Pour mesurer spécifiquement les distorsions dans un amplificateur audio, on utilise un circuit accordé basé sur le pont de Wien (également utilisé pour les générateurs). Le circuit accordé à pont de Wien a comme avantage qu'il ne nécessite ps de selfs, qui seraient beaucoup trop volumineuses pour les fréquences audio.

Un comparateur compare ce signal pur (passé par le filtre) au signal à mesurer et la différence est la distorsion du signal. Le petit schéma montré ici nécessite encore un circuit redresseur parfait (avec un a-op) pour envoyer le signal à un galvanomètre.

Le circuit utilise une contre réaction positive pour avoir une bande passante plus étroite. Sans cette contre réaction, le filtre laisse passer en partie la seconde harmonique (et même la troisième harmonique), donnant un taux de distorsion trop faible.

Le circuit montré ici est un exemple: il existe d'autres types de circuits, qui ont chacun des avantages et des inconvénients. Un des problèmes du filtre de Wien est la réduction de signal et le fait que le signal d'erreur peut être très faible: il faut des a-op avec un bruit de fond très faible et un fonctionnement linéaire à toutes les fréquences et amplitudes.

On parle souvent d'harmoniques et de distorsion harmonique, car il a été prouvé qu'un signal répétitif pouvait être décomposé en une série de fréquences harmoniques de la fréquence fondamentale. Ces harmoniques sont toutes des sinusoïdales. Dans l'analyse de la distorsion, l'appareil élimine la fréquence fondamentale (produite par le générateur sinusoïdal) et tout ce qui reste c'est la distorsion, qui peut être décomposée en différentes fréquences sinusoïdales.

La distorsion est faible par rapport au signal fondamental. Même une onde très fortement déformée (un signal en crénaux) ne produit qu'une distorsion d'environ 45% (la distorsion est la composante non-sinusoidale du signal en sortie de l'ampli à tester). Mais certaines distorsions s'entendent plus, et c'est pour cela qu'un taux de distorsion "corrigé" ou pondéré a vu le jour (pour encore un peu plus compliquer l'affaire).

Les anciens amplificateurs à lampes avaient une puissance indiquée avec un taux de distorsion de 10%. Mais à quoi ressemble un signal déformé de 10%? L'image à droite montre une seconde distorsion harmonique de 10%. Heureusement que ce type de distorsion ne s'entend pratiquement pas. Mais cette distorsion produit une intermodulation qui était utilisée pour fabriquer des basses là où il n'y en a pas: les fréquences basses ne peuvent pas être transmise par le petit transfo, mais elles produisent une modulation qui peut être entendue.

Mon générateur de fréquences a un taux de distorsion propre de 0.006%, ce qui veut dire que je ne peux pas mesurer de distorsions inférieures à ce niveau. Ici le signal est envoyé directement du générateur à l'analyseur sans passer par un ampli. En pratique un tel taux de distorsion ne pose aucun problème, les distorsions inférieures à 0.1% ne s'entendent pas et cela ne sert à rien de mesurer des distorsions inférieures à 0.1% (n'en déplaise aux puristes).

Procédure manuelle

Il faut ensuite égaliser les niveaux qui sont envoyés au comparateur (partie cyan): le signal du circuit accordé et le signal à mesurer. Ici aussi il faut que la valeur affichée soit la plus faible possible (le moins de différence possible).

La valeur mesurée est le taux de distorsion total. La distorsion est la différence entre un signal parfait et le signal mesuré à la sortie de l'appareil de test (amplificateur).

La mesure de la distorsion n'est possible qu'avec un signal sinusoïdal (puisque c'est le seul signal, qui quand il n'est pas déformé se compose d'une seule fréquence). Certains distorsiomètres sont équipés d'un générateur de sinus intégré.

Mesure automatique

L'accord automatique peut se faire via la différence de phase entre le signal à mesurer et le signal à la sortie du filtre.

Certains analyseurs permettent de déterminer les harmoniques: ils ont un second circuit accordé, par exemple sur la seconde harmonique. On mesure le signal à la sortie du filtre. Ici il faut accorder le filtre pour avoir le signal le plus fort possible: la mesure indique la quantité de la seconde harmonique. On peut continuer ainsi de suite pour la troisième harmonique, etc.

Mesure de la distorsion par ordinateur

Les cartes plus pointues ont une vitesse d'échantillonage de 96kHz (et même 192kHz) permettant d'utiliser une fondamentale de 10 à plus de 20kHz. Ces cartes numérisent à 24 bits, permettant une mesure de la distorsion à 0.002%, ce qui est amplement suffisant pour tester des amplificateurs audio. N'oubliez pas que dans la chaine audio, c'est le haut parleur qui donne le taux de distorsion le plus élevé, et en pratique cela ne sert à rien d'avoir un taux de distorsion inférieur à 0.1%.

C'est le logiciel qui détermine les possibilités de la carte son. Généralement le résultat est fourni sous forme d'analyse de spectre (avec des pics aux différentes fréquences harmoniques) ce qui oblige à additionner géométriquement les différentes harmoniques pour arriver au taux de distorsion. Pour utiliser la carte son comme analyseur de distorsion, il faut un logiciel spécifique.

Keithley 2015 THD multimeter

J'utilise un analysateur Keithley (une firme reprise par le géant Tektronix) qui peut également être utilisé comme multimètre extrèmement précis. La mesure de la distorsion est en fait une mesure très précise du rapport entre deux tensions alternatives.

L'appareil effectue une mesure totalement automatique, pour autant que le signal à analyser n'est pas trop déformé. Le Keithley n'arrive par exemple pas à déterminer la fondamentale quand on lui donne un signal carré.

Le Keithley, ainsi que la plupart des analysateurs ne permettent pas de mesurer les distorsions linéaires, puisque l'appareil ne reçoit pas le sigbal à l'entrée de l'appareil à tster. Les distorsions linéaires ne modifient pas la forme du signal, mais provoquent des changements d'amplitude et de phase selon la fréquence.

Il n'est donc pas possible de mesurer rapidement la bande passante d'un ampli. Un sweep avec image sur oscilloscope permet de rapidement évaluer la bande passante d'un ampli.