CHOUR - Amplificateur triphonique classe AB

Appareil : Amplificateur triphonique (v3) en classe AB
Date : 2013-2020
Marque : personnelle
Puissance : 3x70W
Coupure : 100Hz
Entrées : 4 haut niveau
Sorties : 2 médium-Aigu, 1 grave
Autres caractéristiques : conforme aux caractéristiques du TDA7294/7293

La triphonie présente plusieurs avantages par rapport à la classique stéréophonie. Le plus important est celui lié à l'encombrement (une seule enceinte grave).

Triphonie ?

Petit rappel

Avant de développer ce point, rappelons ce qu'est la triphonie : l'oreille humaine n'est pas sensible à la stéréophonie dans les basses fréquences. La triphonie consiste donc à reproduire les 100 premiers Hertz (hypothèse retenue ici. En général, on considère qu'il ne faut pas dépasser 120 à 150Hz) dans un seul caisson et le reste dans deux enceintes classiques (100Hz à 20kHz). Pour des raisons pratiques et de performance, il est préférable de réaliser le filtrage de façon active ce qui implique 3 amplificateurs : 2 pour la partie stéréophonique et 1 pour les graves. Attention, il est impératif que le filtre actif coupe les médium-aigus à 100Hz (filtre passe-haut) et coupe les graves à 100Hz (filtre passe-bas).

Note : il est en théorie possible de réaliser le filtrage avec des filtres passifs mais pour des tas de raisons que je ne développerai pas ici, je le déconseille et je ne considérerai par la suite que les filtres actifs.

Triphonie vs 2.1

La triphonie est-elle équivalente à un système 2.1 ? Pas nécessairement. Ce qui caractérise la triphonie est la présence d'un filtre actif passe bas (présent dans un système 2.1) et passe haut. Ce dernier n'est pas nécessairement présent en 2.1. En effet, la sortie destinée aux graves d'un ampli 2.1 n'est parfois conçue que pour renforcer les graves des enceintes stéréo mais celles-ci ne sont pas nécessairement filtrées. Il vous faut alors des enceintes stéréo en mesure de soutenir l'intégralité de la puissance en basse fréquence ce qui implique un certain encombrement. Vous perdez ainsi l'avantage d'un vrai système triphonique. A noter que je n'ai pas trouvé d'équivalent de "triphonie" en anglais. C'est le terme "2.1" qui est utilisé avec l'ambiguité que je viens de décrire : avec ou sans filtre passe haut, point qui n'est pas toujours précisé.

Note : beaucoup d'amplificateurs pour la vidéo domestique proposent la triphonie (qui reste appelée 2.1). Si vous choisissez le paramètre SMALL (petites) pour les enceintes latérales (c'est souvent ainsi que le paramètre est nommé), alors, l'amplificateur coupera les basses vers ces enceintes. En branchant une enceinte grave amplifiée sur la sortie "SUBWOOFER", vous aurez alors un système triphonique (sélectionnez alors le mode stéréophonique).

Enceintes

Dans un système triphonique, les enceinte stéréophoniques destinées au médium-aigus peuvent être des modèles pour bibliothèque. On en fait de très bonnes, équipées de HP de 13 ou mieux, de 17cm pour les médiums-graves. L'important est qu'elles puissent reproduire correctement les sons à partir de 100Hz ce qui est toujours le cas.

L'enceinte grave peut avoir une forme quelconque. Dans les années 1970, 3A proposait une enceinte grave intégrée dans une table basse de salon. Si l'encombrement est un critère important, vous pourrez opter pour une enceinte à charge symétrique que la vidéo-domestique a re-popularisé à la fin des années 1990 (avant, c'était plutôt une spécialité d'Elipson en Hi-Fi).

Sinon, vous pourrez choisir une classique bass-reflex mais vous n'en aurez qu'une !

Réalisation

Malheureusement, l'offre (en 2013) de matériels triphoniques de salon n'est pas importante. On trouve quelques chaines intégrées bas de gamme vendues avec les enceintes (bas de gamme aussi). Sinon, il faut se retourner vers du matériel de sonorisation plutôt encombrant.

Mais depuis la fin des années 1990, construire un amplificateur dont les performances auraient fait baver d'envie un audiophile des années 1970 est devenu chose aisée. La construction d'une chaine Hi-Fi s'assimile depuis cette époque à un jeu de Lego dont ont peut choisir et assembler les éléments en fonction des performances recherchées, le tout, pour un coùt modeste, si l'on ne considère que la partie électronique.

Note :J'ai réalisé trois versions de cet amplificateur. Le texte qui suit correspond à la version 3. Je ne compte pas la réalisation que j'ai faite avec des modules d'amplification en classe D et qui a été un échec total. Si vous souhaitez en savoir plus à ce sujet, consultez la page suivante

Les versions 1 à 3 de cet amplificateur utilise des sous-ensembles provenant de diverses sources :

• Amplificateurs : il s'agit de modules à base de TDA7293 ou 7294 de ST Microelectronics. Ces modules sont faciles à trouver (en 2013~2020) dans les magasins e-bay de fabricants chinois (et oui, on 2013, il est devenu difficile de trouver de tels kits en France).

• Dans le cas présent, un des amplificateurs est un module stéréophonique comportant son propre redressement et filtrage et disposant d'une protection des sorties par relais (environ 25€ en 2013).
  
  L'amplificateur de basses est un module dont le schéma suit celui proposé par ST dans sa note d'application (environ 17€ pour deux modules en 2013). Il faut lui adjoindre un redressement et un filtrage énergique sachant qu'une grande partie de l'énergie est consommée par les basses.
  
  Dans les versions 1 et 2, cet amplificateur était alimenté par une alimentation séparée du module stéréo. Dans la version 3, ce module de redressement alimente également le module stéréo dont j'ai retiré le redresseur.
  
  Attention : avec le module stéréo utilisé, il est quand même nécessaire d'amener l'alimentation alternative sur la carte de ce module. En effet, il utilse la tension alternative pour générer le +12V (alimentation relais et protection qui ne doit pas être alimenté par une alimentation comportant de gros condensateurs) ainsi qu'une alimentation +15V -15V (alimentation ampli-opérationnel en entrée) que je n'avais pas remarqué initialement (vous comprendrez pourquoi ce point est important plus tard).
• Alimentations : le module de redressement et de filtrage pour les basses est un kit trouvé dans un magasin chinois sur e-bay. Il comporte un redresseur 35A et un filtrage de 20000µF par ligne d'alimentation (environ 25€ en 2013).

• Le transformateur est un classique modèle torique de 2x25V, 300W (environ 50€).
• Dans les versions 1 et 2, il y avait en plus une alimentation séparée +15V -15V et un transformateur torique dédié. Cet alimentation servait pour alimenter le filtre actif et le sélecteur d'entrée à relais. Du fait de la présence du 12V (un 7812) et du +15V -15V (des 7815 et 7915) sur le module stéréo, j'ai supprimé cette alimentation et je me suis greffé sur celle du module stéréo. Il n'y a donc plus qu'une seule alimentation pour tout le montage ce qui est de nature à simplifier la gestion des boucles de masse.
  
  Toutefois, cette transformation n'est pas immédiate : du fait que les tensions principales peuvent dépasser +/-35V, des résistances chutrices sont insérées pour les diminuer aux bornes des régulateurs 7812, 7815 et 7915. Ces résistances sont calculées au plus juste en fonction de la consommation des sous ensembles concernés. Ces sous ensembles sont le relais de protection et son circuit associé (+12V) et l'ampli opérationnel de l'entrée ligne de la carte (+15 et -15V).
  
  Si on ajoute le relais du module de sélection (8 à 24V) et le filtre actif (+15V et -15V), l'augmentation de la consommation créé une baisse de tension trop importante pour obtenir les tensions souhaitées. Il faut donc modifier ces résistances (sur cette carte, il s'agit de R1, R2 et R3).
  
  Pour le +15V et -15V, les résistances chutrices R2 et R3 font 1,5kohms. Il faut les remplacer par des 350ohms 1W (le filtre actif consomme environ 30mA). J'ai mis des 330 ohms car je n'avais pas de 350 ohms.
  Pour le 12V, il faut remplacer la résistance de 390 ohms 2W par une 150 ohms 2W (la consommation du sélecteur est de l'ordre de 30mA).
  
  Pour terminer sur l'alimentation, vous pouvez éventuellement ajouter un filtre secteur ce qui ne sert pas à grand chose à mon avis mais comme j'en avais un de récupération, je l'ai installé.

     
Alimentation additionnelle supprimée de la version 3 et exemple de filtre secteur

• Filtre actif : le filtre actif provient d'un schéma publié par la défunte revue LED dont j'ai numérisé l'article. C'est la partie la plus difficile à trouver dans le commerce, sauf à chercher dans les magasins spécialisés en sonorisation.
  Le circuit imprimé présente un défaut qui engendre un bourdonnement à 100Hz du fait d'une boucle de masse. Pour éviter ce problème, il faut isoler la masse du filtre passe-bas de celle du filtre passe-haut. La masse de chaque partie doit être fournie par la masse de l'entrée de l'ampli correspondant : la masse de l'entrée du module stéréo vers la masse du filtre passe-haut, la masse de l'entrée du module mono vers la masse du filtre passe-bas. Le schéma ci-dessous présente les modification à effectuer. On peut aussi ajouter des condensateurs de filtrage supplémentaires sur l'alimentation du filtre passe-bas (inutile pour le passe-haut car il ne passe pas le 50 ou 100Hz).

• Commutation : la commutation se fait à l'aide de relais de façon à être au plus proche des entrées. Le module utilisé a été acheté chez Audiophonics mais est également disponible dans les magasins chinois sur e-bay.
• Boîtier : en l'occurence, il s'agit d'un boîtier acheté chez Audiophonics qui est prévu à la base pour loger un préamplificateur. Avec le transformateur d'alimentation, il s'agit de l'élément le plus cher de la chaine (environ 50€).

Le coût global pour une telle réalisation, si l'on doit tout acheter, est de l'ordre de 200 à 250€ (prix réactualisé en 2020), les éléments les plus chers étant comme d'habitude, le boitier et le transformateur :

• Boitier : 60€ environ (le boitier utilisé dans cette réalisation n'est plus disponible en 2020)
• Transformateur : 60€ environ (2x24 ou 2x25V, 300VA)
• Carte amplificateur stéréo TDA7294 ou 7293 :40€ avec radiateur
• Carte amplificateur mono TDA7294 ou TDA7293 :11€
• Redressement filtrage : 10€
• Sélecteur :10€
• Divers :50€ (prises HP, prises RCA, prise secteur, boutons...)
• Le filtre actif : à faire soi-même. On en trouve de tout faits pour environ 35€

Le schéma de câblage du Lego est visible ci-dessous.

Je me garderai bien de donner mes impressions sur les mérites et qualités de cet amplificateur. Il y a ceux qui n'aiment pas le TDA7294 et ceux qui le trouvent satisfaisant. Je fais partie de ces derniers. J'ai réalisé plusieurs amplificateurs dont un 6x70W pour la vidéo domestique qui ma foi, donne (presque) entière satisfaction. Le presque vient d'une difficulté systématique que j'ai eu avec ces différentes versions et qui est la sensibilité aux bruits ambiants. Je ne me rappelle pas avoir eu de tels problèmes avec d'autres réalisations que j'ai pu faire en montage discret (transistors).

Dans le cas présent, j'ai eu ce problème à régler ce qui m'amène à donner quelques indications sur la façon dont je l'ai résolu

Quelques conseils de montages

Il n'y a rien de très nouveau dans ce que je décris ci-dessous mais c'est un retour d'expérience qui pourra être utile à ceux qui montent cet amplificateur ou un autre

Le module stéréo (sans le filtre actif) s'est avéré remarquablement silencieux. Les ennuis ont commencé lorsque j'ai installé le filtre. Le résultat a été un fort bruit à 100Hz même au repos.

Dans un premier temps, j'ai soupçonné la conception du circuit imprimé du filtre. Vous remarquerez que les lignes d'alimentation forment un très beau cadre (voir l'article) qui m'ont laissé penser que je captais tous les rayonnements proches. J'ai fait un boîtier métallique (merci Delacre, j'ai utilisé un fond de boîte de gâteau, très facile à découper et à souder) pour blinder le filtre ce qui n'a rien changé. J'ai fini par supprimer ce blindage qui me prenait de la place.

En fait, j'aurai du m'en douter. S'il y avait eu une sensibilité au bruit ambiant, j'aurai également dû capter du 50Hz ce qui n'était pas le cas.

Le problème venait, comme d'habitude, du circuit de distribution des masses.

Plutôt que de partir dans une longue explication, lisez sur le tutorial de born2bewire (en anglais) ou sa traduction française et allez faire un tour sur la page traitant de la réparation des amplificateurs.

Dans les versions 1 et 2, il y a néanmoins une difficulté : Du fait de la présence de deux alimentations (et même trois si l'on considère l'alimentation +/- 15 volts du filtre actif), il y a un risque de créer une boucle de masse entre l'entrée de l'amplificateur médium-aigu et l'entrée de l'amplificateur grave. Lorsque l'entrée de ce dernier n'est pas connectée, il n'y a aucun bourdonnement sur l'amplificateur médium-aigu. Lorsque l'on connecte l'entrée de l'amplificateur grave, il y a deux cas possibles. Soi on ne connecte pas la masse de l'entrée et dans ce cas, il y a un léger bourdonnement dans l'enceinte grave, soi on connecte cette masse et il y alors un léger bourdonnement dans les enceintes médium-aigu mais il n'y a plus de bourdonnement dans l'enceinte grave. Finalement, j'ai connecté la masse de l'entrée de cet amplificateur à la masse de l'entrée de l'amplificateur médium-aigu. Le compromis est acceptable : il n'y a quasiment aucun bourdonnement dans les enceintes.

Mais le quasiment me gênait. J'ai donc adopté une solution définitive en mettant un transformateur de liaison (de récupération Lundahl quand même) en entrée de l'amplificateur grave. Il n'y a plus de bourdonnement (évidemment, c'est fait pour !). Je n'ai pas trop regardé du côté des impédances. Ce que je peux dire, c'est qu'à l'oscilloscope, on ne voit pas de différence entre l'entrée et la sortie aux basses fréquences. C'est donc la solution que je préconise.

La version 3 est plus simple concernant la distribution des masses puisqu'il n'y a plus qu'une seule alimentation pour l'ensemble des cartes. On s'assurera néanmoins de bien fournir la masse du filtre actif à partir de la masse de l'entrée du module stéréo.

On notera que :

• La masse d'alimentation du sélecteur est découplée de la masse des entrées (circuit indépendant de commande de relais).
• Un interrupteur permet de relier la terre (reliée au boitier) à la masse électrique à la demande. Cela implique que toutes les masses doivent être isolée du boitier.

Intérieur de l'amplificateur V3.

Mesures

Les mesures au distortiomètre HP à 1000Hz restent inférieures à 0,1% juste avant l'écrêtage.

Améliorations possibles

Une amélioration consiste à utiliser un montage en pont pour les graves. On bénéficie ainsi d'une puissance de 140W au lieu de 70W ce qui est plus cohérent avec la puissance disponible sur la sortie stéréo (2x70W). Par contre, ça oblige à avoir un transformateur d'alimentation plus puissant.

Face arrière

Face arrière de l'amplificateur

mai/juin 2013 - février 2020

Version 1 de l'amplificateur

Intérieur de l'amplificateur (prototype V1).

Version 2 de l'amplificateur

La version 2 diffère de la version 1 sur les points suivants :

• Schéma de câblage différent
• Transformateur de liaison entre le module grave et le filtra actif