Préamplificateur RIAA – Équipé du tube ECL 86

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En dépit des CD et du traitement numérique du signal audio, le dernier carré des défenseurs du disque vinyle résiste toujours. Et ses membres préfèrent jouir de leurs trésors analogiques dans le cadre idoine de la technique des tubes.

Le disque en vinyle a joué pendant près d’un siècle un rôle important de support de la parole et de la musique. Bien que le CD lui ai entre-temps ravi la vedette, le disque analogique est encore très répandu.

Des centaines de millions de disques sont entreposés dans des archives et les casiers de disques de particuliers. Il s’y trouve des documents dont la perte serait irréparable, des pièces de collection, de nombreux enregistrements banals qui reflètent l’esprit du temps et ses techniques d’enregistrement, à côté d’enregistrements d’une qualité technique et artistique étonnante.

Pour les mordus de l’analogique, il existe encore une marque de disques fournissant des rééditions et même de nouveaux pressages. Les prix sont assez élevés, en partie à cause du petit nombre d’exemplaires, mais aussi à cause du haut niveau de qualité.

Si l’on effectue une comparaison directe sur une installation stéréo de bonne qualité, un disque vinyle peut sans autre atteindre ou même dépasser la
qualité d’un CD.

Les seuls inconvénients sont les bruits produits par la lecture mécanique et les craquements dus à la poussière et aux décharges électrostatiques. Ces facteurs expliquent la demande pour de bons préamplificateurs correcteurs de distorsion, dont des modèles basés sur des tubes.

Et la boucle est bouclée.

Avant la venue des semi-conducteurs tout était basé sur les tubes.

Cela exerçait aussi une influence sur la technique d’enregistrement et le son. Si les signaux provenant des disques sont de nouveau amplifiés par des tubes, on se rapprochera de la couleur sonore d’antan.

Et c’est en quoi cette proposition de montage trouve sa justification.

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Figure 1. Schéma du préamplificateur RIAA à transformateur d’entrée facultatif.

Amplificateurs opérationnels à tubes :

Un préamplificateur correcteur de distorsion à tubes n’est pas comparable à une version équipée de semiconducteurs.

Les amplificateurs opérationnels ont une très haute amplification en boucle ouverte, de sorte qu’on dispose de réserves suffisantes pour une contre-réaction. Il faudrait déployer un effort considérable pour obtenir de telles réserves d’amplification en boucle ouverte avec des tubes.

Ces concepts sont basés la plupart du temps sur de doubles triodes ou des pentodes de préamplificateur B.F. C’est pourquoi le préamplificateur
présenté ici s’écarte encore une fois quelque peu des sentiers battus et, comme on le voit dans le schéma du préamplificateur correcteur de distorsion de la figure 1, est basé sur le tube ECL86.

Une triode B.F. couplée à une pentode d’étage final B.F. qui fournit un courant élevé peut jouer le rôle d’amplificateur opérationnel (amplification et résistance d’entrée élevées, basse résistance de sortie).

Pour comprendre le fonctionnement global du circuit, examinons tout d’abord chaque fonction en détail. Lorsque le réseau de contre-réaction R11/R12/C10 à C13 n’est pas connecté, l’amplification en boucle ouverte du système de tubes est déterminée par son montage.

Un condensateur électrolytique de capacité élevée est branché en parallèle sur la résistance de cathode de la pentode.

L’amplification de la pentode est donc donnée par v = Ra⋅S (voir le calcul de l’amplification encadré).

Dans le cas de la triode, R5 fixe le point de travail à courant continu. C7 agit comme un court-circuit pour la tension alternative, de sorte que les résistances R5 et R6 sont en parallèle.

La triode n’atteint pas l’amplification théorique à cause de la contre-réaction de la résistance de cathode. En l’absence de toute contre-réaction, la triode telle qu’elle est montée aurait une amplification de 77, la pentode atteindrait 90.

Le facteur d’amplification total serait de 6 930, soit environ 76,5 dB. Mais la contre-réaction diminue sensiblement la valeur 77 de l’amplification de la triode. Il faut aussi compter avec la dispersion des caractéristiques des tubes.

L’amplification de base à 1 kHz est donc d’environ 35 dB. Cela n’est pas follement élevé mais présente par contre un grand avantage : il est possible
d’utiliser n’importe quel tube sans avoir à effectuer un tri préalable.

Nous vous épargnerons une description plus détaillée du circuit car le rôle des composants individuels est évident. Le fonctionnement du circuit comportant un tube ECL86 est décrit en détail dans l’article sur le préamplificateur à tubes.

L’alimentation secteur qui y est décrite peut être utilisée sans changement pour le circuit décrit ici. La qualité des composants doit répondre exactement
aux indications de la liste de pièces.

Cela permet d’atteindre sans peine les valeurs de mesure indiquées dans les caractéristiques techniques.

Ce circuit ranimera vraisemblablement la discussion enflammée sur le passage des signaux par des condensateurs électrolytiques.

Les condensateurs électrolytiques sont imbattables lorsqu’il s’agit de disposer de capacités élevées dans le volume le plus restreint possible.

Le couplage à basse impédance des signaux est donc assuré même aux fréquences les plus basses. En outre, on a accompli plus de progrès techniques au cours des dernières années dans le domaine des condensateurs électrolytiques que dans celui des autres composants passifs.

Il est conseillé de monter le circuit et de laisser les résultats parler d’eux-mêmes. Mais chacun reste libre d’expérimenter avec d’autres condensateurs.

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A

La figure A montre la déviation par rapport à la courbe RIAA. La déviation relative reste entre +0,8 dB et -0,5 dB avec une charge de 47 kΩ. À cause de la valeur élevée de l’impédance de sortie, une déviation peut se produire pour d’autres charges, particulièrement aux fréquences basses.

B

La figure B reproduit le spectre de fréquence à 200 mV/1 kHz avec une charge de 100 kΩ. On peut constater que les valeurs THD+N proviennent
presque exclusivement de la partie bruit. Les pointes à 25 kHz et plus causées par l’alimentation à découpage sont si basses (moins de –90 dB) qu’elles n’exercent non seulement aucune influence sur les mesures mais sortent de surcroît complètement des limites d’audition de l’espèce humaine.

MM ou MC ?

Nous arrivons maintenant à un détail très intéressant de l’entrée du circuit.

Lorsqu’un système MM (Moving Magnet ou système magnétodynamique) ordinaire est utilisé, on le raccorde directement à C3. R3 fournit dans ce cas la résistance de charge standard de 47 kΩ. R2 ne sert que de dérivation pour les tensions statiques continues. C2 peut être inclus si nécessaire. La linéarité de la courbe de réponse exige qu’une charge capacitive spécifique soit utilisée pour chaque système magnétique.

Dans la plupart des cas, les câbles de raccordement du tourne-disque sont dimensionnés de telle façon que leur capacité ajoutée aux capacités de couplage assurent une valeur correcte de la charge.

Si cela ne suffit pas, il faut monter C2 pour compenser. On se sert en règle générale d’un condensateur céramique dont la valeur est située généralement entre 10 pF et quelques centaines de picofarads.

Si un systèmes électrodynamique (Moving Coil) est utilisé, il est préférable de recourir à un transformateur d’entrée. La qualité de reproduction des systèmes électrodynamique est intrinsèquement bien meilleure que celle des systèmes magnétodynamiques.

Un inconvénient : leur tension de sortie est plus faible d’un facteur 10. Le transformateur R-110 compense cet inconvénient. Il s’agit d’un transformateur toroïdal capsulé dans du mumétal qui élève la faible tension du signal d’un facteur 10 (= 20 dB) pratiquement sans produire de souffle et avec une distorsion
extrêmement faible.

Les transformateurs ne peuvent produire que de la distorsion impaire. Le facteur de distorsion harmonique dépend du niveau primaire et de la fréquence.
Plus la fréquence est basse et plus le niveau est élevé, et plus le facteur de distorsion harmonique sera élevé.

Le transformateur R-110 a été mesuré à 1 mV, une bonne valeur de référence pour les systèmes MC.

Le blindage en mumétal du transformateur est relativement coûteux mais, hélas, indispensable. En effet, chaque perturbation magnétique qui parviendrait à pénétrer serait aussi amplifiée et contribuerait à détériorer le rapport signal/bruit.

Le transformateur permet de s’épargner les dangereuses acrobaties en techniques d’amplification qui seraient sinon nécessaires. Mais pour qu’il
soit parfaitement adapté, il importe de veiller à un certain nombre de points cruciaux.

Le transformateur utilisé transforme la tension d’un facteur ü = 10. Tandis que la tension est multipliée par un facteur ü , l’impédance, elle, est transformée par ü2.

Donc, si le transformateur est fermé par exemple par une résistance de 47 kΩ, le système électrodynamique « voit » une impédance terminale de
R = R3/ü2 = 47 kΩ/102 = 470 Ω.

C3 doit avoir une capacité élevée pour que cette basse impédance puisse influer sur l’entrée de l’amplificateur.

La fréquence de coupure à 3 dB se situe dans ce cas vers 0,07 Hz.

L’entrée de l’amplificateur « voit » donc la basse impédance, ce qui exerce une influence favorable sur le comportement du souffle.

Le blindage dont est muni le transformateur entre l’enroulement primaire et secondaire dérive les perturbations vers la masse.

Pour adapter correctement un système électrodynamique, il est nécessaire de tenir compte des informations contenues dans sa fiche de données. Si par exemple une résistance de charge de 1 kΩ est requise, il faut augmenter la valeur de R3 jusqu’à 100 kΩ. Le système « voit » ainsi la résistance de charge
désirée ; la résistance interne du système électrodynamique constitue l’impédance de source pour l’amplificateur.

R2 est rendue superflue par la présence du transformateur car le courant continu peut passer par l’enroulement.

C2, C1 et R1 permettent de corriger la courbe de fréquence. C2 représente la charge capacitive qui doit être introduite en fonction du système et des capacités de couplage.

Selon le jeu de valeurs, une pointe de résonance peut apparaître dans le domaine audible. Elle peut être éliminée par R1 et C1 pour atteindre une courbe
de fréquence linéaire. S’il est nécessaire d’avoir recours à C1 et R1, choisir leurs valeurs dans le domaine de 22 pF à 1 nF et de 5 kΩ à 20 kΩ.

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Figure 2. La platine mono est disponible.

Liste des composants :

Résistances :

(à film métal 0,7 W, 1% de tolérance, MO = 5% de tolérance)
R1 = cf. texte
R2 = 1 MΩ (cf. texte)
R3 = 47 kΩ
R4 = 220 kΩ, MO 2 W
R5,R6 = 1kΩ5
R7 = 4kΩ7
R8 = 680 kΩ
R9 = 220 kΩ, MO 2 W
R10 = 560 Ω
R11 = 1MΩ2
R12 = 68 kΩ
R13,R14 = 18 kΩ, MO 4,5 W
R15 = 270 Ω, MO 2 W
R16 = 8kΩ2
R17 = 10 kΩ

Condensateurs :
C1,C2 = cf. texte
C3 = 47 μF/35 V bipolaire
C4 = 47 μF/450 V axial
C5 = 2μF2/400 V, RM5
C6 = 47 μF/450 V axial
C7,C8 = 220 μF/25 V, RM5
C9 = 47 μF/450 V axial
C10,C11 = 3nF3, 2,5% polypropylène 100 V mini.
C12 = 1nF5, 2,5%, polypropylène, 100 V mini.
C13 = 1nF, 2,5 %, polypropylène, 100 V mini.

Divers :
Rö1 = ECL 86 socle Noval céramique pour montage sur platine platine époxy armée fibres de verre avec cuivre de 70 μm
Transformateur MC (Moving-Coil) R-110, cf. texte

Conseils de réalisation :

La liaison du système MC par connecteurs XLR doit être aussi symétrique que possible. Ce n’est qu’à cette condition que le très faible signal de la tête de lecture sera transmis sans perturbations à l’entrée de l’amplificateur.

Raccorder la tresse de blindage à la broche 1 du connecteur XLR. Le petit tableau suivant donne tous les détails :

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En l’absence de transformateur pour le système électrodynamique, il faut utiliser une liaison quasi symétrique par connecteurs Cinch au lieu de la
liaison asymétrique usuelle.

Le blindage et les conducteurs de couleur bleue et verte sont raccordés l’un à l’autre dans le connecteur Cinch. Le blindage n’est donc dans ce cas pas
non plus soumis à un signal.

Le circuit d’amplification, bien qu’assez simple, possède de très bonnes propriétés intrinsèques. Pour en tirer le meilleur parti possible, il est indispensable
d’effectuer le montage avec le plus grand soin.

Le circuit d’amplification est mono, une platine est utilisée pour chaque canal (figure 2).  Les 2 platines doivent être montées dans un boîtier  généreusement dimensionné faisant office de blindage, loin des sources de perturbations.

Une plus grande distance ou –faute de place– une plaque de blindage entre les platines assure une bonne séparation des canaux.

L’influence sur le son est extrêmement positive. La norme exige >26 dB à 1 kHz, ce qui peut être atteint.

L’alimentation ne doit être en aucun cas placée dans le boîtier de l’amplificateur.

Seules les platines d’amplification doivent se trouver dans le boîtier de métal amagnétique, l’alimentation externe sera placée à une distance suffisante du préamplificateur correcteur de distorsion.

La haute tension et la tension de chauffage doivent être bien filtrées, séparées de la masse et transmises par câbles séparés à la partie amplificatrice. On évite ainsi la superposition des courants de la haute tension et du chauffage qui pourrait accroître le bruit de fond.

Les prises d’entrée et de sortie de l’amplificateur doivent être séparées de la masse. Le raccordement du pôle négatif de la haute tension, de celui du chauffage et du boîtier à la masse du signal est effectué à un seul endroit de l’amplificateur.

L’alimentation est donc séparée de la masse et ne produit aucun ronflement.

Lorsque les lignes du signal et le châssis du tourne-disque n’ont aucune liaison commune, il faut relier le châssis du tourne-disque au boîtier de l’amplificateur par la liaison appropriée (noire).

Le tube ECL86 est chauffé à 6,3 V et consomme 0,66 A. Il faut raccorder les filaments en série pour parvenir à la tension de chauffage DC de 12,6 V.

Si le montage a été exécuté avec soin, rien ne devrait venir troubler votre plaisir auditif. Même la qualité des anciens disques mono est indubitablement meilleure avec une tête de lecture stéréo qui présente un comportement de lecture bien supérieur à un système mono.

Un amplificateur à faible bruit et faible distorsion, principalement d’ordre 2, et possédant une excellente séparation des canaux devrait contribuer largement à revaloriser une collection de disques.

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Calcul du gain :

L’amplification d’une triode est donnée par sa pente sa résistance interne et la valeur de la résistance d’anode Ra.

La formule est : v = Ra⋅Sd, où Sd est la pente dynamique.

La valeur de la pente statique et de la résistance interne se trouve dans le manuel de données des tubes. La pente dynamique qui, en fin de compte, détermine le facteur d’amplification de la triode doit être calculée sur la base de

for

où :
Sd = Pente dynamique
S = Pente statique
Ri = Résistance interne
Ra = Résistance d’anode

Dans le cas des pentodes, on a v = Ra⋅S.

Une tolérance de 5 % de la résistance d’anode est déjà considérée comme très précise ; en effet, la dispersion de nombreux paramètres des composants actifs peut être considérable.

Lorsque le manuel indique 1,6 mA/V comme pente pour l’ECC83, cela peut très bien signifier que cette valeur fluctue de ±30 % ou plus. La résistance interne se monte à 62,5 kΩ.

Étant donnée la résistance d’anode, chacun est à même de calculer facilement le domaine de fluctuation de l’amplification.

Le tube ECL86 est composé d’un demi ECC83 et d’une pentode B.F. avec une pente de 10 mA/V.

Gravure selon RIAA :

RIAA est l’abréviation de Record Industry Association of America. Cette organisation a déterminé la façon dont un disque devait être gravé et reproduit pour que n’importe quel disque puisse être reproduit par n’importe quel tourne-disque et ce, dans le monde entier.

À quoi sert vraiment cette fameuse courbe RIAA ?

Pour enregistrer un disque, il faut tout d’abord définir la distance entre les sillons. Plus cette distance est faible et plus la capacité d’une face du disque augmente. Cela s’effectue aux dépens de la modulation maximale, donc de la dynamique.

La modulation maximale est fonction de la largeur du sillon ; un dépassement de cette limite conduirait à un chevauchement des sillons. Ce facteur joue
avant tout un grand rôle aux fréquences de moins de 500 Hz car il s’agit du domaine où les amplitudes les plus élevées se manifestent.

Un disque est gravé selon le principe électrodynamique. Le courant du signal est envoyé dans un enroulement par canal qui entraîne le burin de gravure, un mécanisme similaire à celui d’un haut-parleur dynamique.

Un système composé d’un poids et d’un ressort est entraîné par un système enroulement-aimant. L’impédance des enroulement dépend de la fréquence.

p pp ppp

Le mouvement du burin de gravure s’effectue selon 2 degrés de liberté. Avec un entraînement à amplitude constante, la vitesse de coupe croît avec
la fréquence (figure A).

Dans le cas d’une modulation à vitesse de coupe constante, l’amplitude décroît lorsque la fréquence croît (figure B).

Comme il faut pouvoir traiter une gamme de fréquence de 20 Hz à 20 kHz, le rapport d’amplitude de la modulation à vitesse de coupe constante est de 1:1 000 = 60 dB.

La valeur extrêmement élevée de ce rapport de la dynamique causerait la disparition de la distance signal-bruit aux fréquences élevées. L’enregistrement à amplitude constante utiliserait de façon optimale la surface du disque, mais la vitesse de coupe augmente avec la fréquence.

Lors de la reproduction d’un disque avec un système enroulement-aimant, la tension de sortie croît avec la fréquence conformément à la loi d’induction.

La figure C montre la courbe d’enregistrement RIAA, ses fréquences de coupure et les constantes de temps correspondantes. La plage de fréquence de f1 à f2 est traitée à amplitude constante, ce qui résout le problème de la déviation maximale et donc du chevauchement des sillons.

Il s’agit en fait d’une méthode « doucement les basses ».

Dans la plage de f2 à f3, la gravure est effectuée à vitesse constante pour tenir compte du comportement des systèmes enroulement-aimant. Au-dessus de f3 et jusqu’à la fin du domaine, on revient à l’amplitude constante.

En résumé, les basses sont suffisamment abaissées pour que les sillons ne se chevauchent pas et que la surface du disque soit bien utilisée. Les fréquences intermédiaires sont traitées pour ainsi dire de façon neutre.

Les fréquences aiguës sont accentuées, ce qui améliore sensiblement le rapport signal-bruit. L’oreille est plus sensible aux composantes bruit dans la plage des fréquences supérieures à f3.

Lors de la lecture, les aiguës sont donc trop « forts » et doivent être abaissés. C’est précisément cet effet qui permet d’améliorer le rapport signal-bruit. Il faut au contraire accentuer les basses, ce qui provoque une sensibilité accrue aux rayonnements à la fréquence du réseau ou à ses harmoniques.

Lorsque la courbe de reproduction symétrique est reproduite par un préamplificateur correcteur de distorsion à moins de ±1 dB, on a affaire à un appareil
haut de gamme. Le tableau contient la courbe RIAA sous forme numérique par rapport à 1 kHz = 0 dB, ce qui constitue une aide précieuse lors de mesures..

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