodeur stéréo perd le logo "Bi-ampli", remplacé par le logo "Stéréo". Cette évolution s'est faite en plus de 10 ans.

Le poste à droite est un appareil de la série "Plano" de la dernière génération, mais sans possibilité de monter un décodeur stéréo. Pour la partie radio, les informations techniques radio se trouvent ici.

Pour la partie AM, la radio utilise des tubes standard: ECH81 préamplificateur HF, oscillateur et mélangeur, EF89 ampli moyenne fréquence, EBF89 diode de détection AM. Pour la FM, on utilise les tubes suivants: ECC85 préampli, oscillateur et mélangeur FM, ECH81 l'heptode est utilisée comme étage amplificateur, EF89 et EBF89 comme étages moyenne fréquence et EAA91 comme détectrice FM.

Pour l'amplification basse fréquence, nous avons un ECC83 où chaque triode amplifie un canal et deux EL84 comme étages de puissance. Il s'agit d'un montage Single Ended (SE) stéréo. La contre-réaction est non-linéaire et réduit la contre-réaction pour les basses fréquences, donnant le son classique des amplificateurs à lampes de l'époque.

Notez le montage particulier des transformateur de sortie: cela est fait pour à la fois réduire l'ondulation 100Hz et pour limiter la magnétisation résiduelle engendrée par le courant permanent dans le primaire du transfo. L'ondulation à 100Hz est assez présente car le filtrage est effectué par deux condensateurs de 50µF, ce qui est trop peu dans ce type d'ampli. Ce type de montage particulier est décrit sur la page des amplificateurs single ended. Il est repris tel quel des radios bon marché.

Et maintenant, que vais-je faire?

Gilbert Bécaud a disparu, et avec lui semble-t-il le montage bi-ampli. Si ce montage a des avantages indéniables (une élimination de l'intermodulation), il nécessite un montage plus complexe avec un nombre double de tubes de puissance.

Le filtrage s'effectue dans la partie basse puissance et les deux haut-parleurs d'une enceinte sont commandés directement à partir de l'ampli respectif. L'étage de filtrage est placé après le préampli et avant l'étage de puissance. La perte de puissance engendrée par le filtre est très faible et toute la puissance de l'étage final va au haut parleur.

En stéréo, le système bi-ampli nécessite 4 amplificateurs, deux pour les basses (avec par exemple un push pull avec EL84) et deux pour les aiguës (avec par exemple un push pull avec des tubes moins puissants comme une paire de EL90, EL91, EL85,...).

Le filtrage des basses et des aiguës ne permet pas d'éliminer le déphasage qui est engendré par tout filtre passe-bas ou passe haut et il faut une cellule de filtrage bien complexe pour éliminer ce défaut.

Systèmes bi-ampli modernes

Un système en mode bi-ampli a un avantage supplémentaire, c'est que les deux amplificateurs peuvent avoir une puissance de crête quatre fois moindre. Cela semble bizarre, mais un exemple va tout expliquer. Le système doit reproduire deux signaux d'une amplitude en pointe de deux unités (de +1U à -1U) d'une puissance P + P. Quand on additionne les deux signaux, on a un signal résultant de qui va de +2U à -2U. Mais la puissance qui doit être fournie est non pas le double, mais le double au carré, donc 4 × P. La puissance moyenne n'est pas quatre fois plus importante, mais la puissance instantanée (que l'ampli doit pouvoir restituer sans distortion) est quatre fois plus importante. Quand les signaux basse et mid/hautes fréquences sont séparés, les deux amplis doivent fournir une puissance P + P. De plus, il n'y a pas de puissance qui se perd dans les filtres.

Pour certaines applications où des puissances sonores élevées sont nécessaires (tout en ayant une distortion très faible) comme les moniteurs d'écoute sur scène, on utilise des systèmes de haut parleur avec amplificateur intégré qui fonctionne en mode bi-ampli (ou même tri ou quad).




Pour une application domestique, une séparation basse d'un coté et mid/aiguës de l'autre suffit (l'amplitude est la plus élevée avec les basses et l'effet de la distortion d'intermodulation est plus présent).

Si le haut parleur est à trois voies, on utilise un filtre passif pour séparer les aiguës des mids.

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