Préamplificateur MD & MC pour carte-son de PC

Pour peu que l’on dispose d’un PC doté d’un graveur de CD-ROM, on est en mesure, en principe, de mettre sa collection de vieux disques LD (Longue
Durée) 33 et 45 tours vinyle sur CD. Il faut cependant disposer dans ce cas-là d’un préamplificateur MD voire, le cas échéant, également, d’un préampli-
MC.

De nos jours, on ne trouve plus ce genre d’« accessoires » chez son vendeur du coin, ce qui nous amène à vous proposer de le réaliser vous-même.

 

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Spécifications :
– Sensibilité d’entrée MD : 2 mV
– Sensibilité d’entrée MC : 0,2 mV environ
– Signal de sortie nominal : 200 mV
– Rapport signal/bruit MD : 78 dBA (750 Ω en entrée) 88 dBA (entrée en court-circuit)
– Rapport signal/bruit MC : 70 dBA (750 Ω en entrée) 71 dBA (entrée en court-circuit)

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Figure 1. Lors de la gravure d’un disque LD on procède à une amplification des aigus et à une atténuation des graves. Le préamplificateur doit effectuer la
correction inverse.

La « production domestique » de CD a pris son envol. L’une des applications de cette technologie, car c’est bien de cela qu’il s’agit, qu’il est difficile de ne pas envisager, est la « numérisation » de collections de disques vinyle qui bien qu’« antiques » n’en sont pourtant pas moins très précieux.

Il est enfin possible de transférer l’« information musicale » vers un médium « inusable ».

Lors de la lecture d’une copie de disque LD moderne ainsi créée, on dispose alors des possibilités de programmation et de mélange (shuffle) telles que les possèdent tous les lecteurs de CD audio modernes.

Si tant est que l’on dispose d’un PC avec graveur de CD et d’une carte-son de qualité, la production de copies de disques LD est d’une simplicité étonnante.

Tout ce qu’il reste à faire est de relier, par une technique ou une autre, la table de lecture à la carte-son du PC.

Et c’est là malheureusement que le bât blesse, cette interconnexion ne se faisant pas toujours sans problème.

Tant que l’on se trouve en présence d’une installation audio dotée d’une table de lecture suffisamment mobile pour être placée à proximité du PC, pas de problème; on pourra utiliser tout simplement la sortie Ligne de l’amplificateur. Mais si cela n’est pas possible on se trouve obligé d’utiliser une table de lecture « autonome », empruntée ou non, et c’est là que commencent les misères.

La tension de sortie d’une cellule phonocaptrice est de l’ordre de 3 mV dans le cas d’un élément magnétodynamique (MD) et de 10 fois moins environ
(0,3 mV) dans celui d’une cellule à bobine mobile (MC = Moving Coil).

Il n’est pas nécessaire de vous convaincre que ces niveaux sont parfaitement incapables d’attaquer l’entrée Ligne d’une carte-son.

Il faut en outre faire subir au signal une correction en fréquence.

La correction RIAA :

Pour éviter, lors de la reproduction, que, d’une part, les aigus ne se perdent dans le bruit et, que de l’autre, les mouvements de la cellule phonocaptrice
(diamant ou saphir) ne deviennent trop importants dans le cas de signaux de graves, on procède, lors de la gravure d’un disque LD, à une double opération, une amplification des aigus et une atténuation des graves.

Les points de coupure de cette courbe de gravure définie par la norme RIAA se situent à 50, 500 et 2 120 Hz respectivement.

Lors de la reproduction il faut bien entendu procéder à l’opération inverse.

L’électronique de tout préamplificateur phono ou MD effectue, outre l’amplification requise, également ladite correction de fréquence.

Dans le cas d’un élément MC on ajoute un « pré-préamplificateur » qui introduit un gain de 10 fois (x).

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Figure 2. Synoptique du préamplificateur. À la coupure, un relais libère automatiquement l’entrée Ligne.

Le concept :

Le préamplificateur MC/MD décrit ici a été prévu tant pour les capteurs magnétodynamiques standards que pour les éléments MC à faible niveau de sortie (low output).

Bien que le présent montage ait été conçu, au départ, pour servir de convertisseur entre une table de lecture et un PC, rien n’interdit de l’utiliser avec un amplificateur Hi-Fi ne disposant pas d’une entrée phono.

La figure 2 vous propose le schéma synoptique d’une version stéréo de ce préamplificateur MC/MD. Chaque canal comporte un préamplificateur MC qui peut être mis hors-circuit par le biais d’un pont de câblage, suivi de l’amplificateur MD « classique » avec correction RIAA.

Nous avons prévu en outre, , au cas où la table de lecture serait connectée au PC pendant une période de longue durée, voire en permanence, une solution
permettant de disposer de l’entrée Ligne pour d’autres applications.

Pour éviter les déconnexions et reconnexions ennuyeuses des câbles, nous avons doté la sortie d’un relais à bascule de manière à ce que, lors de la mise hors fonction du préamplificateur MD/MC, la nouvelle entrée Ligne ainsi créée soit interconnectée automatiquement à l’entrée du PC.

L’alimentation fournit, outre les + et –15 V nécessaires aux amplificateurs opérationnels du préamplificateur, également le 20 V requis par le relais; elle est dotée en amont d’un filtre secteur destiné à éliminer les parasites, précaution qui est loin d’être inutile vu le faible niveau des signaux concernés.

Le schéma :

Sur le schéma représenté en figure 3 nous retrouvons, en bas, l’alimentation et, tout à droite, le préamplificateur MC basé sur IC3 et IC4.

Le préamplificateur MD repose, lui, sur IC1 et IC2.

En cas de connexion, aux bornes d’entrée K1 et K2, d’une table de lecture à élément MD, l’impédance d’entrée se situe à la valeur standard de 47 kΩ, cette valeur dépend en fait presque uniquement des valeurs données à R1 et R8.

Les condensateurs C1 et C6 déterminent la courbe de réponse en fréquence de l’élément entre 10 et 20 kHz, ce qui explique que leur valeur soit fonction des caractéristiques de l’élément MD présent dans la tête de lecture de la platine.

Les étages actifs de la partie MD font appel à des amplificateurs opérationnels du type LT1115, circuits intégrés caractérisés par un bruit d’entrée extrêmement faible, un courant de polarisation relativement faible et une tension de dérive (offset) d’entrée faible.

L’amplificateur MD présente, à la tension de sortie nominale de 200 mV et avec mise en court-circuit de l’entrée, un rapport signal/bruit intéressant de
88 dBA.

Dans la pratique, le bruit intrinsèque de l’amplificateur dépend principalement de l’impédance de l’élément du phono-capteur (l’impédance d’un élément MD courant est de l’ordre de 750 Ω + 450 mH).

Le gain nominal de IC1 et IC2 est fixé à 40 dB (à 1 kHz).

Le réseau RIAA, qui fait appel à des composants à tolérance de 1% uniquement est pris, entre les broches 2 et 6, dans la boucle de contre-réaction. C5 et C10 découplent une éventuelle tension de dérive, R6 et R13 servant à protéger les amplificateurs opérationnels contre des charges capacitives.

R7 et R14 permettent la charge des condensateurs C5 et C10 même en l’absence de charge, ce qui permet d’éviter les phénomènes bruyants à la mise sous tension.

Tant que la tension d’alimentation est présente, le relais Re1 est activé de sorte que la sortie de l’amplificateur MD se trouve connecté à l’embase de sortie
K3.

En cas de coupure de la tension d’alimentation le relais décolle automatiquement et l’entrée Ligne supplémentaire K4 se trouve reliée à l’embase de sortie.

L’activation du relais par l’intermédiaire de T1 se fait avec un certain retard, dû en particulier à C17, ceci en vue d’éviter les plops de mise en fonction. La résistance T15 assure une désactivation rapide du préamplificateur; de par sa présence, le relais décolle presque immédiatement.

Nous avons ajouté l’interrupteur S1 de manière à pouvoir basculer manuellement le relais entre le préamplificateur phono et l’entrée Ligne K4, sans avoir
à couper la tension du secteur.

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Figure 3. Le schéma se subdivise en 3 sous-ensembles : l’amplificateur MD avec IC1 et IC2, le préamplificateur MC, avec IC3 et IC4, et l’alimentation.

L’option MC :

Si le montage doit être utilisé avec un élément MD il faudra mettre en place les cavaliers JP1 et JP2; il ne sera pas nécessaire, dans ce cas-là, de réaliser le reste du circuit proposé en figure 3.

À l’inverse il faudra, si l’on veut utiliser une table de lecture à élément MC à faible niveau, laisser les contacts JP1 et JP2 ouverts, remplacer R1 et R8 par des résistances de 100 Ω et intercaler, par l’intermédiaire des embases K5 et K6, le « pré-préamplificateur MC », basé sur IC3 et IC4, dans le trajet du signal.

Il ne s’agit en fait de rien de plus que d’un amplificateur stéréo intégré au gain de l’ordre de 10 x.

Le seul détail remarquable est l’utilisation, pour R19 et R22, de résistances de valeur très faible (5Ω62), ceci en vue de réduire le plus possible le bruit intrinsèque.

Nous avons ajouté, entre la sortie et la contre-réaction, une résistance additionnelle sous la forme de R21 et R24, ceci en vue d’éviter de surcharger les amplificateurs opérationnels vu la faible résistance évoquée plus haut.

L’inconvénient de la limitation de largeur de bande passante qui en résulte est éliminé par l’utilisation d’amplificateurs opérationnels très rapides du
type LT1028.

Les condensateurs C18 et C20 éliminent d’éventuels parasites HF incidents, C19 et C21 limitent à quelque 150 kHz la largeur de bande du préamplificateur
MC.

Vu l’impédance faible d’un élément MC, la valeur de C1 et C6 est bien trop faible; mais rien n’interdit de laisser ces condensateurs sur la platine.

Nous avons de plus prévu, en vue d’éliminer efficacement les parasites véhiculés par la ligne d’alimentation, un filtrage additionnel de la tension d’alimentation de IC3 et IC4, dispositif prenant la forme d’une paire de gyrateurs basés sur T2 et T3.

L ‘alimentation :

L’alimentation reprend la recette transformateur + pont de redressement + condensateurs électrochimiques classique pris en amont d’une paire de régulateurs de tension intégrés, IC5 et IC6.

On dispose à leur sortie d’une tension symétrique de + et –15 V régulés.

Le 20 V requis par le relais est redressé et lissé séparément, R28 assurant un filtrage minimum. Vous aurez sans doute remarqué la présence, dans l’alimentation, d’un découplage HF plus conséquent que d’habitude.

Nous l’avons fait à dessein; en effet, vu la petitesse des tensions de signal mises en jeu, ces précautions sont plus que justifiées.

Nous avons en outre prévu un filtre secteur prenant la forme d’une self de choc standard de 2 x 27 mH, L1, combinée à une paire de condensateurs de
100 nF/250 VAC, sachant qu’à proximité d’un PC la tension du secteur est loin d’être exempte de parasites.

Lesdits condensateurs se doivent d’être du type classe-X2.

La LED D2 sert, pour finir, d’indicateur marche/arrêt.

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Figure 4. Les 3 parties évoquées dans le schéma se retrouvent au niveau du dessin de la platine où l’on pourra les séparer l’une de l’autre.

Liste des composants :

Résistances :
R1,R8 = 47kΩ5 (100 Ω) *
R2,R9 = 51Ω1
R3,R10 = 49kΩ9
R4,R11 = 768 kΩ
R5,R12 = 3kΩ92
R6,R13 = 100 Ω
R7,R14 = 220 kΩ
R15 = 3kΩ3
R16,R17 = 33 kΩ
R18 = *
R19,R22 = 5Ω62
R20,R23 = 47Ω5
R21,R24 = 475 Ω
R25,R26 = 1 kΩ
R27 = 6kΩ8
R28 = 10 Ω

Condensateurs :
C1,C6 = 100 pF/63 V 1% (EMZ) *
C2,C7 = 68 nF/63 V 1% (EMZ)
C3,C8 = 18 nF/63 V 1% (EMZ)
C4,C9 = 1nF5/63 V 1% (EMZ)
C5,C10 = 2μF2 MKT au pas de 5/7,5 mm
C11 à C14,C30,C31,C38,
C39 = 100 nF
C15 à C17,C26,C27 = 100 μF/25 V radial
C18,C20 = 10 nF
C19,C21 = 22 nF
C22 à C25 = 470 nF
C28,C29 = 4μ7/63 V radial
C32,C33 = 470 μF/40V radial
C34 à C37 = 22 nF céramique
C40 = 100 μF/40V radial
C41,C42 = 100 nF 250 VAC classe X2

Selfs :
L1 = 2 x 27 mH 0,4A/250VAC
B82721-K2401-N21 (Siemens)

Semi-conducteurs :
D1 = 1N4148
D2 = LED verte à haut rendement
D3,D4 = 1N4002
B1 = B80C1500 (carré)
T1 = BC547B
T2 = BC550C
T3 = BC560C
IC1,IC2 = LT1115CN8 (Linear Technology)
IC3,IC4 = LT1028CN8 (Linear Technology)
IC5 = 7815
IC6 = 7915

Divers :
JP1,JP2 = embase mâle à 2 contacts + cavalier *
K1,K2 = embase Cinch encastrable (MonacorT-709G par exemple)
K3,K4 = jack 3,5 mm stéréo encastrable (Conrad :nr. 73 28 93-55 par exemple)
K5,K6 = embase à 1 rangée de 8 contacts *
K7 = bornier encastrable à 2 contacts au pas de 7,5 mm
S1 = interrupteur unipolaire
Re1 = relais V23042-A2005-B101
24V/2210 (Siemens)
Tr1 = transformateur secteur, sec.
2 x 15 V/3VA3 (tel que, par exemple, Monacor VTR-3215)

La réalisation :

Nous avons, cela va de soi, dessiné une platine pour ce montage.

La figure 4 en donne le dessin des pistes et la sérigraphie de l’implantation des composants.

Le circuit imprimé est, à l’image du schéma, subdivisé en 3 parties que l’on pourra séparer d’un trait de scie.

Dans la pratique, cette approche se justifie par le fait que l’on ne réalisera le préamplificateur MC que si on en a besoin, et qu’il est préférable de disposer
l’alimentation, en raison des champs parasites induits par le transformateur, le plus loin possible de la platine du préamplificateur.

Pour peu que l’on respecte la liste des composants et la sérigraphie de l’implantation des composants, la réalisation de ce montage ne devrait pas poser de problème majeur. Permettez-nous l’une ou l’autre remarque.

La platine a été dotée d’embases Cinch, K1 et K2, sur lesquelles viendra se brancher la table de lecture.

Des embases dorées éliminent tout risque d’oxydation et garantissent ainsi, à moyen et long terme, le meilleur contact. L’entrée et la sortie Ligne prennent
la forme d’embases jack 3 mm classiques.

Il faudra utiliser pour C1 à C4 et C6 à C9, des condensateurs de 1% de tolérance si l’on veut disposer d’une correction RIAA précise.

L’expérience nous a appris qu’il semblait problématique, actuellement, de mettre la main sur les condensateurs styroflex de 1% classiques de Siemens, raison pour laquelle nous avons utilisé, sur nos prototypes des condensateurs de chez EMZ, société qui utilise, comme diélectrique sur ses condensateurs, tout aussi bien du polystyrène que du polypropylène.

Un mot au sujet du relais. Nous avons opté en toute connaissance de cause pour un modèle 24 V sachant qu’il consomme moins de courant qu’un relais 12 V et que partant le ronflement résiduel qu’il produit exerce une influence bien moindre sur le préamplificateur.

Notre relais nécessite 18 V au minimum pour être activé, de sorte que les 20 V dont nous disposons conviennent parfaitement. On pourra, en cas d’utilisation d’un autre type de relais, en jouant sur la valeur de R18, ajuster le courant d’activation à une valeur moindre.

Si vous utilisez le relais donné dans la liste des composants vous pouvez remplacer R18, devenue superflue, par un pont de câblage.

tab1

Le tableau 1 donne les composants dont il faudra modifier la valeur au cas où le niveau Ligne de votre carte-son serait trop important.

Normalement cela ne devrait pas être nécessaire. Un mot pour terminer au sujet de la platine enfichable du préamplificateur MC. Nous avons prévu sur la
platine , à son intention, un connecteur, K5, qui est en fait la moitié d’un support de circuit intégré à 8 contacts tulipe.

On pourra doter la platine du préamplificateur MC de la version mâle à broches longues correspondante, mais rien n’interdit non plus d’utiliser 8 morceaux de queues de résistance de 15 mm de long et de 0,8 mm environ de diamètre.

La photographie de la figure 5 montre le résultat de l’opération. Les lignes d’alimentation de la mini-platine MC ne passent pas par le connecteur K5, mais
prennent la forme de 3 picots distincts implantés sur le côté « pistes » de la platine, ceci en vue d’isoler les courants d’alimentation des très faibles signaux d’entrée.

Blindage :

Nous avons évoqué plus haut la nécessité d’éliminer les signaux parasites.

Nous ne vous apprenons rien en vous disant, doux euphémisme, que l’intérieur d’un PC et son environnement immédiat sont loin d’être des endroits exempts de parasites. Il est donc recommandé de placer le préamplificateur à l’intérieur d’un boîtier métallique assurant un bon blindage.

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Figure 5. Voici l’un de nos prototypes terminé, doté de la platine MC enfichable.

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