Chaine Hi-Fi : principes et remarques

Le signal musical est un courant alternatif complexe constitué d’innombrables fréquences d’amplitude et de phases différentes et caractérisé entre autres par sa tension (volts) et son intensité ou courant (ampères) à chaque instant ou en moyenne.

On peut donc augmenter la tension et/ou le courant mais pas question de modifier la musique donc on ne touche pas aux fréquences ni à la phase et on essaie de ne rien ajouter qui n’existait pas au départ (distorsion, bruit de fond) tout au moins en théorie car ce n’est pas toujours simple en pratique.

La préamplification:

C’est la première étape. En Hi-Fi, ce que l’on appelle préamplification est l’amplification du signal depuis les sources jusqu’à l’entrée de l’étage de puissance final. (prépré, préampli phono, préampli ligne). On a là une amplification portant surtout sur la tension : on part de quelques millivolts pour la cellule phono et environ 1/3 de volt pour les autres sources pour arriver au final à 1 ou 2 volts pour attaquer l’amplificateur de puissance. Mais ce signal, encore de très faible intensité (quelques milliampères ou moins) ne contient que très peu d’énergie. Il ne peut pas à lui seul mouvoir les membranes des haut-parleurs et générer du son. C’est au coeur de ces premiers étages que s’opère le choix de la source, le réglage du volume, de la balance et éventuellement celui des graves et des aigus. Soit dit en passant, le correcteurs de tonalité, loudness et autres sont généralement absents sur le matériel haut de gamme qui est sensé ne pas en avoir besoin.

L’amplification de puissance est la dernière étape avant les enceintes.

Pour fournir la puissance nécessaire afin de « remuer » les membranes des transducteurs, il faut amplifier aussi l’intensité (on peut se rappeler la formule P = U x I des années lycée. Elle vaut pour le courant continu, son homologue en alternatif est beaucoup plus complexe mais du même ordre)

L’amplificateur de puissance amplifie donc un peu la tension mais principalement l’intensité jusqu’ici négligeable pour fournir les watts aux enceintes, bouger l’air et stimuler les tympans.

Très brièvement les paramètres qui caractérisent ces étages sont sensibilité, puissance, taux de distorsion, niveau de bruit et pourront faire l’objet d’un prochain post.

Les enceintes :

C’est le dernier maillon d’une chaine haute fidélité, leur rôle est de transformer l’énergie électrique délivrée par l’ampli en énergie mécanique représentée par le mouvement des membranes des haut-parleurs. Il y a une grande variété de haut-parleurs et de principes d’utilisation de ceux ci. Ce vaste sujet sera peut être abordé ultérieurement mais nous nous contenterons de citer quelques principes généraux.

*La puissance admissible est la puissance électrique maximale que peut supporter une enceinte sans risque de détérioration. La puissance nominale de l’amplificateur doit donc en théorie toujours être inférieure ou égale à celle ci.

*L’impédance (Z en général 8 ou 4 ohms) est la valeur en Ohms de la « résistance » que l’enceinte oppose au passage d’un courant sinusoïdal à la fréquence de 1000hz. Elle varie en fonction de la fréquence (en général une bosse dans les graves et une augmentation progressive vers les aigus). A ne pas confondre avec la résistance en continu (R généralement un peu inférieure à Z et qui est une constante car c’est la résultante des différentes résistances des selfs de filtrage et des bobines mobiles).

Quelques remarques : Un ampli donné pour 100w nominal sur 8 ohms sortira théoriquement 200w sur 4 ohms ce qui peut conduire à sa destruction s’il n’est pas dimensionné pour cela. ( P= U2/Z et U est fixe par construction). Dans le même ordre d’idée, l’amplificateur aura aussi à composer avec les variations de la courbe d’impédance selon la fréquence. Il devra aussi maitriser la force contre-électromotrice des haut-parleurs. Tous ces facteurs entrent en ligne de compte lorsque l’on constate que deux amplificateurs d’égale puissance donnent des résultats d’écoute différents sur une même paire d’enceintes.

*Le rendement encore appelé efficacité exprime la puissance électrique à fournir au HP pour atteindre un niveau sonore donné. Il s’exprime en Décibels par Watt mesurés à 1m  de distance (Db/Wà1m) dans la bande de fréquences d’utilisation du HP. C’est une, voire « The donnée » la plus importante et souvent mise à l’arrière plan. Le tableau ci-dessous donnera une idée de son importance.

Autrement dit pour un niveau sonore recherché, la puissance nécessaire double ou diminue de moitié selon que le rendement du HP diminue ou augmente par bonds de 3Db /Wà1m.

Le tableau suivant , lui, donne un aperçu des niveaux réels de quelques instruments et formations et les puissances nécessaires pour les reproduire avec des enceintes de rendements différents.

On constate que la majorité des produits grand public, constituée d’enceintes dépassant rarement 87Db n’arriveront jamais à atteindre des niveaux réalistes même avec plusieurs centaines de watts.

Et pour couronner le tout, ceci n’est que théorique car il faut prendre en compte l’échauffement du cuivre de la bobine mobile dont la résistivité augmente en fonction de la température et elle augmentera très vite à forte puissance diminuant l’efficacité du haut parleur : on parle d’« effet de compression thermique »

Un peu déprimant tout cela n’est ce pas ? On serait tenté de penser que le chemin du Graal passe par le haut rendement sans jamais pouvoir l’atteindre. Certains systèmes de rendement modeste couplés à des amplis musclés donnent cependant d’excellents résultats. Tout est question de préférences personnelles et de budget. Personnellement je trouve le haut rendement plus accessible. Certes les enceintes sont plus chères mais on n’aura pas a investir le prix d’une voiture dans un excellent amplificateur de puissance modeste. A moins que la classe D qui fait de grands progrès n’arrive à se hisser dans la cour des grands.

Les passionnés pourront approfondir dans ces deux articles que je trouve relativement bien faits bien que je n’aie pas trouvé leurs références, à lire donc avec esprit critique et ne pas consommer comme du pain bénit.

http://hyperbol.free.fr/Sommaire/Dossiers%20techniques/Capacite%20dynamique.htm

https://www.emc.fr/upload/resource/pdf/15.pdf

La question des câbles qui relient ces éléments a également son importance pourra egalement faire l’objet d’un prochain post.