Photo © Bee Collins – Licence CC BY-NC-SA 2.0

Maintenant que le concept est clair, et que l'essentiel des besoins sont définis, il est temps de s'attaquer à la conception du circuit proprement dit ! Je te propose de commencer par regarder le canal lead, avant d'intégrer et prototyper tout ça...

Gros son pour gros(se) bourrin(ne)

Puisque l'enjeu est avant tout de faire un préamp high gain, autant rentrer directement dans le vif du sujet : le canal saturé !

Comme expliqué dans le précédent article, le canal lead utilisera 2 12AX7, soit un total de 4 triodes. On a donc 3 topologie possibles :

• le plus basique : les 4 étages de gain en cascade
• la version 80's : 3 étages en cascade suivis d'un cathode follower, façon JCM800
• l'approche oldies but goodies : 2 étages en parallèle, puis un étage de gain et finalement un cathode follower, comme sur les Plexi

Note : un cathode follower est une triode agissant comme un buffer : l'impédance de sortie d'un étage de gain étant assez élevée (plusieurs dizaines de kΩ), le cathode follower , ou CF pour les intimes, permet de sortir avec une faible impédance, inférieure à 1kΩ. J'y reviendrai dans un prochain article sur la théorie des tubes.

On pourrait évidemment innover et chercher d'autres topologies, mais d'après mon expérience, il est très difficile de faire un ampli qui sonne quand on sort des sentiers battus : nos albums de référence ayant été enregistrés avec ces circuits “classiques”, on est en quelque sorte conditionnés à reproduire toujours les mêmes recettes.

Premiers essais, premier proto

Histoire de ne pas partir de rien, une 1ère étape a été de tester mes amplis existants, à savoir le Dirty Greed, le Evil Head et le Eddie Baby, tous basés sur un schéma de SLO100 (avec bien sur 2 triodes supplémentaires pour le Eddie, mais ça tu le savais déjà :wink: ), afin de se donner une direction de travail. Le Raw Power a également été mis à contribution, afin de voir si son circuit (basé sur le Plexi et le JCM800) permettait d'atteindre un niveau de saturation suffisant ; et malheureusement, la réponse est non.

Ces essais ont permis de sélectionner la topologie du canal lead, qui aura donc les 4 triodes en cascade. L'absence de cathode follower nécessitera d'être particulièrement vigilant lors de la conception du Tone, afin d'éviter que l'impédance de sortie du tube précédent n'influe trop sur ce réglage.

Pour concevoir ce réglage, j'ai utilisé l'excellent Tone Stack Calculator, qui a pour seuls torts de n'être pas un logiciel libre, et surtout de n'être pas disponible sour Linux... Dans l'onglet Big Muff on va donc commencer par entrer 62kΩ comme impédance de sortie (ce qui correspond à une 12AX7 classique) de l'étage précédent. D'un seul coup, les courbes tirent la tronche...

![PHOTO COURBES BIG MUFF STANDARD]()

Partant du principe que l'impédance de sortie d'une triode est environ 100 fois celle d'un transistor, on va partir du principe suivant :

• multiplier toutes les valeurs de résistance par 100
• diviser toutes les valeurs de condensateur par 100 également, ce qui permettra de conserver les fréquences de coupure des filtres formant ce Tone

On retrouve alors des courbes proches de l'original, et à force de tweaker les valeurs de composants, on finit par tomber sur une courbe qui parait intéressante :

![PHOTO COURBES BIG MUFF PERSO]()

Une fois ce problème réglé, on peut s'attaquer au schéma proprement dit ! En l'occurrence, je commence par un schéma de type SLO100 standard, que je modifie comme suit :

• afin de filtrer les basses en entrée, je vire le high shelf et opte pour un condensateur de faible valeur (680 pF)
• j'enlève également la capa de bright, habituellement présente sur le potar de gain, pour éviter d'avoir un son trop agressif
• pour finir, je modifie la résistance de cathode du 3ème étage, en passant sa valeur de 39 kΩ à 27 kΩ, des tests passés m'ayant permis de constater que diminuer cette valeur permettait de donner un côté plus “incisif” au son

J'en arrive donc au schéma suivant :

PDF complet

Maintenant que le schéma est prêt, on peut tenter de faire un premier proto ! Comme je suis un peu flemmard, et que j'ai des PCBs d'amplis en rab, je décide de cabler tout ça sur un circuit d'Eddie Baby, dont le début du préamp est très proche de ce que j'ai en tête. Après une paire d'heures de travail, voici le résultat :

Et voici les premiers samples :

Affinage

Bon, on aime ou on n'aime pas, mais en ce qui me concerne on n'est déjà pas loin du son que j'espérais obtenir, ce qui est un très bon début !

Photo © Bee Collins – Licence CC BY-NC-SA 2.0

Aujourd'hui, point de théorie, mais du concret ! En effet, je te propose de suivre la conception et la fabrication d'un préampli à lampes depuis la génèse du projet, jusqu'au “produit” fini. Mais avant de rentrer dans le vif du sujet, un peu de background :wink:

Le contexte

Je ne me suis pas mis à fabriquer des amplis guitare par hasard : à mon petit niveau, je suis aussi musicien, et bien que j'aie mis tout ça de côté pendant un moment, il est temps de s'y remettre.

Le concept est relativement simple : du gras, du gras, et encore du gras ! Dans le metal par exemple, on voit quantité de guitaristes avec des instruments à 7, 8 cordes ou plus, accordés parfois une octave complète en-dessous de celui d'une 6-cordes normale. Côté stoner ou hardcore, même si on ne descend pas si bas, les accordages sont tout de même bien portés sur les graves.

Donc pourquoi ne pas faire tout ça avec une basse ? Et surtout, que mettre dans la chaîne sonore pour avoir un bon rendu même avec une grosse saturation ?

Le projet

Le 1er objectif, ici, est donc d'avoir un son de basse fortement saturé qui reste assez propre et intelligible pour être utilisé en groupe. (Au passage, ça devrait en faire quelque chose de tout à fait intéressant pour un guitariste amateur d'accordages bien bas :wink: )

Ensuite, viennent les contraintes personnelles :

• je n'ai aucune idée de ce que va donner ce projet musical, donc je veux éviter de trop investir : moins c'est cher, mieux ce sera ! Et si je peux n'utiliser que des pièces que j'ai déjà en stock, c'est encore mieux !
• j'ai déjà une tête basse tout lampes de 200W, et clairement, je n'ai pas envie de balader ses 25 kgs (sans parler du baffle !) en répète/concert ; idéalement, j'aimerais que toute la chaine d'amplification puisse tenir dans un sac à dos

Ces contraintes éliminent d'office les lampes pour l'ampli de puissance, je partirai donc sur un setup avec un ampli classe D pour la partie puissance (petit, léger et pas cher), auquel j'ajouterai un préampli à lampes de ma fabrication (on n'est jamais mieux servi que par soi-même, parait-il), que je voudrais le plus compact et léger possible. Dans cette optique, je prévois donc de l'intégrer à un boitier half-rack (½ rack 19”) que j'ai en stock, et que tu trouveras chez Tube-Town.

Le boitier choisi pour ce projet

Son

Tu l'auras compris, l'enjeu principal au niveau sonore sera la saturation. Quelques essais sur mes amplis guitare m'ont permis de me faire une bonne idée de ce que je peux obtenir, et surtout de comment modifier mes circuits pour que le rendu avec une basse reste bon.

Tout d'abord, il faut savoir que saturer les fréquences graves donne souvent une belle bouillie sonore. De fait, quasiment tous les amplis guitare ayant un canal high gain filtrent plus ou moins fortement les basses en entrée de préamp :

• Avec un SLO100, on a un filtre qui atténue les basses de -6 dB en-dessous de 150 Hz ; en plus, la polarisation des étages de gain ajoute un autre filtre similaire qui limite de quelques dB l'amplification des basses sous 200 Hz
• Sur les 6505 et 5150-III (mais pas le 5150 premier du nom), il y a carrément un coupe-bas qui supprime les fréquences inférieures à 630 Hz, soit toutes les basses et les bas-mediums !

Il faudra donc, pour ce projet, bien écrémer les basses en début de préamp. Mais comme elles restent les fréquences principales de l'instrument, il faut trouver un moyen d'en rajouter au signal de sortie ; je pense donc utiliser un circuit clean, parallèle au préamp high gain, qui sera mixé avec le signal saturé à la sortie du canal.

Un autre point important est la fréquence à laquelle creuser les mediums. Parce que oui, un EQ d'ampli guitare ou basse, avec tous les contrôles à midi, a un creux dans les mediums, la fréquence de celui-ci déterminant en grande partie la personnalité de l'ampli :

• un Fender Blackface aura ce creux autour de 500 Hz, laissant peu de bas-mediums mais beaucoup de haut-mids, donnant ce son caractéristique, un peu froid, mais brillant et cristallin
• sur un Marshall, les mediums seront creusés autour de 750 Hz, ramenant ainsi beaucoup de ces bas-mediums qui font la chaleur du son, et définissent maintenant en grande partie le fameux son british

Courbe de réponse de l'EQ d'un Fender Blackface (tous les contrôles à midi)

Pour ce projet, je vais faire le choix de m'orienter vers un son moderne, pas trop chargé en bas-mediums, avec une fréquence centrale de 600 Hz environ.

Il y aura enfin un canal clean très basique, rond et chaud, sur lequel je m'attarderai une fois que je serai satisfait du circuit lead.

Contrôles

Comme il y aura 2 canaux, j'ai besoin à minima d'un contrôle de volume par canal, auquel s'ajoutera un contrôle de gain pour le canal saturé. Sur ce même canal, il y aura bien sur le réglage que je nommerai Blend, permettant de rajouter des basses clean au signal saturé, comme je l'ai évoqué un peu plus haut, ce qui nous fait un total de 3 contrôles pour l'instant.

J'ai pensé pendant un temps ajouter également un canal crunch, ce qui aurait multiplié le nombre de contrôles nécessaires, et j'ai finalement opté pour un compromis : sachant que qui peut le plus peut le moins, le canal lead pourrait aussi faire office de crunch ; il suffit de rajouter un contrôle de gain dédié au crunch, et on pourra ainsi régler au choix un son high gain, un son crunch, ou un mix des deux. L'idée me parait particulièrement intéressante pour la basse, puisque le crunch n'aurait pas besoin de tailler autant dans les fréquences graves .

Enfin, reste à régler la question de l'EQ ! Étant donné la place limitée en façade, je choisis de mettre un simple réglage de Tone sur chaque canal (clean & satu). Oui, mais pas n'importe lequel ! Les Tone classiques, tels qu'on les retrouve sur les guitares ou les vieux amplis (Fender Tweed, Silvertone, Danelectro etc...) ne font que manger des aigus et ne permettent donc pas de sculpter réellement le son ; sans oublier que, contrairement aux EQ 3 bandes, ils n'ont pas ce creux dans les mediums, si important pour la personnalité de l'ampli.

J'opte donc pour un Tone façon Big Muff, dont la courbe de réponse est particulièrement intéressante :

Tone Big Muff à 0 (bleu), 2 (vert), 5 (jaune), 8 (orange) et 10 (rouge)

On voit bien qu'à midi (en jaune), on a bien un creux dans les mediums ; il est ici centré sur 1 kHz, mais en modifiant les valeurs des composants utilisés, on peut facilement le déplacer vers une fréquence plus adaptée. Ensuite, le fonctionnement de ce réglage permet une grande efficacité dans les corrections de tonalité, puisqu'il va réellement agir sur l'ensemble du spectre.

J'intègrerai donc un Tone pour le lead, avec une fréquence centrale d'environ 600 Hz, et un autre pour le clean, pour lequel j'envisage une fréquence centrale de 750-800 Hz, afin de rendre ce canal plus chaud.

Architecture

Là encore, commençons par le canal lead, puisque c'est en quelque sorte l'élément central de ce préamp.

Pour obtenir un niveau de gain suffisant, il me faut 4 étages de gain en cascade, soit 2 12AX7 (les autres 12A*7 ont un gain moindre, elles ne m'intéressent donc pas pour ce projet). Le gain lead serait placé en sortie du 1er étage et enverrait le signal dans l'étage 2, lui-même alimentant le 3 puis le 4. Le gain crunch serait placé en parallèle du gain lead, et enverrait le signal directement à l'étage 4, à l'entrée duquel le mix avec le signal lead sera fait.

Pour le canal clean, il me faudrait 2 étages de gain, soit une autre 12AX7, et encore une pour le circuit de Blend, ce qui commence à faire beaucoup pour un si petit boitier...

Comme je n'en suis plus à une hérésie près, je préfère donc m'orienter vers une solution hybride :

• toute la saturation sera assurée uniquement par des lampes, soit 2 12AX7
• les autres parties du circuit ayant besoin uniquement d'une amplification linéaire (du clean, quoi) et de quelques buffers, j'utiliserai des transistors, et même probablement des AOP (amplificateurs opérationnels) à entrée J-FET, qui ont l'avantage d'être simples à mettre en oeuvre, peu couteux, avec une impédance élevée en entrée et faible en sortie

Pour le canal clean, il me faudra donc un AOP : celui-ci aura pour but d'amplifier légèrement le signal (autour de +10 dB) pour compenser l'atténuation causée par le Tone, tout en servant de buffer d'entrée pour ce canal.

Côté lead, le Blend nécessitera un AOP , qui servira de buffer d'entrée ; un autre pourrait être utilisé comme sommateur entre le signal issu du circuit de saturation et celui issu du circuit Blend.

Enfin, afin d'attaquer sereinement un ampli de puissance derrière (ou éventuellement des pédales d'effet), il faudra un dernier AOP qui servira de buffer, ce qui porte leur nombre total à 4. Afin de bien séparer les parties de circuit, je fais le choix d'utiliser des AOPs simples pour le clean et le buffer de sortie, et un double AOP uniquement sur le lead.

Les AOPs seront des Burr-Brown OPA134 (simple) et OPA2134 (double), ce qui tombe plutôt bien puisque j'ai exactement 2 OPA134 et 1 OPA2134 en stock (ce qui est, au fond, la vraie raison de mon choix d'utiliser un double et 2 simples, mais chut, c'est un secret :wink: ).

Enfin, pour switcher tout ça, j'utiliserai un bête relais 2RT, qui me permettra de sélectionner le canal en sortie de préamp, et de muter le canal lead quand le clean sera sélectionné : les lois de l'électromagnétisme sont telles que sans cette dernière action, le canal lead finit invariablement par repisser sur le clean, ce qui est bien, mais pas top...

Schéma-bloc du circuit envisagé

Alimentation

Pour finir, il va bien falloir alimenter tout ce beau monde, et en particulier bien gérer le fait que les AOPs seront alimentés en basse tension, alors que les tubes ont besoin de beaucoup plus et beaucoup moins à la fois.

Si tu as bien suivi, tu sais qu'il faut, pour qu'un tube puisse fonctionner, 2 tensions d'alimentation distinctes :

• la haute tension, qui alimente la partie amplificatrice du tube, et qui doit être de l'ordre de 200-300V DC
• l'alimentation du filament, pour le chauffage de la cathode, qui est généralement de 6.3V AC 

En pratique, la tension de chauffage peut tout à fait être continue, l'alternatif étant plutôt utilisé par commodité : pour générer du 6.3V, on utilise un transformateur, qui ne fonctionne qu'en alternatif. Pour éviter d'avoir à redresser et filtrer la tension de chauffage, ce qui a un coût non négligeable, on préfère donc alimenter les filaments en alternatif. Par ailleurs, les filaments des 12AX7 peuvent aussi être alimentés en 12.6V (eh oui, sinon ce serait des 6AX7), tension très proche d'un standard assez répandu, à savoir 12V.

Tu l'auras donc sans doute compris, je fais le choix d'alimenter les AOPs et les filaments des tubes à l'aide d'une seule alimentation 12V DC.

Pour la haute tension, qui est pour moi la partie pénible de la conception d'un ampli, j'ai choisi cette fois de laisser parler ma flemme et d'utiliser un module convertisseur Buck-Boost, permettant de générer une haute tension continue à partir d'une basse tension, continue elle aussi :

Module NCH6100HV

Ce module doit être alimentée par une tension comprise entre 12 et 24V DC, qu'il convertit en une tension pouvant atteindre 235V DC, ce qui est parfait pour ce type de projet ! Attention toutefois à la consommation du montage : après avoir effectué quelques mesures, j'ai conclu qu'il ne fallait pas dépasser 3.5 mA, au-delà la tension s'effondre rapidement (seulement 180V  pour une conso de 5 mA).

Autre avantage, il possède une broche SHDN (pour shutdown), permettant de désactiver la conversion de tension, on retrouve alors en sortie une tension proche de celle d'alimentation ; avec un circuit temporisateur (en gros, une résistance + un condo), on peut alors envisager d'implémenter un standby automatique, qui n'appliquerait la haute tension aux tubes qu'au bout de 30 secondes (je reste partisan de l'absence de standby, mais je trouve l'exercice amusant :wink: ).

À noter que j'ai acheté ce module sur un site chinois bien connu, pour un montant dérisoire (moins de 10€, frais de port inclus). Mon exemplaire est évidemment une copie bas de gamme, mais qui me suffira. D'après un test de ce même module, la version “originale” utiliserait des composants de meilleure qualité, permettant ainsi d'atteindre une conso supérieure à 20 mA sans chute significative de tension. Tu pourras trouver cette version sur un site polonais, mais les frais de port pour la France sont prohibitifs.

La suite

Voilà, on arrive au bout de la présentation de ce projet, il va maintenant falloir se mettre au boulot, en espérant que cet article t'aura permis de bien cerner le projet, et éventuellement d'apprendre quelques petites choses utiles au passage :wink:

Prochaine étape, le prototypage et la mise au point du canal lead (sans le Blend dans un premier temps), d'ici là, n'hésite pas à laisser un commentaire si tu as des questions et/ou remarques sur ce projet.

À bientôt ! :smiley:

Photo © arbyreed – Licence CC BY-NC 2.0

Maintenant que tu sais comment fonctionne une diode à vide et que tu as compris son utilité, il nous reste à répondre à une question importante : comment choisir le produit le plus adapté à notre utilisation, comment l'intégrer dans notre circuit, et quelles contraintes nous imposera-t-il ?

Les diodes à vide dans la vraie vie

Comme on l'a vu dans le dernier article, un redressement double alternance est la solution la plus efficace pour créer une tension continue en partant d'une tension alternative.

En pratique, on utilisera donc les diodes à vide dans ce contexte, nécessitant d'avoir 2 diodes reliées par leurs cathodes. Les fabricants de tubes ont donc trouvé une solution élégante au problème en intégrant 2 diodes dans un même tube partageant une même cathode. Ce sont ces tubes qu'on qualifie de “redresseuses” (ou “rectifieuses” en bon franglais), les types les plus utilisés étant la GZ34 (ou 5AR4 en nomenclature US), la 5U4 et l'EZ81, ainsi que la 5Y3GT sur certains vieux amplis, comme les Fender Deluxe Tweed. Il existe bien sur quantité d'autres références, comme les 6X4 des vieux Danelectro/Silvertone, mais celles-ci ne sont plus utilisées par les fabricants depuis de nombreuses années (voire décennies), et donc plus fabriquées.

Diodes à vide 5U4 – Photo © Joe Haupt – Licence CC BY-SA 2.0

Chauffage direct et indirect

Dans les tubes mis au point par Edison et Fleming, le filament en tungstène fait office de cathode. On parle dans ce cas de tube à chauffage direct. Cependant, le filament étant utilisé comme une électrode à part entière, il est donc porté au potentiel de la tension redressée, qui vaut généralement plusieurs centaines de volts. Les tubes audio ne supporteraient pas que leur filament soit porté à de telles tensions, il est donc nécessaire de prévoir un circuit de chauffage dédié à la rectifieuse.

Il fut donc créé également des tubes à chauffage indirect, dont le filament (généralement en nichrome, un alliage présentant une très forte résistivité, et donc un fort pouvoir chauffant) est entouré d'une enveloppe de simple tole, recouverte d'oxyde de baryum ou de strontium, matériaux dont l'émission thermoionique est importante. Ainsi, le filament est électriquement isolé de la cathode et peut être ramené à des tensions plus raisonnables, et même alimenté par le même circuit que les tubes audio. Parmi les exemples mentionnés plus haut, c'est le cas de l'EZ81 et de la 6X4.

Chauffage direct (à gauche) et indirect (à droite)

Fait notable, la GZ34/5AR4 est un “faux” tube à chauffage direct : en effet, ce tube est construit comme un tube à chauffage indirect, avec une cathode physiquement distincte du filament. Mais elle tout de même reliée à l'une des extrémités de ce dernier à l'intérieur du tube, permettant ainsi un branchement identique aux tubes à chauffage direct.

Les tubes habituels utilisent un culot standard à 8 ou 9 broches, parmi lesquels seuls 4 ou 5 connecteurs sont utilisés :

• 2 pour les anodes
• 2 pour le filament
• 1 pour la cathode (uniquement dans le cas des tubes à chauffage indirect)

La documentation technique

Une redresseuse, comme tout composant électronique, possède des caractéristiques qui lui sont propres. Ces caractéristiques sont données par le fabricant dans un document qu'on appelle généralement par sa dénomination anglaise : un datasheet. Comme toujours chez les geeks, il existe bien sur des querelles puériles sur des points de détail, ici le genre de datasheet. J'utilise personnellement le mot au masculin, mais tu es libre de faire comme tu le sens ;)

Chaque fabricant fournit en général sa propre version du datasheet, ce qui est notamment le cas des fabricants actuels, ou du moins de JJ et New Sensor. En règle générale toutefois, les informations données par les différents datasheets sont très proches, et même identiques la plupart du temps (à se demander qui a pompé sur qui à l'origine !). La qualité des datasheets dépendant essentiellement de la volonté du fabricant de “faire les choses bien”, on pourra donc sans problème continuer à raler en disant que “c'était mieux avant” et utiliser les datasheets fournis par les grands noms du secteur pendant les années 60 et 70 : ceux-ci sont généralement plus complets que les datasheets récents.

Les datasheets sont généralement structurés de la même façon pour tous les tubes (et même les autres composants électroniques), qu'il s'agisse d'une redresseuse ou d'un tube audio :

• une présentation du tube indiquant sa référence et son domaine d'application, ses caractéristiques mécaniques (dimensions et type de socket à utiliser) et ses principales caractéristiques électriques : tension et courant de chauffage bien sur, mais aussi un cas d'utilisation nominal
• une section Operating Characteristics indiquant les caractéristiques du tube dans différents scénarios de fonctionnement ; pour une redresseuse, il s'agit essentiellement de définir la tension de sortie pour une tension d'entrée et un courant de sortie donnés
• une section Limiting values (ou Maximum ratings selon les fabricants) donnant les valeurs de tension et courant à ne jamais dépasser en cours d'utilisation ; et j'insiste bien sur le “jamais” : il peut suffire d'une incursion très rapide au-delà des valeurs limites d'un composant pour voir celui-ci définitivement détruit !
• on trouve aussi, en général, un ensemble de courbes caractéristiques (dessinées sur papier millimétré, à l'ancienne), permettant de déterminer graphiquement les conditions de fonctionnement du tube dans des conditions autres que celles présentées dans les Operating characteristics

À ce jour, la meilleure source de datasheets concernant les tubes est l'excellent site TDSL de Duncan Amplification. Ce site contient les caractéristiques principales d'un nombre incalculable de tubes ! Tu y trouveras au minimum le brochage du tube en question et un lien vers le datasheet au format PDF. Pour les tubes les mieux documentés, un tableau récapitule les fameuses Operating characteristics, et parmi les liens tu trouveras les datasheets provenant de plusieurs fabricants et époques, de façon à réunir une documentation complète. La plupart des documents sont en anglais évidemment, mais dans le lot il n'est pas rare de tomber sur des datasheets de chez Mazda, Belvu ou RT qui étaient des fabricants français, ou encore certains datasheets de chez Philips indiquant toutes les informations à la fois en anglais, en allemand et en français.

En parallèle, je me suis permis de faire un miroir de l'excellent site de Frank Philipse vers lequel renvoie souvent TDSL pour télécharger les datasheets. La présentation est plus rustique par contre, donc plutôt à utiliser en backup, néanmoins tu le trouveras à cette adresse : tubes.a-wai.com

Mise en oeuvre des redresseuses

On va donc s'intéresser au datasheet de la GZ34, qui est l'une des redresseuses les plus utilisées, pour se familiariser avec ce type de documentation.

• La GZ34 sur TDSL
• Le datasheet, qui est la version Philips de 1970

Les caractéristiques principales du tube

La 1ère page du datasheet nous apprend qu'il s'agit d'un tube redresseur contenant 2 anodes et à chauffage indirect. Ce tube doit être alimenté sous une tension alternative de 5V et consomme 1.9A.

Datasheet de la GZ34

Ah oui, comme toujours quand on va fouiller un peu dans la technique, l'utilisation de l'anglais est indispensable ! Heureusement, la plupart des termes sont facilement compréhensibles pour toute personne possédant un minimum de connaissances, la langue n'est donc qu'exceptionnellement un problème.

Le petit encadré Quick reference data indique un cas nominal d'utilisation de la GZ34 : ici, on voit que ce tube est prévu pour fournir un courant continu moyen de 250mA à partir d'un transfo délivrant 2x450V AC. Et là je te vois venir : pourquoi 2x450V, et pas simplement 450V ?

Si tu reviens sur l'article précédent, tu te rappelleras qu'un redressement double alternance n'est en fait que 2 redressements simple alternance juxtaposés. Si, pour un redressement simple alternance, on doit utiliser un transformateur dont le secondaire fournit une tension de 450V AC, alors pour du redressement double alternance, il faudra 2 secondaires fournissant chacun 450V AC. Ces 2 secondaires étant en série, la tension totale aux bornes du secondaire complet fera donc 900V. Pour simplifier les calculs, on préfère toutefois noter que le secondaire fournit 2x450V, ou encore 450-0-450V pour mettre en évidence le fait qu'il s'agit de 2 secondaires de 450V accollés et dont le point commun est relié à la masse.

Enfin, viennent les caractéristiques mécaniques nous indiquant les dimensions maximales du tube ainsi que son type de support (culot octal). Le schéma nous montre également la structure interne du tube, avec ses 2 anodes et sa cathode unique, ainsi que le fait que la cathode est reliée à l'une des extrémités du filament. Ce tube à chauffage indirect doit donc être connecté comme un tube à chauffage direct, ce que nous confirme le brochage :

• les pins 4 et 6 correspondent aux anodes, et doivent donc être reliés au secondaire “haute tension” du transfo
• les pins 2 et 8 correspondent au filament, et doivent donc être reliés au secondaire 5V du transfo
• la cathode étant connectée au filament, la sortie du tube correspond donc au pin 8, qui est celui sur lequel on trouvera la tension redressée

À noter que, comme pour la plupart des tubes européens, on aurait pu déduire un certain nombre d'informations de sa seule référence :

• la 1ère lettre indique la tension de chauffage : 5V pour G, 6.3V pour E
• la 2ème (et la 3ème si c'est aussi une lettre) indique la structure interne du tube : Z indique une double diode, donc une redresseuse ; pour info, C indique une triode, F une pentode de faible puissance, et L une pentode de forte puissance
• le 1er chiffre indique le type de support : 3 correspond à un support octal, 8 indique un support noval

Donc tous les tubes dont la référence commence par GZ3 sont des tubes contenant une double diode, à culot octal et dont la tension de chauffage est de 5V. On peut évidemment appliquer ce raisonnement à d'autres familles de tubes :

• EZ8x : 1 double diode, culot noval, chauffage 6.3V
• ECC8x : 2 triodes dans un même tube, culot noval, chauffage 6.3V
• EF8x : 1 pentode de faible puissance (utilisation en préampli), culot noval, chauffage 6.3V
• ECF8x : idem, mais on ajoute 1 triode
• ECL8x : 1 triode de faible puissance + 1 pentode de puissance, culot noval, chauffage 6.3V
• EL8x : 1 pentode de puissance, culot noval, chauffage 6.3V
• EL3x : idem, mais avec un culot octal

La minute culture étant terminée, on peut continuer l'analyse de notre datasheet ;)

Les conditions recommandées

Une fois qu'on a pu faire connaissance avec le tube, le fabricant nous indique plusieurs conditions de fonctionnement de celui-ci, qui ont normalement été testées et validées. Ces points de fonctionnement garantissent donc que le tube pourra remplir sa fonction sans risquer d'être endommagé ou de voir sa durée de vie réduite.

GZ34 – Conditions d'utilisation recommandées

Dans le cas d'une redresseuse, ces conditions sont données dans 2 cas d'utilisation bien précis :

• le filtrage de la tension redressée est assurée en premier lieu par un condensateur placé directement à la sortie de la redresseuse ; on parle de filtrage à condensateur/capacité en tête
• le filtrage est assuré d'abord par une bobine ; on parle ici de filtrage à self en tête

Cette distinction s'explique par le fait que, comme évoqué rapidement dans le précédent article, le chargement d'un condensateur se fait par de courts pics de courant de forte intensité. Au contraire, une self aura tendance à lisser le courant, qui restera donc toujours relativement proche de sa valeur moyenne. Un filtrage à capa en tête impose donc des pics de courant plus importants à la redresseuse, ce qui nécessite de prendre plus de précautions pour que celle-ci supporte ces conditions.

Données principales

Dans les 2 cas, cette section donne un ensemble de valeurs nous indiquant, à partir de la caractéristique principale du transfo (tension au secondaire), la tension continue à laquelle on peut s'attendre en sortie de redresseuse, ainsi que le courant correspondant à ces mesures. On retrouve aussi, la valeur du composant en tête du filtrage, soit la capacité du condensateur pour un filtrage à capa en tête, ou l'inductance de la bobine pour un filtrage à self en tête.

Ainsi, si on prend par exemple le cas d'un transfo 2x400V :

• avec une capa de 60µF en tête, on obtient une alimentation délivrant 430V DC et capable de fournir un courant de 250mA
• avec une self de 10H en tête, l'alimentation délivre 330V DC pour un courant de 250mA également

Tu noteras évidemment que la tension obtenue avec la self est bien moindre que celle obtenue avec une capa en tête : en effet, un self n'est qu'une bobine de fil de cuivre. Celui-ci a beau être le conducteur le plus utilisé, il n'est pas parfait et possède tout de même une faible résistivité. Celle-ci dépendant de la longueur du fil, elle devient non négligeable dans le cas d'une bobine comportant un nombre important de tours, et donc une longueur significative de fil. Le passage du courant dans cette self occasionne donc une forte chute de tension, ce qui nécessitera de prendre un transfo fournissant une tension plus importante que ce dont on aurait besoin avec une capa en tête.

Mais alors, pourquoi utiliser une self en tête ? Tout simplement parce que, comme indiqué plus haut, celle-ci impose moins de stress à la redresseuse, mais aussi au transfo qui n'a plus à fournir de pics importants de courant. Une self en tête imposera effectivement un transfo fournissant une tension élevée, mais les besoins en courant pourront être largement revus à la baisse. Au final, pour un même circuit, on peut parvenir à utiliser des transfos de moindre puissance avec une self en tête, ce qui, au prix actuel des matières premières, peut être un avantage non négligeable ;)

Les résistances de protection

Tu auras remarqué que j'ai passé un des paramètres complètement sous silence : la, ou plutôt les, résistances de protection, notées \(R_t\). Celles-ci ont en effet pour but de limiter le courant pouvant traverser la redresseuse, et en particulier de s'assurer que celui-ci ne dépasse jamais la valeur maximale que peut encaisser le tube.

Vu que j'insiste depuis tout à l'heure sur la différence entre self et capa en tête, tu auras sans doute aussi compris pourquoi ces résistances ne sont pas nécessaires avec une self en tête, leur valeur est donc de 0Ω dans le tableau correspondant.

En revanche, les pics de courant causés par une capa en tête doivent être limités, les résistances de protection sont donc particulièrement importantes dans ce cas ! Comme pour la tension du transfo, elles sont exprimées sour la forme \(2*R_t\), puisqu'il faut une résistance de valeur \(R_t\) sur chaque anode de la redresseuse. Du moins en théorie, puisqu'en pratique, il faut simplement que la résistance totale du circuit précédant l'anode soit égale à \(R_t\), les résistances à insérer entre les branches du secondaire et les anodes seront donc de plus faible valeur, voire parfois inexistantes ;)

Pour comprendre pourquoi, il faut se rappeler qu'un transfo, ce n'est jamais que 2 bobines de fil de cuivre sur un même noyau ferreux, bobines qui ont donc une certaine résistance ! Le secondaire possède donc une résistance \(R_s\) (mesurable tout bêtement à l'ohm-mètre), ce qui implique que chaque demi-secondaire possède une résistance \(R_s / 2\) qu'on peut ainsi retrancher de \(R_t\). Mais ce n'est pas tout ! Un transfo, comme son nom l'indique, transforme la tension, mais également l'impédance, ou plus simplement comme ici, la résistance. À la résistance \(R_s\) s'ajoute donc le reflet de la résistance du primaire, notée \(R_p\).

Pour obtenir la résistance reflétée au secondaire par \(R_p\), qu'on appelera \(R'_p\), il faut multiplier \(R_p\) par le carré du rapport de transformation en tension entre le primaire et le secondaire (c'est encore un peu tôt dans l'exposé pour attaquer la théorie des transfos, mais je t'expliquerai tout ça par la suite, pas de panique ;) ). Donc si \(n\) est le rapport de transformation en question, \(R'_p = n^2 \cdot R_p\). La résistance reflétée sur un demi-secondaire étant la moitié de \(R'_p\) (qui vaut pour la totalité du secondaire), on peut donc ajouter \(R'_p / 2\), soit \(n^2 \cdot R_p / 2\), à \(R_s\) pour déterminer la résistance R de chaque branche du secondaire :

$$R = \frac{R_s}{2} + \frac{n^2 \cdot R_p}{2}$$

Si \(R\) est au minimum égale à \(R_t\), alors il ne sera même pas nécessaire d'ajouter de résistance de protection au circuit, le transfo remplissant déjà cette fonction. Si au contraire, \(R < R_t\), il faudra ajouter devant chaque anode une résistance valant au minimum \((R_t – R)\Omega\).

Les valeurs limites

La page suivante nous donne, sous l'intitulé Limiting values, les valeurs de certains paramètres à ne jamais dépasser au cours du fonctionnement du tube.

GZ34 – Valeurs limites

Ici aussi, ces valeurs dépendent du type de filtrage, qu'il soit à self ou capa de tête, ces valeurs étant différenciées en raison des forts appels de courant provoqués par le remplissage du condensateur.

En l'occurrence, tu noteras que 2 des paramètres principaux du tube, à savoir la tension crête inverse et le courant crête, sont identiques dans les 2 cas.

Tension crête inverse

La tension crête inverse correspond à la tension maximale appliquée aux bornes d'une des sections du tube quand la diode correspondante est à l'état bloqué ; en effet, dès lors que la tension à l'anode de la diode est inférieure à la tension de sortie (celle qu'on retrouve à la cathode), la diode correspondante est bloquée, et le reste jusqu'à ce que le tension à son anode redevienne supérieure à la tension en sortie du tube.

Dans le cas d'un signal sinusoïdal, comme c'est le cas pour une tension issue du secteur, la valeur crête est égale à la valeur efficace multipliée par \(\sqrt{2}\). La tension à l'anode d'une diode, dans le cadre d'un redressement double alternance, va donc varier en permanence entre \(-\sqrt{2} \cdot V_{eff}\) et \(+\sqrt{2} \cdot V_{eff}\). Par contre, à la cathode, on se retrouve du côté de la tension redressée, qui sera proche de Vmax si elle est correctement filtrée. On peut donc admettre que la tension à la cathode vaudra toujours \(\sqrt{2} \cdot V_{eff}\), et par extension, que la tension inverse maximale supportée par une diode vaudra \(2\sqrt{2} \cdot V_{eff}\).

La tension crête inverse indiquée par le datasheet est 1500V pour la GZ34. On en déduit donc qu'il faut que \(\sqrt{2} \cdot V_{eff}\) soit inférieur à 750V, et donc qu'on doit se limiter à un transfo dont le secondaire produit une tension de 530V AC.

En réalité, les diodes à vide ne sont pas idéales, et une chute de tension se produit au sein de celles-ci, avec pour conséquence que la tension de sortie est inférieure à la valeur théorique que quelques dizaines de volts. De même, le filtrage n'étant pas parfait, il subsitera une ondulation non négligeable ramenant la tension moyenne à une valeur inférieure à son maximum théorique, on peut donc dépasser légèrement la valeur calculée et utiliser un transfo dont le secondaire délivre une tension de 550V AC.

Le courant crête maximal

Ce paramètre ne nous servira pas vraiment, mais il est tout de même important de connaitre son existence ! C'est là aussi une limite structurelle du tube, donc tout dépassement de ce courant maximal, même pour une courte durée, est susceptible de détruire le tube, donc à éviter...

À vrai dire, dans le cas d'un redressement par self en tête, celle-ci va contraindre le courant à onduler autour d'une valeur moyenne, celle de l'intensité consommé par le circuit, qui est proche des valeurs indiquées dans les cas standard d'utilisation, et donc suffisamment éloignée de la valeur limite pour qu'on n'ait pas à s'en préoccuper.

Avec une capa en tête en revanche, c'est une autre histoire : il faut faire en sorte que les pics de courant liés au remplissage du condensateur ne dépassent jamais le courant crête maximal admissible par le tube ! En l'occurrence, le courant crête dépend de nombreux facteurs, comme l'impédance du circuit en amont comme en aval de la redresseuse, la chaleur du filament, etc... Les datasheets servant justement à nous éviter de longs et fastidieux calculs, les ingénieurs de l'époque nous indiquent donc 2 paramètres à respecter pour garantir le bon fonctionnement du tube :

• la résistance minimale de protection pour chaque anode, dont on a déjà parlé un peu plus haut, sa valeur dépendant de la tension délivrée par le transfo (logique, si la tension est plus importante, la résistance doit l'être aussi pour garder le même courant)
• la capacité maximale du condo de tête ! Eh oui, il faut aussi faire attention à ce point, principalement en raison du comportement au démarrage de l'ampli : plus la capa est importante, plus le courant d'appel dans les premières dizaines de millisecondes l'est aussi. Si ce courant dépasse systématiquement les limites structurelles du tube, il y a bien sur de très fortes chances que celui-ci soit détruit au bout d'un certain nombre de démarrages.

Il est donc capital de bien respecter les préconisations du datasheet en ce qui concerne les valeurs limites, et adapter son design aux contraintes d'utilisation du tube choisi.

Reste encore un dernier paramètre fondamental dans le choix d'une redresseuse, il s'agit du courant continu maximal que peut sortir le tube, dont la valeur est ici un magnifique See page 4.

Les courbes caractéristiques

Tout bon datasheet contient un certain nombre de courbes caractéristiques du tube. Selon les fabricants et les époques, ces courbes peuvent être plus ou moins nombreuses et englober plus ou moins de cas d'utilisation, mais les plus importantes sont toujours fournies par les fabricants sérieux.

GZ34 – Courbes caractéristiques

Dans le cas d'une redresseuse, il s'agit du domaine de fonctionnement du tube, qui est la courbe que l'on trouve en bas de la page 4. Celle-ci permet de vérifier que les conditions de fonctionnement envisagées pour le tube, à savoir la tension fournie par le transfo et le courant moyen consommé par le circuit, sont compatibles avec les limites de celui-ci.

Son utilisation est particulièrement simple : on reporte le point de fonctionnement envisagé sur le graphique, si celui-ci reste dans les limites du tube c'est bon, sinon il faudra revoir quelque chose (soit le circuit, soit le choix de la redresseuse).

Pour la GZ34, on note 2 limites “dures” : le courant continu en sortie ne doit jamais dépasser 250mA, et le secondaire du transfo ne devra jamais dépasser 2x550V (soit 550-0-550V dans la notation vue précédemment).

On voit également que tant qu'on reste éloigné de l'une de ces 2 limites, on peut facilement atteindre la valeur maximale pour l'autre paramètre sans que ça puisse poser problème. En revanche, si l'on s'approche de la limite pour les 2 paramètres à la fois, on voit une zone un peu particulière : en effet, on ne peut pas utiliser un tube aux limites de ses possibilités tant pour la tension d'entrée que pour le courant délivré (en clair, 250mA DC avec un transfo 550-0-550V, tu peux oublier). Et cerise sur le gateau, le domaine n'est pas tout à fait identique selon le type de filtrage.

Ainsi, on pourra sans problème délivrer 225mA DC avec un transfo 500-0-500V si on utilise un filtrage avec self en tête ; mais ce point de fonctionnement étant situé hors du domaine admissible avec une capa de tête, il faudra réduire la tension du transfo ou le courant consommé par le circuit.

Utiliser une redresseuse dans un schéma moderne

L'utilisation “traditionnelle” des redresseuses n'est malheureusement pas sans poser certains problèmes, de coût, d'efficacité, mais aussi de fiabilité ! Voyons voir comment y remédier...

Le pont de Graetz

On a vu que pour avoir un redressement double alternance, il faut un transfo dont le point milieu est à la masse, et une diode sur chaque branche. Ceci permet de s'assurer qu'on ait bien l'amplitude attendue entre la masse et chaque extrémité du secondaire, mais en fin de compte, le secondaire global fournit le double de l'amplitude nécessaire : pour le redressement double alternance d'une tension alternative de 300V par exemple, on aura un secondaire de 600V (300-0-300V). La puissance étant le produit de la tension par l'intensité, un montage à redressement double alternance consommera donc le double du même montage en redressement simple alternance !

Heureusement, il existe un montage connu de tous les électroniciens qui permet de s'affranchir de cette contrainte : le pont de Graetz !

En effet, celui-ci empêche la tension à l'extrémité de chaque branche de devenir négative : la diode reliant celle-ci à la masse devient en effet passante, “retenant” ainsi cette branche au potentiel de 0V. Dans le schéma suivant, lorsque la tension en B1 est inférieure à la tension en B2, D1 est passante et ramène donc B1 à la masse. Dans le même temps, D2 et D3 sont bloquées, tandis que D4 est passante, amenant ainsi la tension en sortie du pont à celle de B2.

Ce montage permet donc de diminuer la taille du transfo par 2, ce qui permet de réaliser de belles économies tant au moment de la fabrication que de l'utilisation, puisque l'ampli consomme une puissance divisée par 2 !

Les redresseuses et le pont de Graetz

Oui mais voilà, il ne t'aura pas échappé que le pont de Graetz utilise 2 fois plus de diodes que le redressement double alternance traditionnel. En plus, si 2 de ces diodes sont bien reliées par la cathode, les 2 autres sont reliées entre elles par l'anode, or toutes les redresseuses du marché sont à cathode commune !

Mais au fond, qu'est-ce qui nous empêche d'utiliser 2 diodes silicium en complément d'une redresseuse ? Réponse : rien !

Si on se contente de remplacer D2 et D4 dans le schéma précédent par une redresseuse, on retrouve exactement le même comportement qu'avec un redressement double alternance équivalent : le même courant traverse la redresseuse, occasionnant la même chute de tension, et la tension d'alimentation finale est donc également identique. Il faudra simplement veiller à bien respecter la capacité maximale du condo de tête, ainsi que la résistance minimale de protection des anodes.

La seule différence vient de la chute de tension dans les diodes silicium, s'ajoutant à la chute de tension dans la redresseuse. Mais celle-ci étant de l'ordre de 0.6V, contre 20 à 50V dans la redresseuse, on peut facilement l'ignorer, son impact sur le son étant imperceptible, alors que les économies réalisées au moment de l'achat du transfo seront, elles, bien réelles ;)

Alors par pitié, ami fabricant d'amplis, si tu tiens à utiliser une redresseuse dans ton design, arrête les transfos à point milieu et ajoute 2 diodes silicium, ton banquier et la planète t'en remercieront !

La redresseuse à 2€

Enfin, sortons un peu du cadre de cet article pour nous demander s'il est encore vraiment pertinent, en 2017, d'utiliser des redresseuses... Même dans le cadre d'un cours sur l'amplification à lampes, cette question n'est pas si saugrenue : s'il est établi que les tubes audio ont des caractéristiques propres qui ne peuvent être reproduites simplement (et pourtant, beaucoup ont essayé !) qui leur confèrent cette sonorité particulière, qu'en est-il des redresseuses ?

Et bien il n'en est rien ! Comme indiqué dans l'article précédent, une redresseuse peut être modélisée par une simple diode avec une résistance en série, et c'est exactement ce qui fait le son particulier des amplis équipés de redresseuses : lorsque le courant moyen consommé par le circuit varie, la chute de tension aux bornes de la redresseuse varie aussi. Ainsi, lorsqu'on joue un ampli classe AB à fort volume, le courant consommé augmente assez radicalement sur les attaques. La chute de tension dans la redresseuse est donc plus importante, et en conséquence la tension d'alim diminue sensiblement, limitant ainsi l'amplification du signal. La présence d'une redresseuse crée donc naturellement de la compression, pour peu que l'ampli soit joué suffisamment fort.

Mais cette compression n'étant liée qu'à la “résistivité” de la redresseuse, on peut retrouver exactement le même effet en remplaçant la redresseuse par un pont de didoes en sortie duquel on placerait une résistance d'une valeur choisie judicieusement, en fonction du modèle de redresseuse que l'on souhaite simuler ;)

Ceci dit, à volume modéré, une redresseuse et un pont de diodes utilisés dans le même ampli ne donnent pas forcément le même son, mais comparons ce qui est comparable : la chute de tension dans le pont de diodes dépasse à peine le volt, soit bien moins que celle qu'on retrouve aux bornes de la rectifieuse. La tension d'alimentation sera donc plus élevée avec les diodes silicium, ce qui se traduit géneralement par un son plus agressif. Mais si on ajoute la résistance en sortie du pont de diodes, ou qu'on réduit la tension fournie par le transfo pour retrouver la même tension d'alim finale qu'avec la redresseuse, alors la différence s'estompe totalement !

Au fond, la principale fonction d'une redresseuse dans un ampli moderne, est simplement d'en préserver le mojo. Il n'y a rien de mal à ça, tant qu'on en a conscience ;)

Retour sur le problème du standby

Dans un précédent article j'expliquais qu'il fallait à tout prix éviter d'utiliser un standby avec une redresseuse, il me reste encore à t'indiquer précisément pourquoi...

Le courant que peut délivrer une redresseuse est limité tant que celle-ci n'a pas atteint sa température nominale de fonctionnement. À l'allumage d'un ampli, le courant d'appel de la capa de tête est donc limité par le courant que peut fournir la redresseuse durant le temps nécessaire à celle-ci pour monter en température. Comme il lui faut quelques secondes pour celà, la tension d'alim peut donc monter suffisamment avant que la redresseuse ne soit prête, le courant peut donc rester inférieur à son courant crête maximal admissible.

Avec un standby au contraire, si la redresseuse est déjà chaude, elle conduit normalement, et le courant la traversant au basculement du standby peut facilement dépasser la valeur maximale qu'elle peut encaisser. Ceci peut mener à la destruction de la lampe, qui peut tout à fait, dans le pire des cas, se mettre en court-circuit, entrainant dans sa chute un fusible (ou carrément le transfo, pour ceux qui auraient eu la “brillante” idée de remédier au problème en remplacement le fusible mort par un bout d'alu, ou par tout autre conducteur absolument inadapté).

C'est d'ailleurs un problème assez fréquent sur les AC30 modernes (les vieux n'avaient pas de standby, et donc pas de problème ;) )

Conclusion

On arrive enfin au bout de ce long article ! J'espère qu'il t'aura apporté de nombreuses informations utiles sur le fonctionnement des redresseuses, leurs caractéristiques ainsi que leurs avantages et inconvénients !

Dans un prochain article, nous verrons ce qu'il peut se passer si on ajoute une électrode supplémentaire à l'intérieur de ces tubes rudimentaires, et si l'on peut espérer en sortir un peu de son ;)

D'ici là, n'hésite pas à commenter, critiquer, demander des précisions, etc...

Photo © arbyreed – Licence CC BY-NC 2.0

Cette fois, ça y est, c'est parti ! On va enfin attaquer du lourd, du sérieux, du passionnant (ou du moins, je l'espère  !). Cet article est donc le premier volet d'un cours complet sur l'amplification à lampes, qui mettra plus particulièrement l'accent sur les applications à la guitare (et à la basse).

Avant d'entrer dans le vif du sujet, je te propose donc de commencer par un petit historique de la genèse des tubes électroniques.

Atomes, électrons et courant

Comme tu le sais sans doute, toute la matière est constituée d'atomes : de tous petits machins qu'on ne peut évidemment pas voir à l'oeil nu, puisqu'ils ont une taille de l'ordre de 0.0000001mm (oui, c'est très petit !), mais qui composent néanmoins absolument toute la matière.

Et ces atomes sont eux-mêmes constitués de machins encore plus petits, et en particuliers ceux sur lesquels on va s'attarder : les électrons. Ceux-ci ont deux caractéristiques extrêmement intéressantes :

• ils possèdent une charge électrique négative
• ils peuvent quitter leur atome d'origine pour aller parcourir le vaste monde

Ce n'est bien sur pas un hasard si les mots électron et électricité se ressemblent furieusement, puisque le déplacement des électrons est la définition même d'un courant électrique tel que nous le connaissons et l'utilisons chaque jour ! Évidemment, tous les électrons ne peuvent pas décider de se barrer comme ça, sur un coup de tête, ils doivent (entre autre) appartenir à un atome qui le permette ; c'est le cas pour tous les matériaux conducteurs, et en particulier les métaux.

Par ailleurs, un électron ne fait pas ce qui lui chante quand il quitte un atome : on dit souvent que les opposés s'attirent, et cet adage est tout à fait vérifié à l'échelle atomique ! Les électrons, avec leur charge négative, vont donc chercher à rejoindre une charge positive, histoire de ramener l'équilibre dans la for... bref, l'équilibre, quoi !

Aux origines de l'émission thermoionique

L'histoire commence en 1873 sur les terres de la perfide Albion. D'ailleurs, à l'époque on ne savait même pas que les électrons existaient, puisque ceux-ci ne seront découverts qu'en 1897...

En 1873, donc, le professeur Frederick Guthrie s'amusait avec des sphères en fer, notamment en les chauffant au rouge. Il s'aperçut alors qu'une sphère chargée négativement avait tendance à perdre sa charge, alors qu'une sphère chargée positivement la conservait :

• vu de la sphère chargée négativement, l'air semble posséder une charge positive ; les électrons aimant positiver, ils ont donc tendance à quitter la sphère pour aller se répandre dans l'air (qui est un très mauvais conducteur, mais un conducteur quand même)
• au contraire, vu de la sphère chargée positivement, l'air semble posséder une charge négative ; les électrons préfèrent donc, dans ce cas, rester au chaud, et la sphère conserve sa charge

Guthrie avait ainsi mis en évidence l'émission thermoionique, qui désigne le fait qu'un métal (ou oxyde métallique) émet des électrons, cette émission étant amplifiée sous l'effet de la chaleur.

Pendant ce temps, à Vera Cruz...

Ou plutôt, à Menlo Park, dans le New Jersey, le jeune Thomas Edison expérimentait avec l'électricité. Il finit notamment par inventer l'ancêtre de nos platines vinyles, le phonographe, avant de s'intéresser aux lampes à incandescence (les mêmes qu'on utilise toujours pour s'éclairer).

Au cours de ses expérimentations, Edison a construit une ampoule dont la surface interne était recouverte d'une feuille d'étain. Il put ainsi constater que :

• si la feuille d'étain était portée à une tension positive par rapport au filament, un courant circulait entre ces deux électrodes, dont l'intensité augmentait avec la tension de la feuille d'étain
• si, au contraire, la feuille d'étain était portée à une tension négative, aucun courant ne circulait

On retrouve là le principe de l'émission thermoionique ! Edison venait alors de poser les bases des premiers tubes électroniques :

• une enveloppe en verre dans laquelle on faisait le vide
• un filament, chauffé en appliquant une tension à ses bornes, faisant office d'électrode émettrice
• une électrode réceptrice, qui est ici la feuille d'étain

En bon businessman qu'il était, il breveta son invention en 1883, mais ne lui voyant aucune application pratique, il finit par ne plus s'y intéresser. Il faudra donc patienter encore un peu avant de voir apparaitre les premières applications pratique de sa découverte, et par conséquent, les premiers tubes électroniques commerciaux...

Les premiers tubes

La diode à vide

Ce n'est qu'une vingtaine d'années plus tard que quelqu'un, en l'occurrence le physicien anglais John Ambrose Fleming, réalisera finalement l'intérêt du montage mis au point par Edison.

Au cours de recherches sur les ondes hertziennes, qui était un peu ZE sujet de recherche à la mode au début du XXe siècle, Fleming mis au point un détecteur d'ondes radio très largement inspiré du montage utilisé par Edison.

Prototypes et schéma de la diode de Fleming

Ce détecteur est constitué des éléments suivants :

• un filament en tungstène, faisant office à la fois d'élément chauffant et d'électrode émettrice (la cathode)
• un cylindre de tôle agissant comme électrode réceptrice, remplaçant ainsi la feuille d'étain d'Edison (l'anode)
• un enveloppe de verre sous vide pour contenir le tout

Il s'agit donc d'un dispositif à 2 électrodes, ce qui est la raison pour laquelle le physicien William Eccles lui donna le nom de diode. Aujourd'hui, les diodes courantes, fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs comme le silicium, ont une structure très différente. Celles qui sont encore fabriquées selon les principes de la diode de Fleming sont donc appelées diodes à vide.

Mais au fait, pourquoi le montage doit-il être sous vide ? Tout simplement parce que les électrons, pressés qu'ils sont d'aller s'écraser sur l'anode, vont quand même passablement vite (on parle là de plusieurs millions de m/s !). Du coup, s'ils venaient à percuter, par exemple, une molécule d'air, ça ferait — littéralement — des étincelles ! Donc, pour laisser le champ libre aux électrons, il faut absolument éviter de laisser trainer des molécules au milieu, et donc placer le tout dans un vide d'air très poussé.

Caractéristiques de la diode à vide

Si tu as quelques souvenirs de tes cours de physique au collège, tu sais déjà comment doit fonctionner une diode : elle permet le passage du courant dans un sens (de l'anode vers la cathode), et le bloque dans l'autre sens (de la cathode vers l'anode).

Alors évidemment, si tu as suivi les paragraphes précédents, tu te dis que non, le courant passe de la cathode vers l'anode, et pas l'inverse ! Eh bien non, parce que les conventions de la physique font que le courant “s'écoule” des hautes tensions vers les basses tensions, tandis que les électrons font exactement l'inverse. Alors oui, cette convention a une bonne raison d'être, mais tu m'accorderas que ça ne simplifie pas les choses... Pour la suite, retiens donc que les électrons nagent toujours à contre-courant !

Si la cathode est portée à un potentiel supérieur à celui de l'anode (tension négative aux bornes de la diode), le courant ne peut donc pas passer, puisqu'il ne peut circuler que de l'anode vers la cathode. Si la tension aux bornes de la diode est positive par contre, cela signifie que le potentiel de l'anode est supérieur à celui de la cathode, et que le courant peut donc s'écouler librement.

Note : si tu as mal au crane, c'est normal, ça fait toujours ça au début ! Mais ces notions d'anode, cathode et sens du courant sont absolument fondamentales pour la suite, donc n'hésite pas à y revenir à tête reposée ;)

Une diode idéale (c'est à dire conforme à la théorie) a donc une caractéristique intensité-tension de cette forme :

Caractéristique d'une diode idéale

On voit bien que :

• dans la 1ère moitié de la caractéristique (tension négative), aucun courant ne passe, on retrouvera donc aux bornes de la diode la tension qu'on applique à sa cathode
• la courbe change ensuite de direction : le courant circulant librement, il n'y a aucune différence de potentiel entre les 2 électrodes, la tension à ses bornes est donc nulle

Bien sur, en physique on ne colle jamais totalement à la théorie, et encore moins avec les diodes à vide, dont voici un exemple de courbe caractéristique :

Caractéristique réelle d'une diode GZ34

Cette courbe ne montre pas les tensions négatives, tout simplement parce que de ce côté, il n'y a rien de particulier à noter : le courant ne passe pas, point.

Par contre, tu noteras qu'on est loin, très loin de la caractéristique idéale dans laquelle le courant circule librement, sans qu'il y ait de tension aux bornes de la diode ; en clair, il y aura toujours une chute de tension non négligeable dans une diode à vide, cette chute dépendant du courant la traversant. La caractéristique étant plus ou moins linéaire, on peut assimiler cette perte à celle qui pourrait être causée par une résistance. On peut donc modéliser une diode à vide de la façon suivante :

La valeur de la résistance dépendra du modèle exact de tube : dans l'exemple de la GZ34, on peut tabler sur une valeur d'environ 80 à 100 ohms, alors qu'on atteindra les 180 ohms pour une 5U4.

Utilisation des diodes à vide

Bien qu'initialement mises en oeuvre pour la détection des ondes radio, les diodes ont, dans un amplificateur audio, une toute autre fonction : celle du redressement. En effet, la tension alternative fournie par le secteur doit être convertie en tension continue, nécessaire au bon fonctionnement d'un ampli.

Redressement simple et double alternance

Une tension alternative “standard” étant parfaitement symétrique, la tension moyenne est nulle. Si on veut augmenter celle-ci, il suffit donc de supprimer les alternances négatives : la tension ne pouvant être que positive ou nulle, la tension moyenne sera forcément positive.

Pour cela, il suffit d'insérer une diode sur une des branches (et de relier l'autre branche à la masse), l'anode étant positionnée côté générateur (la source de tension alternative) : la diode laissera circuler le courant sur les alternances positives et le bloquera sur les alternances négatives. On parle alors de redressement simple alternance.

Redressement simple alternance

La figure ci-dessus présente le schéma d'un redressement simple alternance, avec la tension aux bornes du transformateurs (en bleu) et celle en sortie de redresseur (en rouge).

L'inconvénient majeur de ce système est qu'on perd la moitié des alternances ! Si, maintenant, on inverse les connexions aux 2 branches de la source, c'est à dire que la branche “supérieure” sera reliée à la masse quand la branche inférieure est connectée à la diode, on observe le phénomène suivant :

Redressement simple alternance inversé

Eh oui, la courbe reste la même, mais légèrement décalée puisque dans ce cas, les alternances positives et négatives sont inversées. On peut donc combiner ces 2 montages, afin de doubler le nombre d'alternances “utiles” en sortie, on parlera alors de redressement double alternance :

Redressement double alternance

Le résultat est évidemment bien meilleur qu'en redressement simple alternance, mais la tension obtenue varie encore énormément, et il est difficile à ce stade de parler de tension continue...

Note : pour garder la même amplitude en sortie de redresseur, il faut doubler la tension par rapport au redressement simple alternance : en effet, chaque alternance est redressée par une moitié du transfo. Chacune de ces moitiés doit donc fournir l'intégralité de la tension nécessaire ; le transfo complet n'étant que l'association en série des ces 2 moitiés, les tensions qu'elles fournissent s'ajoutent, et la tension totale aux bornes du transfo est donc doublée.

Un mot sur le filtrage

Il convient donc de filtrer cette tension pour la transformer en tension continue : c'est le rôle des condensateurs.

En effet, un condensateur agit comme un réservoir à électrons : lorsqu'on lui applique une tension, il se remplit jusqu'à ce que la tension à ses bornes soit égale à la tension d'origine. Si on enlève ensuite la tension appliquée, les électrons accumulés vont passer dans le reste du circuit, et le condensateur va donc se vider progressivement, jusqu'à avoir à ses bornes une tension nulle si on le laisse se vider suffisamment longtemps.

Le temps que mettra le condensateur pour se remplir ou se vider est défini par un paramètre nommé constante de temps, qui dépend à la fois des caractéristiques propres du condensateur, et du circuit dans lequel celui-ci est placé : en effet, c'est le circuit qui limite le courant qui pourra être utilisé lors de la charge du condensateur, ainsi que celui qui sera généré lors de la décharge.

Charge et décharge d'un condensateur avec différentes constantes de temps : en bleu, la tension appliquée au condensateur ; en rouge, la tension réelle à ses bornes

Un condensateur est défini par 2 paramètres principaux :

• sa capacité, exprimée en Farads (symbole F) ; on peut l'assimiler au diamètre d'un réservoir d'eau : plus celui-ci est grand, plus il contiendra d'électrons pour un niveau (une tension) donné. En contrepartie, il sera plus long à remplir.
• sa tension de service admissible, exprimée en Volts ; c'est la hauteur du réservoir, autrement dit la tension jusqu'à laquelle on peut le remplir. Si on essaie de remplir le réservoir au-delà, ça déborde... Ou plutôt, dans le cas d'un condensateur, ça peut exploser ! Donc attention à ne jamais dépasser la tension admissible d'un condensateur !

Si on installe un condensateur en sortie de notre montage, la tension présente en sortie du redresseur sera appliquée au condensateur, et permettra donc de “remplir” (charger) celui-ci pendant sa phase ascendante. Arrivée au maximum, cette tension va diminuer alors que le condensateur est totalement chargé. Celui-ci va donc alimenter notre circuit en se déchargeant progressivement, faisant ainsi diminuer la tension à ses bornes, jusqu'au moment où la tension en sortie de redresseur lui redeviendra supérieure. Recommencera alors un cycle de charge/décharge, et ainsi de suite.

Tension aux bornes du condensateur (en rouge)

On retrouve donc, aux bornes du condensateur, une tension qui commence à ressembler à une tension continue ! Mais ne rêve pas, on ne pourra jamais obtenir ainsi une tension parfaitement continue : il restera toujours une petite ondulation résiduelle, le but étant justement de trouver le meilleur compromis entre l'efficacité du filtrage (avoir une ondulation minimale) et le coût et l'encombrement de celui-ci (un meilleur filtrage nécessite de plus gros condensateurs, qui sont également plus chers).

En l'occurrence, la valeur de cette ondulation est déterminée par 2 facteurs :

• le courant consommé par le circuit : plus celui-ci est important, plus le condensateur se vide rapidement, et donc plus l'ondulation est importante
• la capacité du condensateur : plus elle est importante, moins la tension aux bornes du condensateur (le niveau dans le réservoir) diminue rapidement, et donc moins l'ondulation est importante ; par exemple, si tu vides une bonbonne de 10L avec un débit de 1L/s, il ne restera que 8L au bout de 2 secondes, soit une diminution de 20%. Par contre, si tu tentes la même expérience avec une piscine olympique, le niveau de celle-ci ne bougera pas (du moins, rien de perceptible)

Comme on ne peut pas agir sur le courant consommé par le circuit, il faut donc choisir pour notre condensateur la capacité adaptée à ce circuit. En règle générale, on utilisera des valeurs de 10µF à 100µF pour les montages à tubes, qui fonctionnent sous une tension importante et un courant relativement faible (de l'ordre de la centaine de mA). A contrario, les amplis à transistors fonctionnant sous de plus faibles tensions, ils drainent un courant beaucoup plus important, et ont donc besoin de condensateurs de plusieurs dizaines de milliers de µF.

Enfin, tu auras peut-être remarqué que dans tous les cas, le condensateur passe beaucoup de temps à se décharger, pour un temps de charge très limité. Or la consommation du circuit est généralement constante, ce qui signifie que le condensateur doit fournir en permanence la même quantité d'électrons au circuit, qu'il soit en train de se charger ou de se décharger. Il est donc indispensable que la quantité d'électrons que le condensateur va stocker pendant la phase de charge soit identique à la quantité qu'il va restituer en phase de décharge. En clair, si le condensateur se charge durant 20% du temps, et se décharge durant les 80% restants, le courant de charge devra être 5 fois supérieur au courant de décharge !

Courant de charge du condensateur (vert) en redressement double alternance

On voit bien, sur la figure ci-dessus, que le transfo ne fournit pas un courant constant, mais qu'il est au contraire sollicité par intermittence, afin de fournir un courant important sur de très courtes périodes de temps. Ce courant traverse aussi le redresseur, ce qui, on le verra dans le prochain article, n'est pas sans conséquences...

Vers un “meilleur” filtrage

Je ne vais pas trop détailler ce point pour l'instant, mais sache qu'on peut enrichir le filtrage en plaçant une bobine (également appelée self) en sortie du redresseur. Cette topologie modifie très nettement le comportement du circuit de filtrage, et particulièrement l'évolution du courant le traversant.

En effet, un condensateur a tendance à s'opposer aux variations de tension, comme le montrent les courbes de charge et décharge ci-dessus : le tension à ses bornes ne varie jamais brusquement, mais de manière très progressive et sans discontinuité. Eh bien, on retrouve le même principe pour la self, mais appliqué au courant cette fois : au lieu de se retrouver avec de forts appels de courant à chaque charge du condensateur, il augmentera et diminuera progressivement.

Ce comportement signifie que, finalement, le courant traversant le redresseur restera plus ou moins constant lui aussi, avec une valeur correspondant à la consommation moyenne du circuit. Les fortes impulsions visibles avec un condensateur seul en sortie de redresseur sont donc largement gommées, limitant ainsi le stress appliqué au redresseur ainsi qu'au transformateur.

Évidemment, l'utilisation d'une self a aussi ses inconvénients, mais ceci est une autre histoire...

That's all, folks !

J'espère que ce premier article t'aura été utile. Il reste évidemment beaucoup à dire sur ce sujet, en particulier sur la conception d'une alimentation : je n'ai fait ici que présenter les concepts de base du redressement et du filtrage, nécessaires à la compréhension du sujet, mais j'y reviendrai en détails dans quelques mois, avec un ou plusieurs chapitres dédiés exclusivement aux alimentations des amplis à tubes.

Il me reste également pas mal de points à affiner sur la forme, notamment la longueur des articles. Donc n'hésite pas à me dire si tu as trouvé celui-ci trop court ou trop long, correctement illustré ou non, etc... Ces retours m'aideront grandement à adapter le format au fil du temps, afin que ce blog réponde au mieux à tes attentes ;)

En attendant, je retourne à mon prochain article, qui sera tourné davantage vers la pratique. On en profitera donc pour causer datasheets, caractéristiques et “bonnes pratiques”, histoire de bien comprendre comment choisir et mettre en oeuvre une redresseuse dans un ampli.

Photo © Lauri Rantala – Licence CC BY 2.0

Comme tu auras pu le voir dans le dernier article, la prise de son traditionnelle n'est pas sans prise de tête. Si tu ajoutes à ça la nécessité d'avoir une acoustique correcte, un parc micros un minimum varié, et si possible des baffles différents, le coût financier peut vite grimper en flèche (et je ne parle même pas des galères logistiques !)

Heureusement, la technologie est là pour venir à ton secours ! On peut en effet facilement simuler une prise de son, que ce soit par des moyens analogiques ou numériques, et ce de manière tout à fait convaincante. Dans ce cas, on se contente de prélever le signal en sortie de l'ampli, en général en plaçant une DI entre la sortie HP et le baffle lui-même. On enregistre alors le signal en sortie de cette DI, avant de le traiter avec une simulation de HP, qui peut être intégrée à la DI, ou directement dans le DAW sous forme de plugin.

OK, mais une DI, c'est quoi ?

Une DI, ou Direct Input Box (Boîte de direct en français) est, sur le principe, un petit boitier tout simple ayant pour utilité de prélever un signal sur une chaine existante, tout en le transformant en signal symétrique.

Du pourquoi qu'un signal symétrique, c'est mieux !

Si tu as déjà fabriqué un cable pour ta guitare, tu sais comment voyage le signal : il y a un point chaud (relié à la pointe du jack) et une masse, le signal allant à l'ampli par le point chaud, la masse servant de référence de tension. Celle-ci est généralement confondue avec le blindage, mais ce n'est pas obligatoirement le cas : ainsi, on peut imaginer un cable avec un conducteur pour le point chaud, un autre pour la masse, et enfin une tresse de blindage autour de l'ensemble, qu'on relie à la masse d'un seul côté du cable.

L'inconvénient de ce système est qu'un parasite venant se greffer sur le signal sera alors amplifié tel quel par la suite, et finira donc par se retrouver dans le HP au moment de la restitution finale !

Pour contourner ce problème, des types plutôt malins ont donc inventé le cablage symétrique : 2 conducteurs distincts transportent un seul signal, en appliquant à chacun des signaux en opposition de phase. On ajoute généralement un blindage, bien séparé de ces 2 conducteurs, afin de maximiser les chances de garder un signal propre.

En fin de chaine, on reconstruit le signal d'origine en combinant les signaux de ces 2 conducteurs. Pour ce faire, on inverse la phase du point froid, et on ajoute ce signal à celui issu du point chaud. L'opération s'apparente au final à une soustraction, ce qui fait que :

• tout signal présent en opposition de phase sur les 2 conducteurs va effectivement se retrouver en sortie avec une amplitude double (le fameux “moins par moins, ça fait plus”)
• tout signal identique sur les 2 conducteurs sera supprimé du résultat final

En quoi ces propriétés sont-elles intéressantes ? Tout simplement parce qu'un parasite se frayant un chemin à travers le blindage se retrouvera à l'identique sur les 2 conducteurs, et sera donc inaudible dans le signal “reconstitué”, alors que le signal utile sera, lui, conservé. C'est pour cela que, sur scène comme en studio, tous les équipements de traitement du son (préamplis, tables de mixages, processeurs d'effets, etc...) ne sont connectés qu'avec des liaisons symétriques.

Principe de fonctionnement d'une DI

Une DI sert donc essentiellement à symétriser un signal asymétrique, et ce de la façon la plus transparente possible. Pour ce faire, elle peut s'appuyer soit sur un circuit passif (un bête transformateur), soit sur un circuit actif à base de transistors, amplis-op, ou lampes.

Du point de vue de l'objectif initial, un circuit passif est par définition moins “performant” qu'un circuit actif : un transformateur, quel qu'il soit, colore toujours le son d'une façon ou d'une autre ! Cette coloration peut être agréable, et même recherchée, mais elle sera inévitablement présente. Au contraire, un circuit actif peut être rendu bien plus transparent si tel est le souhait du concepteur. Et bien sur, pour simplifier les choses, on trouve quantité de DIs actives intégrant aussi un transfo ;)

Mais dans l'ensemble, les 2 technologies restent efficaces pour la symétriser un signal, le choix de l'une ou de l'autre relevant des préférences de chacun... Ou peut-être y'a-t-il un autre facteur à prendre en compte ?

Voyons voir : si on symétrise le signal, c'est pour aller dans un équipement audio qualifié de pro, c'est à dire directement dans une entrée ligne, voire dans un préampli micro s'il faut booster un peu le signal. Sachant que l'impédance d'entrée de ces équipements varie entre 1KΩ et 10kΩ, j'imagine que tu commences à voir le problème qui peut se poser !

Comme je l'ai indiqué dans un précédent article, une guitare à micros passifs préfère “voir” une impédance d'entrée de 1MΩ minimum. Si on veut enregistrer le signal “brut” issu de la guitare à l'aide d'une DI, il faudra donc que celle-ci lui présente une impédance d'entrée adaptée.

Avec un circuit actif présentant un étage d'entrée à FET (soit par le biais d'un transistor JFET ou MOSFET, soit avec un AOP utilisant cette technologie comme le TL072 ou l'OPA134, par exemple), c'est généralement le cas, mais qu'en est-il des circuits passifs ? Eh bien, ça dépend, mais en général, c'est pas terrible...

Un transformateur de DI a un rapport de transformation en tension généralement compris entre 5:1 et 10:1. On élève ce nombre au carré pour obtenir le rapport de transformation en impédance, ce qui nous donne un rapport compris entre 25:1 et 100:1. En fonction de l'étage d'entrée de l'équipement récepteur et du transfo utilisé, la guitare verra donc une impédance comprise entre 25kΩ (tout pourri) et 1MΩ (correct).

En général, je préconise donc, pour l'enregistrement d'une piste de guitare brute, l'utilisation d'une DI active. Dans les autres cas, et si l'impédance de sortie du matériel à enregistrer est suffisament faible (ampli, synthé, multi-effets...), les 2 technos peuvent convenir.

La simulation de HP hardware

Depuis déjà longtemps, il existe la célèbre Red Box de Hughes & Kettner, une DI tout ce qu'il y a plus classique augmentée d'un circuit analogique de simulation de HP. Il en existe différentes versions, mais le principe est toujours le même : on branche la sortie HP de l'ampli dans le connecteur Input de la Red Box, puis on connecte le baffle au connecteur Thru. On conserve donc une charge (le baffle), et le fonctionnement de l'ampli n'est ainsi pas perturbé, l'impédance d'entrée de la Red Box étant suffisamment élevée.

Le signal est ensuite traité par un circuit analogique de façon à simuler les transformations qu'il subirait en traversant un HP et un micro placé devant celui-ci, ce qui donne ainsi un résultat similaire à celui qu'on pourrait obtenir avec une prise de son conventionnelle. Enfin, on entre dans la partie DI classique qui symétrise le signal, et il n'y a plus qu'à brancher la Red Box à la carte son, lancer le DAW et appuyer sur REC !

La Red Box est la DI avec simulation de HP “historique”, mais elle a depuis évidemment fait des petits, comme le Palmer PDI-09 ou les loadbox de chez Koch pour n'en citer que 2, intégrant également un circuit de simulation de prise de son. Parfois, ces circuits permettent également de simuler différents baffles ou positions de micros afin d'accroitre les possibilités, mais les options restent toujours limitées. Bref, ça dépanne bien, et c'est notamment très intéressant pour enregistrer une répète par exemple, pour laquelle on ne va pas chercher à avoir le meilleur son possible, mais ça ne sera généralement pas suffisant pour un enregistrement sérieux.

Il vaudra alors mieux se tourner vers des solutions plus avancées, comme la gamme Torpedo de chez Two Notes, mais à ce stade on sort du cadre des solutions strictement hardware.

Le numérique à la rescousse !

Le gros avantage d'un signal numérique est qu'il ne s'agit, au fond, que d'une suite de nombres. On peut donc facilement lui appliquer toutes sortes d'opérations mathématiques, ce qui tombe plutôt bien, puisqu'il en existe une qui nous intéresse particulièrement : le produit de convolution .

Je te passerai la théorie sur le sujet, que Wikipédia t'expliquera mieux que moi, pour me concentrer sur un point essentiel : un signal traversant un filtre est obtenu par le produit de convolution du signal d'entrée par la fonction de transfert (la représentation mathématique, quoi) de ce filtre. En pratique, ça veut dire que si on connait la réponse temporelle d'un filtre à une impulsion, on peut utiliser la convolution pour simuler de façon très réaliste l'utilisation de ce filtre.

Un filtre, ici, peut être n'importe quel système modifiant un signal, qu'il s'agisse d'un système électronique (coupe-bas, égalisation, ampli), électromécanique (haut-parleur) ou purement mécanique (salle de concert). La convolution a d'ailleurs été d'abord utilisée pour les reverbs : au lieu de traiter le signal avec un algorithme complexe, on se contente de lui appliquer par convolution l'empreinte d'un lieu existant, dont la reverb naturelle possède les qualités recherchées.

Cette empreinte est obtenue en enregistrant le résultat d'une impulsion sonore envoyée dans le lieu en question, et se présente donc sous la forme d'un simple fichier audio. En appliquant le même principe à la prise de son guitare (impulsion envoyée dans un baffle, avec un micro donné dans une certaine position), on peut donc reproduire fidèlement le résultat de cette prise de son, sans avoir à brancher quoi que ce soit. Une belle collection d'empreintes (aussi appelé impulses en raison de l'influence de nos amis anglophones) permet donc de simuler quantité de conditions de prises de son, que ce soit au niveau du baffle et du micro utilisés, que de la position dudit micro !

En bref, la convolution, c'est un peu le Graal de la prise de son guitare pour le home-studiste :D

Comment l'utiliser ?

D'abord un petit mot sur ce qui m'a permis de découvrir la simulation de prise de son par convolution, à savoir les produits Two Notes !

Cette petite boite française (pleine de gens très sympathiques au demeurant) a lancé il y a quelques années le Torpedo, un rack 2U renfermant à la fois une loadbox et un processeur d'effets numérique spécialisé dans ce type de traitement. On pouvait alors brancher cet équipement directement au cul de l'ampli, sans même avoir besoin d'un baffle (ce qui reste bien sur possible), et enregistrer son ampli en simulant un baffle parmi une quarantaine, avec pour chaque baffle un choix de 8 micros différents, la position du micro étant bien sur ajustable quasiment à volonté !

J'avoue avoir été bluffé par les possibilités de l'engin (étant revendeur Two Notes à l'époque, j'ai eu le temps de le tester en long, en large et en travers), et j'ai donc cherché à savoir s'il était possible d'obtenir ce genre de résultat sans devoir investir un gros SMIC dans ce bel appareil. La réponse est bien sur un gros OUI, et il suffit pour cela d'avoir à disposition :

• une bonne DI
• un ordinateur avec un DAW
• un ensemble d'impulses de qualité (et bien sur le bon plugin pour les utiliser)

Le processus est assez simple : on enregistre le signal issu de la DI, puis on insère sur la piste en question le plugin de convolution. On n'a plus alors qu'à expérimenter jusqu'à trouver LA bonne impulse (combinaison baffle/micro + position), et c'est dans la boite !

Petit bonus : les empreintes d'un même vendeur sont normalement toutes calées sur le même “point” de départ, ce qui permet de s'assurer qu'on n'aura aucun problème de phase, même en empilant des dizaines d'impulses ;)

Les plugins

Comme souvent, il existe une tétrachiée de plugins utilisables pour cette application. On trouve bien sur les plugins de reverb, qui sont tout à fait utilisables avec des impulses de prise de son guitare :

• SIR2 (Mac et Windows)
• Altiverb (Mac et Windows)
• Space Designer (Mac, fourni avec Logic Pro)
• IR (Linux)

Ces plugins sont truffés de possibilités, généralement totalement inutiles pour notre utilisation ! Je te recommande donc de choisir un plugin pensé pour la simulation de prise de son guitare, ne proposant que les options pertinentes, et permettant même parfois de charger plusieurs impulses sur une même piste, en réglant à chaque fois le volume et le panoramique. Certains de ces plugins sont d'ailleurs gratuits et de très bonne qualité :

• LeCab (Mac et Windows)
• NADIR (Mac et Windows)
• LAConvolver (Mac)
• convoLV2 (Linux)

Et pour finir, on trouve aussi quelques plugins payants, tous disponibles pour Mac et Windows :

• Torpedo Wall of Sound
• MixIR2
• Recabinet

A noter que tous ces plugins permettent de charger des impulses “standard” au format WAV, qui est le plus répandu pour leur distribution. Par contre, les gars de chez Two Notes proposent leurs propres impulses dans un format propriétaire, lisible uniquement par leur plugin WoS. Si tu souhaites utiliser ces impulses, il te faudra donc obligatoirement passer par le plugin Torpedo. En dehors de ce cas particulier, je n'ai pas de conseil à te donner sur le choix du plugin, c'est à toi de voir en fonction de tes besoins en termes de fonctionnalités et d'ergonomie.

Se faire une belle collection d'impulses

Alors oui, effectivement, un plugin de convolution sans impulses, ça risque d'avoir un intérêt limité, donc forcément, il va encore falloir mettre (un peu) la main à la poche. Mais je te rassure, tu n'auras pas besoin de te ruiner pour ça ! D'abord parce qu'il existe des impulses gratuites, comme tu pourras le voir sur cette page par exemple, mais aussi parce que tu peux généralement acheter des packs petit à petit chez les 3 vendeurs principaux que sont Two Notes, Redwirez et Recabinet.

Recabinet

Sans doute le moins intéressant des 3, Recabinet propose des impulses pour 18 baffles guitare, allant d'un vieux Supro aux 4x12 Mesa, Orange, Marshall, Engl etc... On trouve aussi dans la collection quelques baffles basse (dont le classique Ampeg 8x10”), le tout étant repris par 8 micros différents, dont la plupart des classiques : SM57, U87, R121 et MD421 sont notamment de la partie.

Leur plugin permet de charger 2 impulses à la fois et de sélectionner la part de chacune dans le mix et propose, en plus d'un réglage de niveau général, une égalisation 4 bandes semi-paramétrique. Bref, rien de transcendant de ce côté, mais comme les impulses sont au format WAV, rien ne t'empêche d'utiliser un autre plugin.

Là où le bat blesse en revanche, c'est au niveau des positions disponibles pour les micros : il n'y a que 3 distances pour chaque baffle (proche, éloigné et au milieu), avec pour chacune la possibilité d'avoir le micro dans l'axe du HP ou hors axe, soit 6 positions au total. On ne sait d'ailleurs pas précisément à quoi correspondent les 3 distances.

Cette concision simplifie évidemment le choix des impulses, mais limite fortement les possibilités, beaucoup trop à mon goût. Ceci dit, ça reste un choix tout à fait acceptable qui satisfera ceux qui ont un budget limité, le plugin (optionnel, je le rappelle) étant vendu 15\$ US, tout comme la collection d'impulses en version 4 ; il est même possible d'acheter les versions 1 et 2 des impulses pour respectivement 5\$ et 10\$ US si on veut vraiment y mettre le moins possible.

RedWirez

Là, on s'attaque à du sérieux ! RedWirez propose en effet pas moins de 49 baffles différents (dont 4 pour basse), et certains avec plusieurs types de HP différents ; c'est notamment le cas d'un 4x12 Marshall de 1968, disponible avec des Greenbacks vintage et ceux de la série Heritage, des G12H vintage ou encore des G12L. On y trouve également quelques baffles moins répandus, comme du Soldano ou du Matchless, ou encore quelques Fender et Hiwatt vintage.

On retrouve les micros utilisés par Recabinet, mais aussi de nombreux ajouts intéressants, parmi lesquels on notera le Neumann U47, le Beyerdynamic M160, l'AKG C414, le Blue Bottle ou encore l'Electrovoice RE20. Enfin, au niveau des positions de micros, c'est là aussi l'abondance, avec jusqu'à 10 distances de prise de son et 6 positions latérales pour chaque combinaison baffle/micro, sans oublier, pour certaines combinaisons, des prises “Room” et/ou par l'arrière du baffle. Bref, tout ceci se traduit par plusieurs centaines d'impulses pour chaque baffle, ce qui demandera du coup un certain temps d'adaptation pour maitriser les possibilités énormes qu'offre cette collection.

Evidemment, l'ensemble est bien plus cher que Recabinet, puisqu'il t'en coutera 125\$ US pour acheter la totale. MAIS, comme chez RedWirez ils sont pas chiens, tu peux aussi acheter les baffles un par un, le tarif étant dégressif : 9\$ pour le 1er, puis 8\$ le 2ème, 7\$ le 3ème, et ainsi de suite, jusqu'à tomber à 1\$ par baffle à partir du 26ème. Dans l'état actuel des choses, acquérir toute la collection en achetant les baffles à l'unité revient au final à 128\$, soit quasiment le prix du pack complet acheté d'un coup. Un pack d'impulses est par ailleurs disponible gratuitement sur leur site (4x12” Marshall monté en Greenbacks) pour se faire une idée de la qualité de ces impulses.

A noter que RedWirez propose aussi son propre plugin, permettant de charger 6 blocs pouvant chacun contenir 5 impulses, ainsi qu'une égalisation (basée sur des impulses de Neve 1073) et une reverb. Il est possible de régler le niveau et le pan de chaque bloc d'impulses, ce qui rend ce plugin diaboliquement efficace pour créer un véritable mur du son. Ce plugin est vendu seul à 49\$ US, mais il est aussi proposé gratuitement à tous ceux qui possèdent la collection d'impulses complète, qu'ils l'aient achetée en une ou plusieurs fois ! Son seul défaut, à mon avis, est de ne proposer les impulses que sous forme de liste, alors qu'il aurait été possible d'améliorer l'ergonomie en permettant à l'utilisateur de choisir baffle et micro via des menus déroulants, puis de proposer des potars ou sliders pour choisir la position du micro.

Two Notes

Enfin, les copains de Two Notes proposent également le “moteur” du Torpedo sous forme d'un plugin remarquablement bien foutu !

Celui-ci permet effectivement un accès simplifié aux baffles et micros (oui, là il y a des menus déroulants ;) ) et des potars permettent de modifier la distance du micro par rapport au baffle et son positionnement latéral, changements reflétés au passage sur une petite illustration qui offre un feedback visuel bienvenu ! Ce plugin permet également d'ajouter une simulation d'ampli de puissance à lampes, et offre des paramètres intéressants, comme le Variphi censé reproduire le son obtenu en déphasant légèrement des micros identiques, ainsi que l'Overload, qui simule la modification de la réponse en fréquence d'un HP au fur et à mesure qu'on augmente la puissance de l'ampli.

En plus de tout ça, tu peux charger jusqu'à 100 impulses différentes dans une seul instance de plugin, en gérant pour chacune le volume et le pan, bien sur. Et en prime, tu pourras aussi ajouter à chaque impulse un coupe-bas, une égalisation, un exciter et un compresseur ! C'est donc le plugin le plus riche en possibilités, mais son ergonomie bien pensée en fait aussi le plus simple d'utilisation, à condition toutefois d'utiliser les impulses Two Notes ! En effet, tout ceci est prévu pour fonctionner avec leur format propriétaire ; tu peux donc utiliser d'autres impulses au format WAV, mais dans ce cas les potars de positionnement du micro ne seront pas actifs, et le choix de celui-ci nécessitera donc de sélectionner le bon fichier, comme avec les autres plugins.

Le plugin est fourni gratuitement avec 2 baffles, mais il ne restera fonctionnel que 30 jours. Au-delà de cette période, il faudra acheter au moins 1 baffle supplémentaire pour continuer à en profiter. A ce sujet, Two Notes permet l'achat de baffles directement depuis le plugin via un store intégré, et des réductions sont automatiquement calculées en fonction du nombre de baffles achetés. Mais avec plus de 100 packs d'impulses disponibles (incluant 8 micros pour chaque baffle), le coût de la collection complète dépassera quand même de loin celui des concurrents !

OK, mais lequel choisir ?

Il y a comme toujours un compromis à faire entre la qualité, les possibilités, l'ergonomie, et ton budget .

S'il s'agit simplement de tester “pour voir”, le pack gratuit de chez RedWirez combiné à un plugin quelconque, gratuit lui aussi, fera bien l'affaire, et ce, que tu utilises Windows, Linux ou un Mac.

Une fois convaincu, soit tu es comme moi sous Linux, et tu te tourneras donc vers RedWirez, qui propose une collection assez riche et dans un format standard. Soit tu es du côté obscur, et tu pourras alors hésiter avec le Torpedo WoS. Lequel des 2 te conviendra le mieux, toi seul le sait, mais je pense que l'ergonomie et le budget sont les facteurs les plus importants à prendre en compte, la qualité des impulses étant très bonne dans les 2 cas !

Je ne recommande pas Recabinet pour les raisons évoquées plus haut, mais ça reste une alternative acceptable pour les très petits budgets ; si c'est ton cas, n'hésite donc pas à envisager aussi cette possibilité.

La mise en pratique

Pour finir, je te propose un petit tuto rapide montrant l'utilisation d'impulses sous Ardour (mais le principe reste le même quel que soit le DAW utilisé, bien sur).

Bien évidemment, pour commencer, il faut enregistrer une piste brute en sortie d'ampli. Le cablage pour cette session sera donc le suivant :

Je pars du principe que tu es déjà capable d'enregistrer une piste sur Ardour, une fois que c'est fait ta session devrait donc ressembler à ça :

Clique sur les images pour les agrandir

Pour référence, la piste telle que je l'ai enregistrée (oui, un ampli en direct, c'est moche), que tu peux également télécharger pour travailler directement dessus :

Le plugin utilisé sera convoLV2, on va donc le charger via un clic droit sur la tranche de console correspondant à notre piste DI, puis Nouveau greffon-> Par catégorie –> Plugin –> LV2 Convolution Mono :

Une fois le plugin chargé, apparait sa fenêtre de contrôle :

Les paramètres sont réduits au minimum : un bouton permettant de choisir le fichier impulse, et un réglage de gain. On va donc commencer par choisir le fichier à utiliser ; avec les impulses RedWirez, il faut commencer par sélectionner la fréquence d'échantillonage et la résolution en accord avec les réglages du projet (ici, 44.1kHz/24bits) :

Il faut ensuite sélectionner le baffle à utiliser, pour mon exemple un Soldano 4x12” monté en Eminence S12X :

Enfin, on choisit le type de micro (ici, le fameux Beyer M160) :

Et voilà, il ne reste plus qu'à choisir une impulse dans la liste des fichiers ! Une fois que c'est bon, on peut lancer la lecture, ce qui nécessitera certainement d'ajuster le gain du plugin :

-10dB est une bonne valeur de départ en général, il suffira d'ajuster ensuite au cours de la lecture si nécessaire.

Pour ce couple baffle/micro, j'ai testé 3 positions différentes :

• au bord du HP (Cone Edge)à environ 30cm de distance
• au milieu du cone (Cone), à 10cm
• au centre du HP(Cap), à 5cm

Voici les fichiers audio correspondants :

Petite astuce : le temps de trouver la bonne impulse (ce qui peut prendre un moment, vu le nombre de combinaisons baffle/micro/position disponibles), mets la lecture en boucle (clic droit sur la piste, puis Lire –> Lire la région en boucle), la piste brute que j'ai mis plus haut s'y prête normalement assez bien :

Mais pourquoi se limiter à un baffle et un micro quand on peut en avoir autant qu'on veut (ou du moins, que la machine le supporte) ? On va donc utiliser 4 impulses, afin d'enrichir le son. Pour ce faire, commence par supprimer le plugin de la piste DI, puis crée 4 pistes de type Bus :

Une fois que c'est fait, repère dans la tranche de console, en bas à droite, le bouton permettant de sélectionner les sorties de la piste DI :

Clique dessus, puis sélectionne Déconnecter, afin d'éviter d'entendre cette piste dans le rendu final :

Ensuite, toujours sur la piste DI, dans la zone réservée aux effets, tu verras en cliquant sur le bouton droit une nouvelle option apparaitre, Nouveau départ auxiliaire, laquelle ouvrant une liste contenant tous les bus que tu viens de créer :

Ces départs peuvent être placés avant ou après le fader (appelé ici Atténuateur), il suffit de les déplacer avec la souris à l'emplacement souhaité. Ajoute autant de départs que tu le souhaites (normalement, un par bus que tu comptes utiliser), et règle le niveau de chacun :

Astuce : Pour régler un niveau à 0dB, qu'il s'agisse d'un départ ou d'un fader, appuie sur la touche Maj en cliquant avec le bouton gauche sur le paramètre en question.

Une fois que tous tes départs sont réglés, tu peux charger une instance de convoLV2 dans chaque bus, en choisissant à chaque fois l'impulse de ton choix :

Pour l'exemple, j'ai repris une impulse Soldano/M160 pour les mediums et la chaleur (celle au milieu du cone, à 10cm), les 3 autres étant les suivantes :

• 4x12” Mesa/Boogie en Celestion V30, repris par un RE20 au bord du HP, collé au baffle
• Fender Twin repris par un U87 en position Room à plusieurs mètres de distance
• 4x12” Marshall monté en Greenbacks, repris par un U47 dans la même position que pour le Fender

Le Mesa est utilisé pour donner un bas solide et un peu de précision dans le haut du spectre, les 2 Room étant là pour donner de l'air et de la clarté, sans oublier une très légère dose de reverb. Voici donc les fichiers correspondants :

Et enfin, le mix de tout ça :

Cette démarche peut bien sur être appliquée à d'autres DAW ou plugins, il suffira alors d'adapter un peu aux logiciels utilisés.

That's All, Folks !

Ce tour d'horizon des méthodes d'enregistrement des guitares (et basses !) touche à sa fin, j'espère qu'il t'aura permis d'apprendre plein de choses intéressantes ;)

N'hésite pas à me faire part de tes remarques en commentaire, de mon côté je retourne te préparer quelques articles plus techniques, où on parlera beaucoup de lampes... À bientôt !

Photo © Travis Estell – Licence CC BY-NC-SA 2.0

Maintenant qu'on a vu les bases, on va détailler un peu plus l'aspect technique de la chose. Et comme on cherche à faire une bonne prise de son, il va nous falloir au moins un micro, je te propose donc de commencer par un petit topo sur ceux-ci.

Les micros pour la prise de son

Pour commencer, il faut bien comprendre qu'il existe différentes familles de micros, chacune avec ses points forts, mais aussi ses inconvénients.

Les micros dynamiques, les plus répandus, réputés polyvalents et solides, et souvent bon marché. Ce sont donc les micros les plus utilisés sur scène, mais certains dynamiques gardent une place de choix même en studio.

Les micros statiques, nécessitant une alimentation fantôme, sont connus pour le niveau de détail qu'ils peuvent apporter au son : ils sont en effet particulièrement bons dans les aigus, et ont donc un son plus brillant que les autres types de micros. En contrepartie, un statique utilisé seul peut sonner un peu “froid”. Plus sensibles que les dynamiques, et souvent chers, on évite généralement de les utiliser sur scène, sauf dans quelques cas particuliers (overheads de batterie, par exemple).

Enfin, les micros à ruban, les plus fragiles, sont eux aussi à réserver au studio. C'est la technologie la plus ancienne, ils ont donc naturellement un son plus vintage que les autres types de micro. En général, les micros à ruban ont des aigus très doux, parfois un peu en retrait, et un bas du spectre rond et chaud.

Les dynamiques

Évidemment, comment parler de micros pour la prise de son guitare sans évoquer le fameux Shure SM57 ? Ce micro est LA référence dans ce domaine, présent sur quasiment toutes les scènes et studios du monde : suffisamment polyvalent pour être utilisé dans la plupart des styles, et avec une légère bosse dans les haut-mediums permettant à la guitare de se frayer naturellement un chemin au milieu du mix.

Il ne sera bien sur pas optimal dans toutes les situations, mais il fournit en général un son largement exploitable. S'il fallait n'en conseiller qu'un, ce serait celui-là !

En principal challenger, on trouve le Sennheiser E906 (et son petit frère le E609, un peu moins cher), plus neutre, mais aussi plus détaillé dans le haut du spectre. C'est une bonne alternative si la personnalité marquée du SM57 te chagrine, ou pour équilibrer un son trop porté sur les mediums.

À noter que ce micro dispose d'un switch permettant de booster ou, au contraire, adoucir les aigus. Ceci dit, aujourd'hui, il est tout aussi efficace d'insérer un plugin d'EQ sur la piste en question, et cette manipulation à l'avantage d'être réversible.

Au rayon des micros dynamiques, on notera aussi le Sennheiser MD421 (plus typé vintage), le Electo-Voice RE20 (son très rond) ou encore l'outsider Audix i5, qui semble jouer dans la même cour que le SM57.

Note : les dynamiques ont en général une directivité cardioïde, c'est à dire qu'ils prennent le son qui se trouve devant la capsule, et un peu sur les côtés.

Les statiques

Grand classique de chez Neumann, le U87 est une référence qu'on trouve dans tous les studios dignes de ce nom ! Malheureusement, le prix de ce micro est à la hauteur de sa réputation, et 2 mois de SMIC suffisent à peine à se l'offrir...

Comme beaucoup de statiques à large membrane, il offre le choix entre plusieurs directivités (cardioïde, omnidirectionnel ou figure en 8 – prend le son devant et derrière le micro, mais pas sur les côtés), ainsi qu'un pad -10dB et un coupe-bas, switchables tous les 2.

Une autre grosse référence est l'AKG C414, disponible en 2 versions, différant uniquement par la capsule utilisée : le XLII et le XLS, un peu moins cher.

A l'instar du U87, ce micro propose plusieurs directivités (cardio, omni et 8, avec pas moins de 6 positions intermédiaires !), un coupe-bas avec 3 fréquences au choix (40, 80 et 160Hz), ainsi qu'un pad, réglable lui aussi (-6, -12 et -18dB).

Les statiques à large membrane comme ceux présentés ici forment une base de choix pour les amateurs de DIY : nombre de micros d'entrée de gamme reprennent le design et parfois le circuit de micros célèbres (U87, C12, etc...) en y mettant des composants low cost. On peut alors en changer la capsule, voire carrément le circuit pour un résultat excellent à moindre cout (compter quand même 300€ minimum au total, mais ça reste donné par rapport à un “vrai” U87 ou assimilé).

Les rubans

La Rolls des micros à ruban, le Royer R-121 peut faire des merveilles dès lors qu'il s'agit d'enregistrer une guitare ! Le son est doux et chaud, ce qui fonctionne particulièrement bien sur des guitares crunch voire carrément saturées. À noter que les rubans ont généralement, de par leur construction, une directivité en 8, ce qui est le cas pour ce bijou.

Par contre, comme tous les micros de ce type, il est très fragile et doit être manipulé avec précaution : pas question de le déplacer brusquement, le simple souffle de l'air peut suffire à déchirer le très fin ruban d'aluminium (moins de 5 microns d'épaisseur !) qui lui permet de capter le son. Pour les mêmes raisons, on évitera de le placer droit comme un “i”, mais on l'inclinera de 30 à 45 degrés en direction du HP, afin d'éviter que le ruban soit parallèle au plan du baffle.

On termine avec mon chouchou, qui est aussi l'un des plus abordables de tous ces micros “haut de gamme” : le Beyerdynamic M160 ! Il présente une particularité très intéressante pour un micro à ruban : le M160 a une directivité hypercardioïde, ce qui permet d'éviter la repisse intempestive, de minimiser l'acoustique de la pièce en close-miking, et lui permet également de profiter de l'effet de proximité (plus le micro est proche du HP, plus les basses sont présentes).

C'est un micro qui sonne fabuleusement bien et pour lequel il n'existe à ma connaissance aucun équivalent sur le marché. Son prix est également très raisonnable au vu de sa qualité, bien que je n'aie toujours pas réussi à me le payer ;) (compter tout de même 500€ pour la bête).

Et là, je ne résiste pas au plaisir de te montrer ce reportage, réalisé par Audiofanzine, sur l'usine Beyerdynamic en Allemagne. En particulier, on peut y voir la fabrication du M160 à partir de 9:25 :

On peut aussi trouver des micros à rubans tout à fait corrects parmi les marques low cost, mais c'est un peu la loterie : le micro peut être bien réglé, mais il peut arriver que la tension du ruban soit mauvaise, ce qui aura vite fait de pourrir le son. Il est théoriquement possible de remplacer soi-même le ruban, mais c'est une opération extrêmement délicate, comme tu l'as vu dans la vidéo ci-dessus, et qui nécessitera surement de nombreuses tentatives avant d'arriver à un bon résultat. À ne tenter que sur des micros peu chers et dont tu peux te passer, donc !

Enfin, il y a aussi la possibilité d'assembler un micro à ruban “en kit” : c'est ce que propose DIY Audio Components pour la modique somme de 200€ ! (hors TVA et transport, mais il y a parfois des promos intéressantes)

Pour ce prix, tu as le corps du micro, le moteur avec son ruban déjà monté et réglé, et un petit transfo. Le montage ne nécessite de faire que quelques soudures (5 ou 6 grand max), de faire rentrer le tout dans le corps et de serrer 4 vis !

Et comment donc que ça sonne ?

Je ne m'attarderai pas sur le principe de la prise de son “traditionnelle”, que j'ai détaillé dans mon précédent article. Je me contenterai donc d'illustrer les possibilités et la difficulté inhérentes à cette méthode grace à plusieurs extraits sonores, tous enregistrés chez moi avec du matériel que je qualifierais de très correct pour un amateur : interface Focusrite Scarlett 18i20, micros Shure SM57, Rode NT1 (statique) et le RM-5 de DIY Audio Components (ruban). Aucun traitement (EQ, compresseur, reverb, etc...) n'a bien sur été ajouté, hormis une normalisation du volume.

Pour chacun de ces micros, j'ai réalisé 2 prises  :

• Une “démo”, au cours de laquelle je bouge le micro latéralement, puis en éloignant celui-ci du HP
• Une “finale”, pour laquelle j'ai placé le micro dans une position qui me paraissait sonner correctement ; dans les 3 cas, c'est en gros à 10cm du HP, le micro placé au milieu du cone, avec la capsule pointée vers le centre

On commence donc avec le SM57 :

Ensuite, voici le NT1 :

Et on termine avec le RM-5 :

Enfin, on peut aussi combiner 2 prises avec des micros/placements différents, afin de garder les points forts de chacun et avoir au final un rendu plus équilibré. Dans le cas suivant, j'ai utilisé :

• Le NT1, dirigé vers le centre du HP et à une distance de 1m environ, de façon à avoir un son très détaillé dans le haut du spectre, tout en “profitant” de la reverb naturelle de mon home studio
• Le RM-5 en close miking, vers le bord du HP, pour récupérer du bas et de la chaleur

Attention toutefois avec cette technique : avec des distances différentes par rapport au HP, le son arrivera sur l'un des micros un peu plus tard que sur le 1er, introduisant ainsi un déphasage qui peut altérer le son de façon importante ! Pour éviter cet effet indésirable, il te faudra donc probablement recaler les différentes prises pour t'assurer qu'elles soient bien synchrones, et ainsi éviter tout problème de phase.

Voici donc les pistes séparées, dont tu conviendras facilement, je suppose, qu'elles ne sont pas utilisables seules :

Le résultat, une fois les pistes mixées sommairement, mais non recalées :

On entend bien que le son est très creusé, pauvre en mediums, avec un effet de phase assez désagréable, le fameux “filtre en peigne”. Dans ce cas, le son arrive au NT1 environ 2ms après avoir atteint le RM-5. Après recalage, voici donc ce qu'on obtient :

Toutes ces prises ont été effectuées en moins d'une heure, dans une pièce pas franchement étudiée pour, le résultat est donc très moyen. Mais j'espère que ça te donnera une bonne idée de l'étendue des possibilités qu'offre cette méthode, et accessoirement du temps et de la patience qu'elle peut demander ;)

Une alternative moderne ?

Tu auras bien compris que la prise de son traditionnelle n'est pas le truc le plus évident à réaliser : entre le choix du ou des micros, leur placement et les potentiels problèmes de phase, on finit vite par s'arracher les cheveux, sans parler du coût de l'opération !

Dans le prochain article, je te parlerai donc d'une méthode moderne d'enregistrement, grace à laquelle on peut simuler une prise de son extrêmement convaincante sans avoir à brancher un seul micro !

Stay tuned ;)

Photo © Sick Porky – Licence CC BY-NC-SA 2.0

Ah, c'est bon de te revoir ! Désolé de t'avoir laissé sans nouvelles pendant si longtemps, mais le temps m'a malheureusement manqué ces derniers mois... Promis, je tacherai d'être plus assidu à l'avenir et de moins te délaisser !

Pour redémarrer en douceur, je te propose de laisser momentanément l'électronique de côté, et de nous intéresser à un problème épineux, d'autant plus lorsqu'on doit faire avec les moyens du bord : l'enregistrement des guitares !

OK, mais pourquoi faire ?

Si tu joues en groupe, tu as forcément été confronté au problème suivant : tu trouves un riff de tueur, et il te faut maintenant le faire écouter aux autres. La solution est simple, tu l'enregistres avec ton téléphone, puis tu envoies ton mail, avec le commentaire classique : "Le son est un peu pourri par contre, mais en vrai ça rend vraiment bien !"

Ou alors, si tu fréquentes assidument les forums de guitaristes, il se sera forcément trouvé quelqu'un pour lâcher un “On veut des samples !” en réponse à une photo de ton précieux matos.

Ou encore, tu crées de formidables jouets pour tes amis gratteux (pédales, amplis, micros, etc...), et si tu veux espérer en vendre quelques-uns, il va bien falloir que tes clients potentiels puissent se faire une idée de leur son...

Bref, il y a plein de raisons valables pour avoir besoin de faire des prises de son de bonne qualité, et plein de solutions possibles, de la plus simple à la plus compliquée, de la plus abordable à la plus couteuse...

La base

En gros, enregistrer une guitare consiste à capter une source (la guitare elle-même ou l'ampli, le plus souvent) à l'aide d'un micro et à mettre tout ça sur une cass... Euh, un fichier audio !

Et là, tu peux entrevoir un 1er problème : un micro n'étant pas une oreille humaine, il ne captera pas exactement le son que toi, tu entends en jouant. Si on ajoute à ça le fait que chaque micro a sa courbe de réponse propre, tu comprendras vite qu'obtenir exactement le son que tu entends relève de l'utopie la plus totale !

Réponse en fréquence des micros Neumann U87 et Royer R121

Il sera bien sur possible de s'en approcher, mais il faut garder en tête que chaque élément de la chaine va colorer le son à sa façon. Il vaut donc mieux chercher à obtenir un son agréable, qui te plaise, plutôt qu'un son le plus fidèle possible.

J'ai une sortie ligne, pas besoin de micro !

C'est vrai ça ! Après tout, si un micro colore le son, pourquoi ne pas simplement s'en passer ? D'autant plus qu'on joue d'un instrument électrique, on devrait donc pouvoir récupérer le signal où ça nous intéresse et l'enregistrer directement, non ?

Eh bien non, justement ! Sinon, tu penses bien qu'on aurait depuis longtemps arrêté de s'emmerder avec la prise de son ! Malheureusement, une guitare branchée en direct, ça sonne le cul, tout comme un ampli d'ailleurs. La raison en est très simple : les haut-parleurs utilisés pour la guitare sont tout sauf de “bons” HP, et colorent eux aussi très fortement le son.

Réponse en fréquence du Celestion V30

Sur cette image, représentant la réponse en fréquence du célèbre Celestion Vintage 30, on voit très clairement :

• l'atténuation des basses dès 120Hz environ (pour rappel, le Mi grave d'une guitare est à 82Hz)
• une belle bosse dans les haut-mediums (entre 1.5kHz et 4.5kHz)
• plus grand chose au-delà de 5kHz

Pour enregistrer un son de guitare électrique, on doit donc récupérer le signal une fois qu'il aura été “traité” par le HP. Ceci nécessite de réaliser une prise de son classique, avec un (ou plusieurs) micro judicieusement placé devant le HP, ou au minimum de bien simuler cette prise de son.

De la position du micro

Si j'ai parlé de micro “judicieusement placé” dans le paragraphe précédent, tu te doutes bien que ce n'est pas par hasard ! Parce que oui, la position du micro lui-même par rapport à la source sonore (le HP, quoi) a aussi une énooorme influence sur le son !

Le rendu dépendra donc à la fois :

• de la position latérale du micro par rapport à l'axe du HP (sur un bord, au centre, au milieu du cone, etc...)
• de sa distance
• de l'angle entre la capsule et le plan du baffle

Et comme une image vaut bien 1000 mots, voici 2 petites vidéos illustrant l'influence de ces paramètres :

Position latérale et angle du micro

Distance par rapport au HP

La recette miracle

Ne cherche pas, elle n'existe pas ! Une prise de son correcte, c'est avant tout un savant mélange entre le son de la gratte et de l'ampli, celui du HP et du micro utilisé pour l'enregistrement, et bien sur la position dudit micro.

Il faut donc expérimenter encore et toujours, afin de trouver le meilleur compromis pour une “chaine sonore” donnée. Avec l'expérience tu trouveras qu'un micro dans une certaine position fonctionne bien pour un type de son, mais que pour un autre son de guitare il vaudra mieux modifier la position du micro, voire carrément en utiliser un autre.

Bref, comme souvent dans le domaine de la musique, il faut prendre du temps, tester différentes choses même si elles paraissent stupides au premier abord (comme enregistrer un HP par l'arrière, par exemple), et sans cesse se remettre en question...

Le matos

Photo © Jason P. – Licence CC BY-NC-SA 2.0

Évidemment, pour faire de bonnes prises, il faut s'équiper un minimum. Il existe bien sur des solutions “tout analogique”, mais comme aujourd'hui tout finit sous forme de fichier numérique, plus facile à partager (à quand remonte la dernière fois que tu as envoyé une K7 par la poste ?), on va passer directement aux solutions modernes.

Tout en un

La 1ère option qui s'offre à toi, c'est d'utiliser un enregistreur portable, à carte SD par exemple.

C'est LA solution économique par excellence ! En effet, pour une petite centaine d'euros, tu peux déjà avoir un outil tout à fait utilisable intégrant un couple de micros pour un enregistrement en stéréo.

Le Zoom H1, un des moins cher de sa catégorie

Il te suffit de placer l'enregistreur devant l'ampli comme tu le ferais pour un micro “normal” et de lancer l'enregistrement. Bien sur, il te faudra sans doute plusieurs essais pour trouver le bon placement, ce qui peut être fastidieux s'il faut toujours repasser par le PC pour écouter le résultat, mais on n'a rien sans rien, parait-il ;)

Avec un “vrai” micro

Là, on monte en gamme, et on va plutôt regarder du côté des enregistreurs multipistes, héritiers directs des fameux Tascam à K7 de ma jeunesse ! (Oui, je suis vieux)

Avec un ticket d'entrée autour de 250€ pour un Zoom R8 (sans compter le prix du micro), et largement au-dessus des 300€ pour le Zoom R16 ou le Boss BR-800, on ne joue bien sur plus dans la même cour !

Le Boss BR800, avec 4 entrées XLR dont 1 avec alimentation fantôme

Ces enregistreurs ont l'avantage de fournir des prises XLR pour y brancher les micros habituels, et intègrent même une alimentation fantôme permettant d'utiliser un statique. Le fait qu'ils soient multipistes permet également de travailler avec plusieurs micros pour une même prise de son, avec par exemple un dynamique en close-miking et un statique en micro d'ambiance. Chaque micro étant enregistré sur son propre fichier, tu pourras ainsi mixer les 2 pistes pour obtenir le meilleur son possible.

Le Zoom R16 et ses 8 entrées micro

Une petite note au sujet du Zoom R16 que j'affectionne particulièrement : avec ses 8 entrées, il permet aussi d'enregistrer un groupe complet avec un son plus qu'honorable, parfait pour garder une trace des répètes par exemple, ou même enregistrer une démo sans se ruiner ;)

Comme les grands

Enfin, il reste la solution de l'enregistrement directement sur le PC en utilisant un logiciel de type Digital Audio Workstation (DAW). Et là, entre les tenants du PC, les fanboys Apple, ceux qui ne jurent que par Cubase, les dingues de Pro Tools et les autres, ça devient vite le bordel !

Reprenons donc les bases ; pour faire de la MAO, il faut les éléments suivants :

• une machine raisonnablement récente
• une interface audio prévue pour le (home) studio, disposant donc d'au moins 1 entrée micro XLR
• un DAW

La machine

Mac ou PC, c'est à toi de voir, l'important étant d'avoir une machine suffisamment récente pour faire tourner les softs actuels. Exit donc les vieux tromblons de 10 ans d'age, auxquels on préférera une machine post-2010 (à peu près).

Pour l'enregistrement d'une guitare seule, pas besoin d'énormément de puissance, par contre si tu envisages de travailler sur des projets plus conséquents (démo d'un groupe de rock par exemple), il vaut mieux réunir les conditions suivantes :

• processeur dual core minimum, un quad core ne sera pas un luxe inutile
• une quantité de RAM suffisante (8Go mini)
• un disque dur rapide (voire même un SSD si tu dois enregistrer un grand nombre de pistes en simultané)

Le reste (carte graphique, réseau etc...) n'a pas une grande importance pour la musique, donc pas la peine de faire des frais si tu n'en as pas besoin par ailleurs.

L'interface audio

Le choix ici est le plus compliqué, puisqu'on trouve de tout et à tous les prix : de 50€ pour une interface low-cost avec 1 entrée micro, jusqu'à plusieurs milliers d'euros quand on va chercher le très haut de gamme. Mais évidemment, le segment 100-500€ est le plus peuplé, avec quantité d'interfaces toutes les plus intéressantes les unes que les autres.

Mon 1er conseil est de ne s'occuper que des interfaces USB : aujourd'hui, toutes les machines ont au moins un port USB, alors que le FireWire est devenu quasiment introuvable, et le Thunderbolt encore loin d'être généralisé. Miser sur l'USB est un gage de pérennité, et t'évitera de longues prises de tête le jour où tu voudras changer de machine.

Presonux Audiobox USB, un classique du marché de l'occasion

Ensuite, pas besoin d'aller chercher une bête de course avec des entrées/sorties dans tous les sens si ce n'est que pour enregistrer une guitare de temps en temps. Il vaut mieux partir sur une petite Presonus Audiobox ou Focusrite Scarlett 2i2 (facilement trouvables d'occasion d'ailleurs), quitte à la revendre le jour où tu auras besoin de plus gros, plutôt que se prendre directement une Scarlett 18i20 “au cas où”, l'utiliser à 10% de ses capacités et donc finalement claquer 300€ de trop pour rien...

Focusrite Scarlett 18i20, pour les gros gourmands en entrées/sorties

Niveau marques, j'ai un petit faible pour les Focusrite (série Scarlett en USB) : le rapport qualité/prix est top, l'ergonomie est bonne, et elles fonctionnent pour la plupart sans problème aussi bien sous Windows, MacOS que... Linux !

Côté soft

Enfin, un petit mot rapide sur les logiciels de DAW du marché : je ne vais pas tous les énumérer, ils sont bien trop nombreux, mais voici en gros les principaux :

• Presonus Studio One – Mac et Windows, propose une version 100% gratuite
• GarageBand – Mac only, une petite poignée d'euros pour un soft loin d'être un jouet
• Reaper – Mac et Windows (et Linux avec Wine), la licence ne coute pas grand chose pour un particulier (60$)
• Cubase – Mac et Windows, une des grosses références
• Pro Tools – Mac et Windows, l'autre grosse locomotive du secteur
• Logic Pro – Mac only, le DAW “pro” par Apple

Maintenant, lequel choisir ? Aucun de ceux-là, pardi ! En tant qu'indécrottable linuxien, je ne peux que te recommander Ardour, qui a le bon gout de tourner sous Linux et MacOS, et sans doute Windows dans un futur pas trop lointain.

C'est un logiciel libre, que tu peux donc te procurer gratuitement si tu le souhaites (même si je t'encourage fortement à donner quelques euros pour en soutenir le développement), et c'est néanmoins un DAW complet que peux utiliser pour enregistrer, mixer, masteriser et exporter tout type de production, du simple sample vite fait à l'album complet.

Malgré une interface moins classe que ses concurrents, il offre énormément de souplesse, et reste compatible avec les plugins AU (Mac only), VST et LV2, avec la limitation que les VST Windows ne sont bien sur pas utilisables...

Et ensuite ?

Maintenant que tu es bien équipé, il va falloir apprendre à te servir de tout ce beau monde ! Ce sera bien sur plus rapide avec les enregistreurs tout-en-un qu'avec un setup MAO complet, mais les possibilités ne sont pas les mêmes. Ce sera aussi à prendre en compte avant de faire ton choix.

Je te laisse donc expérimenter de ton côté, et je reviendrai dans le prochain article te parler plus en détails des techniques d'enregistrement pour la guitare, avec notamment un petit focus sur les micros généralement utilisés.

A bientôt !

Maintenant qu'on a revu certaines bases de l'électronique, on va pouvoir parler de sujets plus funs !

Et pour commencer, je te propose d'étudier l'évolution des circuits d'amplis guitare depuis les 60's, en particulier les amplis utilisés pour les sons saturés.

En amplification guitare comme dans beaucoup de domaines, il n'y a eu aucune révolution en plus de 50 ans, mais seulement de petites améliorations, les différents constructeurs n'ayant fait que copier ce que faisaient leurs prédécesseurs en y ajoutant, parfois, une amélioration intéressante.

Dans cet article, l'idée est de voir dans quelle mesure la structure des amplis a évolué, pas de faire une analyse complète des schémas correspondants. Je tacherai tout de même d'expliciter les points les plus intéressants.

Au commencement...

... était le Bassman ! Ce n'était pas le premier ampli de Leo Fender, mais celui-ci, en particulier le modèle 5F6 introduit en 1958, est particulièrement intéressant, puisqu'il est à l'origine des premiers Marshall. On peut donc le considérer comme l'ancêtre de tous les amplis hi-gain !

Ce Bassman reprend la structure classique des Fender de l'époque, avec 2 canaux disposant chacun de leur contrôle de volume, et une EQ 3 bandes commune aux 2 canaux, tout comme le réglage de présence.

En entrée on retrouve un circuit classique qui a traversé le temps, puisqu'encore aujourd'hui, beaucoup d'amplis ont les 2 entrées “High” et “Low” (ou “1” et “2”, ou autre, la dénomination n'a pas d'importance) cablées de cette façon !

Les connecteurs utilisés sont des jacks mono à coupure : quand un jack est inséré, le contact entre le point chaud (signal) et le pin de la coupure est rompu. La coupure est reliée, sur J1, à la jonction R2/R3, et sur J2 directement à la masse.

Concrètement, avec un jack inséré dans l'entrée High, le signal “voit” R3, qui détermine l'impédance d'entrée de l'ampli, puis traverse R1 et R2 qui sont mises en parallèle via la coupure de J1 (dans lequel aucun jack n'est inséré). Quand on se branche sur l'entrée Low par contre, R3 est court-circuitée par la coupure de J2. Le signal ne voit donc que R1 et R2 en série, qui forment un pont diviseur ayant un facteur d'atténuation de 2, ou encore un gain de -6dB ; au passage, l'impédance d'entrée de l'ampli passe à 136kΩ, ce qui est bien insuffisant pour une guitare électrique (cf. l'article à ce sujet), on peut donc s'attendre, en plus de l'atténuation du signal, à une perte d'aigus significative ! En clair, quand on branche une gratte passive dans cette entrée, le son sera faiblard et mou...

Pour ce qui est du préamp proprement dit, l'étage d'entrée est une 12AY7. Celle-ci fournit un gain de 30dB environ, avec une sensibilité de 2.5V, c'est à dire qu'elle commencera à saturer quand l'amplitude du signal dépassera 2.5V. Sachant qu'un micro guitare relativement puissant sort une amplitude de l'ordre de 1V, ça laisse un peu de marge... Par contre en sortie, l'amplitude du signal sera multipliée par un facteur 34, donc pour 1V en entrée, on aura 34V en sortie !

Ça peut sembler énorme, mais à l'époque, Leo Fender testait ses amplis avec les guitares qu'il avait sous la main, donc des Tele et Strat dont les micros, à l'époque, avaient un niveau de sortie ridicule en comparaison de ce que peuvent fournir des guitares modernes ! En tablant sur un signal d'amplitude 100mV en entrée, on ne retrouve “que” 3.4V après l'étage de gain, ce qui est déjà plus raisonnable.

Les potars de volume de chaque canal sont utilisés très classiquement en pont diviseur, avec un condo ajouté sur le canal “Bright”, de façon à former un high shelf : les hautes fréquences passent librement, alors que les basses fréquences sont atténuées par le potar. La fréquence à partir de laquelle les hautes fréquences peuvent passer diminue quand on monte le potar : à faible volume, il n'y a donc que les extrêmes aigus qui passent, alors qu'à fort volume c'est toute la bande des mediums et au-delà qui est mise en avant.

Ce potar, comme quasiment toujours pour les réglages de gain et de volume, est logarithmique, ce qui signifie qu'à la moitié, la partie haute du pont diviseur vaudra 90% de sa valeur totale, alors que la résistance de pied n'en vaudra que 10%. Dans le cas du Bassman, ça correspondrait à une résistance de 900kΩ en parallèle de C2, et une résistance de 100kΩ allant à la masse. On a donc une atténuation de base de -20dB. Par contre, C2 forme un filtre passe-haut avec la résistance de pied du potar, donc la fréquence de coupure de ce filtre est de 1590Hz.

Avec le potar à moitié, on peut donc considérer que le signal, en sortie de l'étage d'entrée, sera atténué de -20dB pour les fréquences basses et mediums, mais restera inchangé au-dessus de 1.6kHz, ce qui revient finalement à booster les aigus de 20dB par rapport aux fréquences plus basses !

Ce canal a donc tendance à sonner acide à faible volume, et gagne du corps à mesure qu'on monte le son. Peut-être une piste pour trouver l'origine du mythe selon lequel un ampli à lampes ne sonne bien qu'à fort volume, voire tout à fond ? ;)

Un dernier point à noter est la présence de résistances de 270kΩ en sortie de chaque réglage de volume : celles-ci font office de mélangeur quand on utilise les 2 canaux simultanément. Mais si un seul canal est utilisé, par exemple le canal “Bright”, elles forment aussi un pont diviseur dont la valeur dépend de la position du potar de volume du canal “Normal” :

• si ce dernier est à zéro, le pont diviseur est seulement constitué des 2 résistances de 270kΩ ; le signal est donc divisé par 2, soit -6dB
• au contraire, si le volume du canal “Normal” est à fond, sa valeur est ajoutée au pont diviseur, qui est donc vu comme l'association d'une résistance de 270kΩ et d'une autre de 1270kΩ (les 1MΩ du potar en série avec les 270kΩ de la résistance) ; dans ce cas, le signal est divisé seulement par 1.21 soit -1.67dB

La position du potar du canal inutilisé peut donc faire une différence de plus de 4dB sur le signal arrivant à l'étage de gain suivant. Les guitaristes de l'époque ont su trouver la solution à ce problème : tout à fond !

L'étage de gain suivant utilise une 12AX7, dont le gain est ici de 35dB (facteur 60) pour une sensibilité d'entrée de 1.2V. Si on s'intéresse maintenant au gain global entre l'entrée high d'un canal et l'entrée de V2, en considérant que le potar de volume du canal utilisé est à la moitié, et que celui de l'autre canal est à 0, on trouve que :

• sur le canal Bright, le signal est boosté de +4dB dans les fréquences basses et mediums, et de +24dB au-delà de 1.6kHz
• sur le canal Normal, le signal est boosté de +4dB sur toute la plage de fréquences

Avec 100mV en entrée, ça se traduit par une amplitude de signal de 160mV arrivant à V2, et 1.6V pour les fréquences supérieures à 1.6kHz quand on joue sur le canal Bright. La sensibilité de V2 étant d'environ 1.2V, on aura donc une très légère saturation des aigus, mais le signal restera globalement clean. En prenant en compte le gain de V2 et l'atténuation de l'EQ (on va prendre -20dB pour simplifier les calculs), on se retrouve avec 0.6V en entrée de poweramp, et jusqu'à plus de 6V dans les aigus. La sensibilité de la section puissance étant de 2.3V, on commence donc réellement à saturer dans les haut-mediums/aigus, tout en gardant des basses bien propres. Pour un tel ampli, c'est donc le poweramp qui sature en premier, la saturation du préamp n'arrivant que plus tard !

Au passage, avec des humbuckers, on se retrouve facilement avec 0.6V (6V dans les aigus) en entrée de V2 pour des micros vintage, et 1.6V/16V pour des micros modernes ! On comprend donc que la saturation sera alors beaucoup plus franche, en ayant toujours les potars de volume réglés à la moitié !

Marshall JTM45 et Plexi

Vu les bastons récurrentes entre adeptes des sons “British” et “US”, il est difficile d'imaginer qu'à l'origine, il n'y avait quasiment aucune différence entre un Marshall et un Fender ! Et pourtant, le schéma du JTM45 est là pour le prouver :

Ce schéma est celui du modèle équipé d'un tremolo, tu peux donc ignorer tranquillement toute la partie située en bas à gauche. Une fois redessiné pour ne voir que le préamp, on retrouve exactement le schéma du Bassman, à 2 petites exceptions près :

Par rapport au Bassman, on a donc :

• plus de gain au niveau de V1A et V1B (+4dB par étage) ; Jim Marshall ne s'est pas trop embêté et a simplement remplacé la 12AY7 du schéma d'origine, qui a un gain moyen, par une 12AX7 à fort gain
• C21 fait son apparition, et a pour effet de renforcer encore plus les hautes fréquences : comme R7, R8 et P2 forment un pont diviseur, l'ajout de C21 offre une sorte de “voie rapide” aux aigus, tout comme C2 sur le potar de volume

Le JTM45 offrira donc un peu plus de saturation que le Bassman, tout accentuant légèrement les différences entre les 2 canaux : le canal Bright sera un peu plus brillant, et le canal Normal sera un peu plus sombre.

Si on prend l'ampli dans sa globalité, on note bien sur d'autres différences par rapport au “papa”, la plus importante étant l'utilisation de KT66 (fabriquées en Europe) comme lampes de puissance, au lieu des 6L6GC, qui sont des lampes américaines ; ce choix est donc purement pragmatique et a été fait uniquement pour simplifier l'approvisionnement en composants.

Ce qu'on ne voit pas sur le schéma par contre, ce sont les baffles ! Le Bassman Tweed était un combo ouvert avec 4 Jensen AlNiCo en 10”, alors que le Marshall crachait ses watts dans un baffle fermé équipé de 4 Celestion 12”. Et quand on connait l'importance des HP pour un ampli guitare, on se doute que finalement, branchés sur des baffles identiques, ces amplis ne sonneraient pas très différemment l'un de l'autre ;)

Le JTM45 a eu le succès qu'on lui connait, et pendant quelques années a lentement évolué pour aboutir à l'un des amplis de référence de chez Marshall : le modèle Lead de la série JMP, souvent appelé “Plexi” en raison de ses façades recouvertes d'un plastique transparent.

Le schéma du Plexi n'est pas très différent de celui du JTM45 finalement :

Hors du préamp, les différences notables concernent l'utilisation des EL34 en puissance, et surtout, de diodes au silicium pour le redressement de l'alimentation au lieu d'une lampe rectifieuse auparavant. Le transformateur d'alimentation étant le même, cette modification a pour conséquence d'augmenter les tensions d'alimentation de l'ampli : en effet, les diodes au silicium provoquent une chute de tension bien moindre que leurs homologues en verre.

Cette tension supérieure va avoir 2 conséquences : l'augmentation de la puissance à 50W au lieu de 45, et surtout, un son plus dynamique et agressif, surtout à fort volume. Mais comprend bien que ces effets ne sont pas dus à un quelconque et hypothétique effet magique des rectifieuses sur le son : c'est simplement la chute de tension moindre des diodes silicium qui peut l'expliquer. On peut même facilement retrouver le comportement de la rectifieuse, et donc le son du JTM45, en ajoutant simplement une résistance de faible valeur (100 à 250Ω) derrière les diodes de redressement !

Maintenant que les bases sont posées, voyons un peu comment se compare le préamp de ce modèle par rapport au précédent :

Oui, dans les grandes lignes, pas grand chose ne change. Si on s'intéresse aux détails par contre, il y a 2-3 petits trucs intéressants !

D'abord, les valeurs de C1, C2, R7 et R8 évoluent. En l'occurrence, C1, qui forme un filtre passe-haut avec P1, coupait les basses à partir de 7Hz ; maintenant c'est à 72Hz, sachant que le Mi grave d'une guitare a une fréquence de 82Hz. Ce n'est pas très éloigné, et à l'usage on se rend effectivement compte que l'ampli est moins rond, que les basses sont moins profondes.

Dans le même temps, C2, dont on a vu qu'il permettait de booster les aigus, voit sa valeur augmenter. Ainsi, la fréquence à partir de laquelle les aigus sont mis en avant diminue, on laisse donc passer plus de fréquences dans les mediums. Avec le volume à moitié, cette fréquence est de l'ordre de 300Hz, c'est donc quasiment toute la bande mediums qui est boostée au même titre que les aigus : ce canal gagne donc énormément en présence.

Enfin, R7 et R8 sont quasiment doublées, ce qui a un effet similaire à l'augmentation de valeur de C2 : si on se concentre à nouveau sur le high shelf formé avec C21 en ayant le volume du canal Normal à 0, la fréquence à partir de laquelle le signal est boosté passe ainsi aux environs de 600Hz. En cumulant ces modifications, on comprend bien que le canal Bright va être vraiment très agressif, en particulier à faible volume.

Et histoire d'enfoncer le clou, un point n'apparait pas sur mon schéma : le gain de V1A et V2 n'est pas constant ! Aux hautes fréquences il vaut bien 35dB, mais :

• pour V1A, ce gain tombe à 26dB en-dessous de 600Hz (-9dB)
• pour V2, il est de 31dB sous 800Hz (-4dB)

Donc si on récapitule, avec le potar de volume à moitié sur le canal Bright et à 0 sur le canal Normal, le gain entre l'entrée de V1A et l'entrée de V2 vaut :

• 0dB jusqu'à 300Hz : les basses et une petite partie du bas-medium ne sont pas amplifiés
• +20dB jusqu'à 600Hz
• +35dB au-delà

Garde tout de même en tête que ces valeurs sont approximatives et qu'il s'agit ici surtout de comprendre en gros comment fonctionne ce canal.

La conséquence de tout ça est que les basses ne feront pas saturer V2 et vont donc rester “propres”, voire même un peu faiblardes si ce canal est utilisé seul, alors que les aigus vont violemment lui rentrer dans le lard, lui permettant ainsi de générer un gros paquet d'harmoniques ! Le signal étant du coup fortement compressé dans les hautes fréquences, le signal sortant de V2 sera plus équilibré qu'en y arrivant.

Pas étonnant que cet ampli soit devenu la référence du son rock !

Enfin, on notera un dernier changement au niveau de l'EQ :

Les valeurs de R9 et C4 évoluent aussi :

• C4 passe de 250 à 500pF ; la “zone d'action” du potar d'aigus descend donc un peu dans les haut-mediums
• plus important encore, R9 passe de 56 à 33kΩ ; ce changement a pour effet de booster les bas-mediums par rapport au JTM45, qui est justement la bande de fréquence apportant la sensation de “chaleur”

Et voici donc ce qui a rendu le son Marshall si caractéristique à l'époque : plus de saturation, plus de présence et un son plus gras !

JCM800

Dans les 70's, tout le monde, y compris les fabricants d'amplis, a intégré le fait que les guitaristes veulent de la disto. Mais avec les vieux amplis, difficile d'avoir une bonne saturation sans se rendre sourd !

C'est dans ce contexte que Marshall sort ce qui sera le fer de lance de la série JCM800 : le modèle 2203 Master Volume, qui introduit pas mal d'évolutions intéressantes qui feront de cet ampli la référence incontournable des années 80 :

Ça ressemble déjà moins au Plexi, et les différences devraient te sauter aux yeux :

La première différence marquante apparait dans le cablage des entrées : ici, utiliser l'entrée High ajoute carrément un étage de gain supplémentaire !

En effet, en entrant par l'entrée High, le signal est d'abord amplifié par V1A, puis “traverse” l'entrée Low sans modification, et attaque ensuite le reste du circuit. Quand on utilise l'entrée Low, au contraire, cet étage de gain est tout simplement zappé ; la différence de gain entre les 2 entrées n'est donc plus de 6dB, mais de 35dB ! On aura donc 2 niveaux de saturation très différents selon qu'on utilise une entrée ou l'autre.

Le montage autour du réglage de volume, rebaptisé “Gain” (sur les Marshall, c'est en fait “Preamp Volume”), est aussi légèrement différent de ce qu'on trouvait sur les Plexis : en particulier, l'ensemble résistance de 470kΩ/condensateur de 500pF qu'on trouvait après le potar de volume est maintenant placé avant celui-ci :

On a donc un premier high shelf formé par R3, C2 et P1, et un second formé par P1 et C3. Le premier présente une atténuation de -3.5dB dans les basses, et une fréquence charnière à environ 300Hz, c'est donc toute la bande des mediums et des aigus qui est légèrement boostée. Pour le second high shelf, si on met là aussi le potar à la moitié, on aura une atténuation de -20dB dans les basses, les aigus étant boostés à partir de 1.6kHz.

Derrière V1B, on retrouve un autre high shelf, avec une atténuation de -6dB dans les basses, et une fréquence centrale autour de 650Hz, ce qui va encore booster les haut-mediums/aigus. Et surtout, on attaque un 3ème étage de gain, qui va lui aussi saturer !

C'est le principe de base des amplis high gain : au lieu d'essayer de faire saturer très fortement un seul étage, on va les multiplier pour cumuler la saturation de chaque étage !

Au final, entre l'entrée du préamp et l'entrée de V2, on a un gain de :

• +23.5dB dans les basses et jusqu'à 300Hz
• +27dB jusqu'à 600Hz
• +33dB jusqu'à 1.6kHz
• +53dB au-delà !

Dans la pratique, la saturation va compresser le signal dans les hautes fréquences, la différence ne sera donc pas aussi marquée, mais le son sera tout de même très chargé en haut-mediums et aigus, ce qui confère à cet ampli une présence diabolique !

Enfin, une dernière innovation de ce modèle, et pas la moindre, est son “Master Volume”, qui permet, au choix, de faire saturer totalement le préampli en gardant un volume de sortie raisonnable, ou au contraire de limiter la disto dans le préamp mais de faire saturer sévèrement le poweramp, avec bien sur toutes les variations possibles entre ces 2 extrêmes !

Et la lumière fut...

Que les choses soient claires : face à Mike Soldano, dieu et Chuck Norris peuvent tout de suite aller se rhabiller, ils ne font pas le poids !

Le SLO-100, qui a fait la renommée de la marque depuis sa sortie en 1987, est un ampli particulièrement bien construit, la plupart des guitaristes n'ont d'ailleurs pas assez de reins pour espérer se le payer un jour... Mais surtout, il a été tellement repompé qu'il est à la base de 99 % des amplis high gain sur le marché ! Les miens ne dérogent d'ailleurs pas à la règle et s'inspirent très fortement de ce schéma :

Là, il y a déjà un peu plus de monde ! Mais après tout, cet ampli a 2 canaux switchables et intègre une boucle d'effets, c'est donc totalement logique. Si on ne garde que le canal lead, voici ce que ça donne :

Et donc, qu'est-ce qui rend cet ampli si spécial ? Tout d'abord, la différence qui saute aux yeux par rapport au JCM800 est le nombre d'étages de gain : il y en a 4. Après être passés de 2 à 3 étages de gain entre le Plexi et le JCM800, on monte donc encore d'un cran, pour plus de distortion, plus de compression et plus de sustain !

Hormis cette différence (et l'absence d'entrée “Low”, rendue inutile par le canal clean/crunch), on retrouve dans les grandes lignes la structure du JCM800, avec pas mal de détails similaires, comme autour du potar de gain :

Comme sur le JCM800, on a un high shelf suivi du potar sur lequel on a greffé un condo de “bright”.La réponse en fréquence est toutefois un peu différente :

• le high shelf atténue de -6dB jusqu'à 145Hz, il n'agit donc que sur les basses et laisse les bas-mediums intacts
• le bright agit au-dessus de 3kHz avec le potar à moitié, donc bien plus haut que sur le 800

À ce stade, le son est donc un peu plus plein et moins agressif sur le SLO qu'avec son prédécesseur.

Mais le véritable coup de génie se trouve sur l'étage suivant :

En entrée de V2A, rien de bien spécial, on atténue juste le signal de -3.5dB pour ne pas attaquer trop fort cet étage. Le condensateur C20 en sortie de cet étage, par contre, est particulièrement intéressant !

On peut déjà noter que le gain de V2A est particulièrement faible par rapport aux valeurs habituelles, et une sensibilité élevée. En fait c'est un peu abusif, car cette sensibilité max n'est atteinte que sur la partie positive, la partie négative du signal a beaucoup moins de marge et va saturer assez franchement. Cet étage de gain nécessiterait un article à lui seul pour en expliquer tous les tenants et les aboutissants, mais le fait que la saturation affecte surtout l'alternance négative est fondamentale dans le son de cet ampli : une telle saturation génère énormément d'harmoniques paires, au contraire du “clipping” sur l'alternance positive, qui fait la part belle aux harmoniques impaires !

Pour revenir à C20, il faut savoir que l'impédance de sortie d'un étage de gain à lampe est passablement élevé, de quelques dizaines à plusieurs centaines de kΩ ! Cette impédance de sortie forme donc avec C20 un filtre passe-bas assez violent, la fréquence de coupure se situant entre 1 et 2kHz. La plupart des aigus sont donc bouffés à ce niveau, et à vrai dire, si le préamp s'arrêtait après V2A, le son du SLO serait particulièrement terne et sourd !

Heureusement, il reste un dernier étage de gain ! Le signal étant tout de même un peu amplifié par V2A, celui-ci va saturer assez fortement. En saturant, une lampe génère un gros paquet d'harmoniques, qui sont en fait des multiples de la fréquence du signal d'origine, et ont donc une fréquence plus haute ; c'est en fait de là que viennent les aigus de cet ampli ! D'une certaine façon, on peut dire qu'on supprime les aigus pour en recréer de nouveaux via la saturation de V2B... Faut reconnaitre que le concept est quand même couillu !

Dernier point remarquable autour de V2B, on notera que la résistance de l'EQ, R50, a une valeur un peu plus élevée que chez Marshall, ce qui donnera donc un ampli un peu moins génereux dans le bas-medium.

Enfin, il reste un détail qui n'apparait pas sur le schéma : le gain de V1A, V1B et V2B n'est pas constant sur toute la plage de fréquences. Il est en effet inférieur au gain indiqué de quelques dB en-dessous de 350Hz environ. C'est aussi une pratique courante dans le high gain : si on veut un son qui reste précis, pas trop baveux, il faut limiter la saturation dans les graves, et donc moins les amplifier que les autres fréquences.

De grands malades

Le dernier ampli présenté dans ce post est l'oeuvre d'une bande de tarés ! Vraiment, je ne comprendrai jamais ce qui est passé par la tête des concepteurs du 5150, et je ne veux pas savoir quels produits ils prenaient en travaillant, mais de toute évidence c'était de la bonne ! Sérieusement, comment quelqu'un de sain d'esprit pourrait se dire que finalement, les 4 étages de gain du SLO, c'est pas assez, il faudrait en rajouter 2 ?

Parce que oui, le canal lead du Peavey 5150 et de ses rejetons (Peavey 6505, EVH 5150) a 6 étages de gain les uns derrière les autres ! Et le pire, c'est que ça fonctionne !

Là c'est vraiment le bordel, en particulier au niveau de l'étage d'entrée et de l'EQ, donc ça va faire du bien de le redessiner :

On y voit déjà mieux ! Et on voit aussi tout de suite que le 5150 est lui aussi un héritier du SLO100 : jusqu'à V2B, les 2 préamplis sont presque totalement identiques ! On notera une petite différence autour du potar de gain, qui passe à 1MΩ et sur lequel viennent se greffer 2 résistances, R4 et R5. J'avoue avoir du mal à comprendre l'intérêt de cette modification, qui va simplement modifier la course du potar, tout en faisant croire au circuit en amont que la valeur du potar est de 500kΩ environ, tout comme pour le SLO-100. Bref, à mon avis l'intérêt est limité et un bête potar de 500kΩ fait très bien l'affaire.

Par contre si on prend la partie inférieure du schéma, on y voit quelques trucs intéressants :

D'abord, en sortie de V2B, le signal est atténué de 21dB à cause du pont diviseur formé par R30 et R31, il n'attaque donc pas V3A aussi fort qu'on aurait pu le penser. Cet étage de gain apportera donc une légère saturation supplémentaire, sans tordre trop violemment le signal.

Le montage autour de V3B est aussi très intéressant, puisqu'on peut voir une contre-réaction : le signal de sortie est réinjecté dans l'entrée de cet étage via R42. Comme il est inversé par rapport au signal d'entrée (pas de panique, je t'expliquerai pourquoi dans un prochain article), les 2 signaux se soustraient, diminuant ainsi la sensibilité de V3B. En s'amusant un peu avec la loi des mailles, on se rend compte que le signal réellement disponible à l'entrée de V3B a ainsi été atténué d'environ 28dB par rapport à ce qui sortait de V3A ! Comme pour V3A, cet étage ne fait donc qu'ajouter une légère saturation supplémentaire.

Sur cet ampli, l'essentiel de la saturation provient donc, comme sur la plupart des descendants du SLO, des 4 premiers étages de gain. Les 2 suivants n'ajoutent que peu de distortion, ce qui est suffisant pour obtenir le fameux croum-croum de cet ampli (oui, j'ai bac+15 en onomatopées) et, accessoirement, en faire un ampli avec 1000 fois trop de distortion : difficile de dépasser 2-3 au potar de gain avec des micros modernes ! Le point positif, c'est que même les micros les plus anémiques du monde pourront sonner gros, et c'est ce qui permet à certains métalleux de jouer avec une Telecaster en ayant tout de même un son énorme ;)

Enfin, dernier point notable de ce circuit, le montage constitué par R43, R44, R45 et C42 est intéressant à étudier : on a ici un mix de pont diviseur et filtre passe-bas, on va donc s'intéresser au comportement des fréquences graves et aigues :

• Pour les graves d'abord, C42 se comporte comme un interrupteur ouvert : rien ne passe ! On a donc un simple pont diviseur entre R43 et R45, soit une attenuation de 24dB
• Pour les aigus, C42 se comporte comme un fil, R44 et R45 sont donc en parallele et leur resistance equivalente vaut 19.4kΩ. Le pont diviseur formé avec R43 atténue donc le signal de 28dB en haut du spectre

Bingo ! Ce montage est donc un filtre passe-bas à plateau, ou encore low shelf pour nos amis anglophones, qui booste les basses de 4dB par rapport aux aigus ! Si on veut trouver la fréquence “charnière” de ce filtre, il faut trouver la “fréquence de demi-boost” (ou demi-atténuation, c'est pareil mais plus long à écrire) ; l'appellation n'est certes pas très académique, mais elle exprime bien ce qu'on cherche : la fréquence pour laquelle l'atténuation du montage est à mi-chemin entre 24dB et 28dB, soit 26dB.

On a donc un pont diviseur constitué de R43 et d'une impédance Z inconnue, dont l'atténuation est de 26dB, ce qui correspond à une division du signal par 19.95. On a donc :

$$\frac{470 + Z}{Z} = 19.95, soit\, Z = 25k\Omega$$

L'impédance équivalente du circuit formé par C42, R44 et R45 est donc égale à 25kΩ à la fréquence de demi-boost. Vu le circuit, on voit que Z est l'impédance équivalente à (Zc + R44) en parallèle de R45, ce qui nous donne :

Je t'épargne la suite des calculs, mais in fine on peut en déduire que Zc vaut 56kΩ à la fréquence de demi-boost, qui vaut donc 280Hz. C'est donc tout l'extrême grave ainsi qu'une partie des bas-mediums qui paraissent boostés par ce circuit, ce qui est un des éléments qui permettent au 5150 de sonner aussi gros.

Au passage, on notera qu'avec une atténuation de plus de 20dB, suivie de l'atténuation liée à l'EQ, le signal est finalement très faible et aura énormément de mal à faire saturer le poweramp. Et ça tombe plutôt bien, la saturation de puissance n'étant pas vraiment adaptée si on veut garder un son précis, il faut que tout se passe dans le préamp, comme c'est le cas ici.

Ouf !

J'ai fini par venir à bout de cet article ! Il aurait sans doute fallu parler de la théorie des lampes avant de se lancer dans un tel chantier, mais je ne voulais pas rentrer trop dans la technique pour ce sujet... J'espère avoir réussi à expliquer des choses intéressantes pour tout le monde, mais il y a forcément des simplifications un peu bourrines pour m'éviter de rentrer trop dans les détails théoriques, je demande donc aux érudits de bien vouloir me pardonner ;)

Le sujet étant particulièrement vaste, j'aurai de toutes façons l'occasion d'y revenir, en proposant par exemple des études de circuit assez poussées, qui seront étalées sur plusieurs articles pour me permettre de me concentrer sur un seul ampli pendant plusieurs semaines.

En attendant, comme toujours, les commentaires sont les bienvenus, que ce soit pour m'indiquer si cet article vous a plu ou non, apporter quelques critiques constructives ou pour corriger des erreurs que j'aurais pu commettre !

À bientôt !

Photo © datek24 – Licence CC BY-NC 2.0

Aujourd'hui, on s'attaque à la grande question du “qui fait quoi” dans le monde des tubes, avec quelques conseils d'achat et d'entretien.

Donc pas (trop) de technique pour cette fois, mais un peu d'histoire et, surtout, un aperçu du marché actuel.

Rise and fall...

Le tube électronique a été inventé à la fin du XIXe siècle, nous sommes en 2015... Forcément, de l'eau a coulé sous les ponts, et il s'est passé un paquet de trucs en plus d'un siècle !

Comme tu le sais peut-être, le tube a été l'un des premiers composants actifs (si ce n'est le premier), et fut donc utilisé dès les débuts de l'électronique. Ce composant fragile, complexe à fabriquer et à mettre en oeuvre, sans parler de son faible rendement, a donc régné en maitre pendant des décennies, les besoins augmentant au fur et à mesure que de nouveaux appareils électroniques étaient mis sur le marché et que la technologie se démocratisait.

Evidemment, avec une demande toujours croissante, le marché était suffisamment vaste pour permettre à de nombreux acteurs de se faire une place. On trouvait alors des usines fabriquant des tubes dans tous les pays industrialisés, les gros vendeurs d'électronique possédant bien sur la leur. On peut citer en vrac Philips, Thomson, RCA, General Electric, Sylvania, Raytheon, Mullard, Siemens et des dizaines d'autres...

Mais à partir des années 1950, c'est la ruée vers le transistor ! Ce composant, inventé quelques années plus tôt, est plus petit, plus fiable, plus économe en énergie, et surtout plus simple à mettre en oeuvre que les tubes. La plupart des applications électroniques sont donc progressivement “converties” au transistor ; pour le grand public, c'est la découverte des petites radios à piles qui viennent remplacer les grosses TSF, et qu'on appelait d'ailleurs “transistors” pendant des années (certes, c'est un peu plus court que “récepteur radiophonique à transistors”, mais quand on a le nez dans l'électronique, ça fait bizarre).

La demande en tubes électroniques, en particulier les tubes récepteurs (ceux utilisés dans les radios, TVs et amplis audio notamment), se casse donc la gueule, et les fabricants malins basculent leur production vers les semi-conducteurs (ceux qui n'auront pas ou mal négocié ce virage finiront souvent par disparaitre).

Le nombre des fabricants de tubes diminue donc énormément à partir des années 1960, au point qu'il n'en reste qu'une poignée aujourd'hui, principalement dans les anciens pays de l'Est. On est d'ailleurs peut-être passés pas loin de l'arrêt généralisé de la production dans les années 1990, mais heureusement les amplis à lampes sont revenus en force depuis, et l'avenir semble prometteur.

Pour l'anecdote, il faut savoir que les tubes sont immunisés aux impulsions électro-magnétiques causées, par exemple, par une explosion nucléaire. Ils sont donc toujours utilisés dans certaines applications militaires. Bon, ça ne nous servirait pas à grand chose, mais dans un débat existentiel “tubes vs. transistors”, ça peut être l'argument ultime ;)

Les fabricants actuels

Je ne vais parler ici que de ceux qui produisent des modèles utilisés en amplification guitare. Il y en a quelques autres, plus orientés hifi, mais ces tubes sont souvent hors de prix, comme un peu tout ce qu'affectionnent nos amis idiophiles, on va donc laisser tomber !

Et donc, parmi la pléthore de marques, toutes plus uniques les unes que les autres bien sur, la sanction tombe : tous nos tubes sont issus de 3 usines seulement ! Voici donc qui fait quoi...

New Sensor / Reflector

Commençons par celui qui fâche, à savoir la pieuvre charognarde, qui étend ses tentacules sur les marques renommées d'antan pour les sortir de la tombe et gagner quelques dollars en faisant mine de les remettre sur pied...

Le groupe New Sensor, dirigé par Mike Matthews (Mr Electro-Harmonix himself), possède l'usine Reflector située à Saratov, en Russie, d'où sortent une chiée de lampes de marques et de qualités très différentes ! On y retrouve donc bien sur Electro-Harmonix et Sovtek, mais également des marques “prestigieuses” comme Tung-Sol, Mullard, Genalex ou Svetlana... Et c'est bien là que le bat blesse, et que mon aversion pour les pratiques commerciales de ce fabricant prend le dessus !

Coup de gueule

Tout d'abord, ces soi-disant “reissues” de marques aujourd'hui disparues n'ont rien à voir avec les originales : ni l'usine bien sur, ni les machines (dont l'importance est pourtant fondamentale dans ce genre de fabrication), et certainement pas le son ! New Sensor n'a fait qu'exploiter une “faille” juridique en déposant ces marques dans tous les pays où c'était possible, et trompe allègrement le chaland en reproduisant pour ces modèles le logo et l'emballage de l'époque. En ce qui me concerne, cette pratique n'est ni plus ni moins que de la contrefaçon.

D'ailleurs, les Mullard et Svetlana de New Sensor ne peuvent pas être vendues dans les pays où la marque existait auparavant, notamment en Europe... Et bien sur, la palme du scandale : New Sensor fabriquait et vendait des tubes sous la marque Svetlana hors d'Europe, alors que dans le même temps, l'usine Svetlana (la vraie) tournait tout à fait normalement et devait renommer ses tubes en SED (pour Svetlana Electron Devices) pour les vendre hors de l'UE. Pathétique, et surtout très piégeux pour les clients...

Et sinon, ça marche bien ?

La gueulante, c'est fait, on peut donc maintenant s'intéresser aux caractéristiques de ces tubes... Et en règle générale, il faut bien le reconnaitre, ils sont loin d'être mauvais !

Chez Sovtek, il quand même faut se méfier : pour les 12AX7 (tube le plus utilisé dans nos amplis), il y a pas mal de références disponibles, dont certaines vraiment pas terribles (les plus “low-cost” en l'occurrence). La 12AX7LPS, par contre, est un tube de qualité, que j'utilise souvent en position “déphaseur” (la dernière lampe de préamp avant les lampes de puissance) où elle fonctionne particulièrement bien.

Pour ce qui est des Electro-Harmonix et des autres Sovtek, tu peux y aller, ça reste des valeurs sures !

Et en ce qui concerne les prétendues “reissues” ? Et bien je n'en sais rien, notamment parce que plusieurs marques ne sont pas vendues en Europe, ou sont vendues bien trop cher à cause du nom célèbre qui est dessus... Il y a quand même une exception : la 12AX7 Tung-Sol. Celle-ci est vendue en Europe, à peu près au même prix que les EHx, et elle sonne très bien ! Je la mets d'ailleurs souvent en premier étage de gain dans mes amplis.

JJ Electronic

Cette entreprise slovaque existe depuis un peu plus de 20 ans, et est née suite à l'indépendance de la Slovaquie en reprenant l'activité de fabrication de tubes de Tesla, qui était une entreprise nationale dans la Tchécoslovaquie communiste.

JJ possède une bonne gamme de tubes pour l'audio, avec de nouveaux modèles qui arrivent de temps en temps au catalogue, comme le tube de puissance 5881 dernièrement.

La qualité est très bonne, et pour ne rien gacher ces tubes sont généralement bien moins chers, en tous cas en Europe, que les équivalents de chez New Sensor ; je suppose que c'est surtout une question de transport/intermédiaires, puisque les tubes New Sensor sont fabriqués en Russie, puis vendus et expédiés depuis leurs entrepots aux US ; alors que chez JJ, ça part direct de l'usine (qui est, en plus, située dans l'UE, donc pas de frais pour la douane ou la conversion Euro/Dollar).

Ce sont ces tubes que j'utilise par défaut dans mes amplis, surtout pour leur rapport qualité/prix difficile à battre ; notamment les ECC83S, par lesquels j'ai découvert la marque, et qui ont un son assez doux et particulièrement chaud. En contrepartie, il vaut mieux éviter de ne mettre que ça en préamp, sous peine de perdre en clarté et en présence.

Shuguang

C'est à ma connaissance la seule usine chinoise qui produise les modèles de tubes que nous utilisons dans nos amplis.

Shuguang vend une partie de sa production sous sa propre marque, Golden Dragon, mais l'essentiel de ce qui sort de cette usine est rebadgé et vendu sous une autre marque, comme c'est souvent le cas avec la production chinoise.

Attention aux préjugés par contre : on a l’habitude de considérer le matériel chinois comme de la grosse merde (souvent à juste titre), mais il ne faut pas perdre de vue que là on parle de tubes ! Il ne s'agit pas vraiment d'une nouvelle technologie, et je ne doute pas que les chinois sachent faire de bons tubes depuis plusieurs décennies (l'usine en question en fabrique d'ailleurs depuis 1958, c'est dire s'ils ont une petite expérience dans le domaine).

A titre personnel, je n'ai testé que les 12AX7B (rebadgées par New Sensor, encore eux !) qui sont des tubes intéressants, mais ne m'ont pas non plus laissé un souvenir impérissable (à part pour leur prix plancher, à moins de 5€ pièce si ma mémoire est bonne).

Les “morts” récentes

Dans cet article, j'aurais bien aimé parlé un peu de Ei, une ancienne marque yougoslave qui a cessé d'exister au début des années 2000, et surtout de Svetlana (les vrais !) dont l'usine se situait à St Petersbourg.

Malheureusement, comme l'indique leur site, les dernières Svetlana sont sorties des chaines de fabrication en 2012, c'en est donc fini de cette marque.

C'est assez dommage, parce que leurs tubes, bien qu'un peu chers (le double des JJ, en gros) étaient particulièrement robustes. Je me souviens avoir restauré un vieux Bassman des 60's sur lequel j'avais mis 2 6L6GC JJ en puissance, et que le proprio jouait généralement à fond (avec quand même un atténuateur pour gérer le niveau sonore). L'ampli fonctionnait très bien à bas volume, mais se comportait bizarrement à fond, et ce avec 2 paires de lampes différentes (il faut dire que chez Fender, à l'époque, on s'autorisait souvent à utiliser les tubes au-delà de leurs capacités). Après y avoir mis une paire de Svetlana par contre, ça n'a plus bronché, et l'ampli fonctionne à merveille avec ces tubes depuis environ 4 ans.

Les autres...

Groove Tubes, Ruby, Marshall, Mesa/Boogie, TAD, sans parler des dizaines d'autres, n'ont jamais fabriqué et ne fabriqueront jamais de tubes : pour certains, ils commandent simplement des tubes aux usines précitées, parfois en demandant un appairage pour les tubes de puissance, et apposent leur logo dessus.

Pour d'autres, comme Groove Tubes, les tubes sont achetés en vrac, puis testés et triés en interne. Nul ne sait ce qu'il advient des tubes dont les caractéristiques sont trop éloignées des specs : mis à la poubelle, revendus sous une marque low-cost, renvoyés au fabricant ?

Quoiqu'il en soit, la plupart de ces marques distribuent des tubes en provenance des 3 usines actuelles, mais il n'est pas forcément facile de savoir d'où vient quel modèle. Chez Ruby par exemple, c'est clair, mais Groove Tubes est beaucoup moins bavard sur ce sujet...

C'est dans les vieux pots...

Photo © Logan Ingalls – Licence CC BY 2.0

La grande tendance depuis quelques années, c'est le NOS (New Old Stock) ! Il s'agit de tubes généralement produits dans les années 40 à 60, et théoriquement jamais utilisés depuis. En clair, on a laissé dormir des centaines de milliers de tubes après le putsch des transistors, et ceux-ci réapparaissent maintenant que les tubes sont revenus à la mode.

C'est très bien, ça nous offre plus de choix, mais attention :

• certains vendeurs peu scrupuleux vendent des tubes NOS qui sont en fait usagés, voire parfois complètement rincés
• les tubes les plus “célèbres”, comme les ECC83 Telefunken ou les EL34 Mullard, atteignent des prix totalement délirants, et peuvent facilement dépasser la centaine d'euros pour un tube !

Donc si tu souhaites acheter du NOS, la 1ère règle est de n'acheter qu'à des vendeurs réputés, si possible qui fournissent les caractéristiques des tubes.

Ensuite, à moins d'avoir vraiment trop d'argent (auquel cas j'ai un meilleur placement à te proposer ;) ), évite les références les plus “mythiques”, genre Mullard, au hasard : on trouve de très bons tubes chez des marques comme Belvu, RT, RFT, Mazda ou Amperex pour n'en citer que quelques-unes, et ces tubes sont souvent au prix de la production actuelle.

Encore mieux, si tu vas fouiller un peu dans les vieux tubes russes, dont beaucoup sont des équivalents de tubes US ou européens, tu peux trouver de quoi te faire plaisir à des prix tout à fait raisonnables ! On peut citer par exemple les 6P14P, qui fonctionnent très bien à la place d'EL84, ou encore les 6P6S qui sont d'excellents substituts aux 6V6, et qu'on trouve généralement à moins de 5€ pièce !

Pour ma part, en tant que fabricant d'amplis, je considère les tubes comme des consommables. Je n'utilise donc que des tubes actuellement en production, afin que mes clients puissent trouver les mêmes références (sans se ruiner) quand ils auront besoin de retuber. Libre à chacun, ensuite, d'expérimenter avec des tubes NOS si le coeur lui en dit.

Longue vie aux tubes !

Les tubes, si on les fait pas tomber, sont des composants finalement très résistants quand on les compare aux transistors : il peuvent fonctionner plusieurs minutes, voire plusieurs heures, largement au-delà de leurs capacités et toujours fonctionner normalement. Ne panique donc pas si tu as fais une connerie, du genre tenter de jouer pendant 5 minutes avant de te rendre compte que ton HP était débranché ! Corrige le tir, rallume ton ampli, et essaie. Si ça fonctionne, tout va bien, tu n'as à priori rien flingué ;)

Ce n'est quand même pas une raison pour ne pas en prendre soin, voici donc quelques règles simples pour faire durer tes tubes.

Jamais sans HP, toujours à la bonne impédance

Les amplis à transistors sont conçus pour être utilisés avec des HP d'impédance supérieure ou égale à une certaine valeur. Tant qu'on ne passe pas sous cette valeur minimale, l'ampli ne risque donc rien.

Les amplis à tubes, par contre, ne doivent fonctionner qu'avec une parfaite adaptation d'impédance, ni plus, ni moins ! Assure-toi donc de toujours utiliser la bonne sortie HP (ou la bonne position du sélecteur d'impédance) en fonction de ton cab si tu ne veux pas risquer de flinguer, à force, tes tubes de puissance, ou pire, ton transfo de sortie !

Le standby : à consommer avec modération

Le standby est mal compris des musiciens : ce n'est pas un bouton “mute” ! Il a été utilisé en premier par Fender sur le Bassman (encore lui !) pour pouvoir utiliser des composants moins couteux : en effet, le temps que les tubes chauffent et commencent à consommer du courant, la tension d'alimentation est plus élevée que la normale. Si cette tension dépasse la tension max des condensateurs de filtrage, ça peut être assez explosif !

Du coup, pour éviter d'acheter des condos avec une tension de service plus importante (qui étaient bien plus rares et chers à l'époque), le vieux Leo a eu l'idée d'installer ce switch. Ainsi, le circuit haute tension est coupé le temps que les tubes chauffent, la tension d'alim est donc nulle. Une fois que les tubes sont prêts, on bascule le standby ; comme les tubes consomment immédiatement le courant prévu, la tension d'alim reste dans les limites de la tension max des condos. Cette pratique s'est ensuite généralisée, et aujourd'hui on ne comprend pas qu'un ampli soit dépourvu de standby, alors que dans certains cas, il peut être bien plus néfaste que bénéfique !

Si un ampli est équipé d'une lampe rectifieuse par exemple, il ne faut surtout pas de standby : la rectifieuse met elle aussi du temps à chauffer, elle temporise donc l'arrivée du courant. La tension d'alim monte donc en douceur quand les tubes sont déjà prêts à conduire, il n'y a donc aucun risque. Mais surtout, le standby est dangereux pour les rectifieuses : quand on bascule ce switch, il se produit un appel de courant énorme lié à la charge des condos d'alim. Or une rectifieuse n'est pas conçue pour encaisser ces appels de courant, et finira donc par claquer prématurément, parfois en se mettant carrément en court-circuit ! Donc en résumé : avec une rectifieuse, jamais de standby !

Pour les autres amplis, on peut bien sur utiliser le standby pour faire chauffer les lampes à la mise en route. Mais c'est le seul moment où il faut s'en servir, et uniquement pour un court moment (entre 1 et 5 minutes) : en effet, un tube chaud doit consommer du courant ; dans le cas contraire, les électrons restent stationnaires et vont polluer le revêtement de la cathode, causant ainsi une baisse de son émission, et donc l'usure prématurée du tube.

Enfin, à l'extinction de l'ampli, je recommande également de ne pas utiliser de standby : certains amplis placent le standby après le 1er condo d'alim. Celui-ci est donc coupé du reste du circuit si le standby est enclenché, et ne peut pas se vider à l'extinction de l'ampli. En soi ce n'est pas forcément un problème, mais quand un technicien devra mettre les doigts dedans, il se retrouvera avec du 500V qui se balade... Donc, pour la sauvegarde des techos, merci de ne pas utiliser le standby en éteignant un ampli ;)

Un ampli bien réglé

La plupart des amplis ont un réglage interne dit “de bias” : les tubes d'un modèle donné n'ayant pas tous les mêmes caractéristiques dans la réalité, même au sein d'un même lot de fabrication ; il est donc nécessaire de pouvoir ajuster le courant consommé au repos, c'est à dire sans signal. Un réglage optimal permettra ainsi au tube de fonctionner avec le meilleur compromis rendement/durée de vie, mais il est également important pour le son.

Pour un ampli de 15W ou plus, il y a fort à parier que l'ampli de puissance fonctionne en push-pull, avec un nombre pair de tubes de puissance utilisés en classe AB. Dans cette configuration, le signal n'est pas intégralement amplifié par tous les tubes : une moitié amplifie la partie positive du signal, l'autre moitié amplifie la partie négative. La transition entre les 2, par contre, est plus délicate à gérer : si le courant de repos est trop faible, elle se fera mal et le son sera détérioré ; mais on ne peut pas non plus régler un fort courant de repos sans réfléchir, au risque de réduire considérablement la durée de vie des tubes !

Il n'y a donc pas de bias “chaud” ou de bias “froid” : pour un ampli et un set de tubes donnés, il y a un réglage optimal et un seul ! S'éloigner de ce réglage est une connerie et se fera forcément au détriment du son ou de la fiabilité.

Par ailleurs, il est important d'utiliser des tubes appairés, c'est à dire présentant tous exactement les mêmes caractéristiques, pour qu'il n'y ait pas un côté du push-pull qui travaille plus (et donc s'use plus rapidement) que l'autre. Et il ne suffit pas d'avoir un courant de repos identique, le paramètre le plus important est en fait la transconductance : c'est ce paramètre qui détermine comment le signal va être amplifié. Si une moitié des tubes a une transconductance plus importante que l'autre, il y aura donc un déséquilibre entre les alternances positive et négative du signal : l'une d'elles sera amplifiée plus fortement que l'autre.

Il est donc fondamental, pour le bon fonctionnement d'un ampli à tubes, d'avoir des tubes correctement biasés, appairés en courant et en transconductance (ce que proposent tous les vendeurs sérieux). A la rigueur, on pourrait même simplement les appairer en transconductance, on aurait alors simplement plus de bruit de fond au repos. Mais quitte à faire les choses bien, autant aller jusqu'au bout ;)

Un set de tubes de rechange

Enfin, je te conseille de toujours avoir un jeu de tubes de rechange pour ton ampli : en cas de doute ou de défaut flagrant (fusible qui claque en permanence par exemple), tu peux très bien tous les remplacer toi-même le temps d'un test rapide ou pour gérer une urgence.

S'il s'avère que les vieux tubes étaient en cause, ça peut te sauver la mise le temps d'un concert, par exemple. Par contre, une fois l'urgence passée, il faudra absolument amener ton ampli à un technicien pour qu'il le règle ! Mais au moins, tu pourras le faire sereinement, sans être pressé par le temps...

Où acheter ?

Je ne vais pas faire ici un inventaire de tous les bons vendeurs de tubes, il y en a beaucoup trop, et je ne pourrais pas être exhaustif. Je vais donc me contenter de t'indiquer les boutiques dans lesquelles je m'approvisionne :

• Tube-Town (Allemagne) : propose tous les éléments pour monter son ampli de A à Z, ses tarifs sur les tubes sont très abordables ! Il a de plus un stock conséquent et un paquet de références disponibles. Gros point fort : les tubes de puissance sont vendus appairés sans supplément, et chacun porte sur sa boite une étiquette sur laquelle sont indiquées les valeurs de courant et de transconductance, ainsi que les conditions de test.

• USSR Tubes (Russie) : uniquement des tubes russes NOS. Pas d'appairage pour les tubes de puissance, mais des prix dérisoires !

Ce sont les 2 seuls vendeurs que je suis prêt à recommander à l'heure actuelle, sachant que je me fournis à 99% chez Tube-Town. Tube Amp Doctor semble correct également, mais n'ayant jamais affaire à eux je m'abstiendrai de tout commentaire. Ceci dit, si tu connais de bonnes adresses sur le net, ou que tu as de bons vendeurs eBay à recommander, n'hésite pas à les indiquer en commentaire pour que tout le monde en profite ;)

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Le sujet que j'avais prévu de traiter cette semaine était un peu ambitieux, je vais donc faire le point sur un problème épineux auquel tout musicien est confronté un jour ou l'autre : les impédances !

Impédance d'un signal

La semaine dernière, on a vu que l'impédance est avant tout un moyen pour exprimer la “résistance” d'un composant en fonction de la fréquence du signal qui le traverse.

Mais le concept d'impédance s'applique aussi à un signal : il décrit la capacité de la source à fournir du courant, ou la tendance du récepteur à consommer du courant, selon qu'on parle d'impédance de sortie ou d'entrée.

Chaque équipement dans la chaîne du signal est donc caractérisé par une impédance d'entrée s'il possède une entrée, et une impédance de sortie s'il possède une sortie. Une guitare possède uniquement une sortie, donc on ne parlera que de son impédance de sortie, alors qu'une pédale ou même un ampli possèdent les 2.

L'impédance d'entrée

L'impédance d'entrée d'un système électronique peut être calculée comme l'impédance équivalente à l'association des différents composants passifs présents entre l'entrée du système et le premier composant actif (transistor, lampe, ampli-op/AOP...). En pratique, il s'agit généralement de calculer la valeur équivalente de quelques résistances en parallèle, comme on peut le voir dans cet exemple :

Du point de vue du signal, R2 et R3 sont en parallèle : en effet, la ligne d'alimentation et la masse sont reliées par un condensateur C2 de 100µF, qui est très efficace pour bloquer le courant continu et filtrer la tension d'alimentation, mais qui se comporte comme un fil pour le signal audio (son impédance vaut 80Ω à 20Hz, ce qui est déjà peu, et elle ne fait que diminuer quand on monte en fréquence). Pour le calcul de l'impédance d'entrée, on peut donc remplacer R2 et R3 par une unique résistance de 1,1M.

Cette résistance Req forme donc un filtre passe-haut avec C1 avec une fréquence de coupure à 1,44Hz. En clair, on ne coupe absolument rien dans le domaine audio, et ce condensateur ne sert qu'à empêcher qu'une tension continue ne remonte jusqu'à la guitare. C1 se comporte donc comme un fil, et on retrouve R1 en parallèle de Req, ce qui nous donne la résistance équivalente Rin de valeur 524k.

Important : Les 2 schémas précédents ne sont que des simplifications du 1er, utilisés uniquement pour calculer l'impédance d'entrée ! Il est évident que ceux-ci ne doivent pas être pris en compte pour assembler le circuit !

On pourrait penser que l'impédance d'entrée du système vaut donc 524k et s'arrêter là. Mais l'AOP a lui aussi une impédance d'entrée dont il faut tenir compte ! Et c'est très bien, puisque ça me donne l'occasion de faire une petite digression pour te présenter tes nouveaux meilleurs amis : les datasheets !

Sous ce nom barbare (mais tout de même moins pompeux que “spécification technique”) se cache une famille de documents, édités par tous les constructeurs de composants électroniques, et donnant toutes les données techniques permettant de concevoir des circuits utilisant ces composants. On a donc un datasheet par référence de composant (ou famille si ses membres ont des caractéristiques identiques), en général librement téléchargeable sur le site du constructeur, donnant toute une série d'informations comme les tensions max d'utilisation du composant, sa consommation, sa bande passante, et bien d'autres choses...

Dans le cas qui nous intéresse, on va regarder de plus près les datasheets de 2 AOP différents :

• Le TL071, qu'on regardera à la page 6
• Le NE5534, pour lequel les infos intéressantes sont en page 5

Les valeurs sont présentées sur 3 colonnes, qui donnent respectivement la valeur minimale du paramètre, sa valeur habituelle et sa valeur maximale (les 3 valeurs ne sont pas toujours indiquées).

Comme on s'intéresse à l'impédance d'entrée d'un circuit, on va donc regarder sur nos 2 datasheets la valeur habituelle de la résistance d'entrée (\(r_i\)) pour les 2 AOP choisis : ça passe de 100kΩ pour le NE5534 à 1TΩ (oui, téra-ohms, soit 1000000MΩ !) pour le TL071. Cette résistance d'entrée se retrouvant en parallèle de Rin calculée précédemment, on obtient donc la valeur réelle de l'impédance d'entrée de notre système :

• 84k avec un NE5534, ce qui reste proche de sa propre résistance d'entrée
• 524k avec un TL071, dont la résistance d'entrée est finalement tellement élevée qu'elle n'a aucune influence sur l'impédance d'entrée du système

On réalise donc déjà que le choix d'un seul composant peut modifier totalement le fonctionnement d'un système : dans le cas du TL071, l'impédance d'entrée est déterminée par tout le circuit, alors que le NE5534 fixe sa valeur presque à lui seul. Accessoirement, on se rend compte que si on a besoin d'une forte impédance en entrée en utilisant un AOP, on choisira plutôt un TL071 qu'un NE5534.

L'impédance de sortie

Le principe reste plus ou moins le même que pour le calcul de l'impédance d'entrée : il s'agit de calculer l'impédance équivalente au circuit que traverse le signal avant de quitter l'équipement. Toutefois, selon les cas, les données peuvent être plus difficiles à rassembler :

• pour une pédale d'effet, on peut facilement déterminer l'impédance de sortie du dernier composant actif (transistor ou AOP), et faire le lien avec le reste du circuit pour calculer précisément l'impédance de sortie de la pédale
• pour une guitare, l'impédance de sortie dépend énormément du micro ; or un micro magnétique a une impédance de sortie complexe avec une composante capacitive, inductive et résistive (bref, c'est bien le bordel !), et évidemment aucun micro du commerce ne dispose d'un datasheet précisant les caractéristiques de son impédance de sortie ! Il faut donc y aller “à la louche” en utilisant des valeurs moyennes...

Trop facile !

Pour le cas simple, voici ce que pourrait être la sortie du circuit présenté plus haut :

Le datasheet du NE5534 indique une impédance de sortie (\( Z_o \), page 5) de 0,3Ω. Les conditions correspondantes sont particulières, mais dans l'ensemble, pour nos applications audio, l'ordre de grandeur est le même. On considère donc en général que l'impédance de sortie d'un AOP est nulle, ce qui nous arrange bien ;)

C3, comme C1 dans l'étage d'entrée, ne sert qu'à bloquer la tension continue présente en sortie de l'AOP : son impédance est faible (800Ω à 20Hz, 16Ω à 1kHz et 0,8Ω à 20kHz) et, au passage, le filtre passe-haut qu'il forme avec R5 a une fréquence de coupure < 2Hz.

R5 n'étant pas “sur le trajet” du signal (il ne la traverse pas), on n'en tient pas compte dans le calcul de l'impédance de sortie, il ne nous reste donc que R4 et C3. Ces 2 composants étant en série, leurs impédance s'ajoutent, et l'impédance de sortie de notre montage varie donc entre 900Ω à 20Hz et 100Ω à 20kHz.

Note : Dans la plupart des cas, l'impédance (sur la bande audio) d'un condensateur de liaison comme C3 est tellement faible par rapport aux autres impédances du circuit qu'elle est simplement ignorée ; ici, j'ai utilisé un AOP et ajouté R4, une résistance inutile de faible valeur, juste pour montrer que ce n'est pas toujours le cas... Je sais, je suis fourbe !

Ça se corse...

Là où les choses se compliquent vraiment, c'est quand on s'intéresse à une source complexe comme un micro magnétique. Du point de vue de la construction, ça semble certes assez rudimentaire (une bobine de fil de cuivre enroulée autour d'un aimant), mais c'est un casse-tête à définir électriquement !

Si tu as déjà envisagé de changer les micros de ta gratte, tu es sûrement déjà familier avec la résistance du bobinage, qui est une donnée fournie par quasiment tous les fabricants de micros : comme on a une grande longueur de fil, et qu'un fil de cuivre a une certaine résistivité (la résistance par mètre de fil), au bout d'un moment la résistance du fil lui-même devient tout à fait significative (entre 5k et 20k pour les micros guitare).

Mais un micro guitare, c'est bien plus qu'un long fil :

• celui-ci est enroulé sous forme de bobine, il en a donc toutes les caractéristiques, à commencer par l'inductance
• le fil étant enroulé en spires plus ou moins parallèles, il se forme une faible capacité parasite entre les spires ; en multipliant cette capacité par le nombre de spires, on se retrouve avec un petit condensateur dont l'influence n'est pas négligeable

On peut donc créer un circuit équivalent (du point de vue de l'impédance) à un micro guitare en plaçant en série une résistance (la résistance du fil de cuivre), une inductance (la bobine) et un condensateur en parallèle de tout ce petit monde (la capacité parasite) :

Si on commence à chercher une formule pour calculer facilement l'impédance en fonction de R, L et C, on voit vite qu'on va y passer la nuit (au moins) ! Mais comme il m'arrive exceptionnellement d'être sympa, je t'ai préparé un tableau LibreOffice qui te permettra de visualiser l'impédance de sortie d'un micro en fonction de ses valeurs de résistance, inductance et capacité parasite :

L'exemple que j'ai choisi de représenter est un humbucker vintage type “PAF” : sa résistance est de 10k, son inductance de 5H et sa capacité parasite de 150pF. On voit ainsi clairement que l'impédance d'un tel micro est égale à sa résistance en continu et dans les très basses fréquences, mais que celle-ci augmente ensuite rapidement jusqu'à un maximum (ici, 100k, soit 10x la valeur de la résistance !) avant de redescendre. La fréquence du maximum est appelée fréquence de résonance, et elle se situe ici un peu en dessous de 6kHz, ce qui est cohérent pour ce type de micros.

A noter que, malheureusement, la plupart des fabricants ne fournissent que la valeur de résistance de leurs micros, ce qui donne simplement une vague idée de la puissance dudit micro, mais sans certitude (en partant du principe que plus il y a de tours, plus le niveau de sortie est élevé, mais plus la résistance est élevée aussi — ce qui n'est pas toujours aussi simple). Seymour Duncan a le bon gout d'indiquer les fréquences de résonance de bon nombre de ses modèles, ainsi que les inductances des micros pour la gamme Antiquity, mais ça reste léger quand on cherche à modéliser le comportement d'un micro...

Le problème de l'adaptation d'impédance

Si on se préoccupe autant des impédances d'entrée et de sortie de nos équipements audio (enfin, sauf les guitaristes, mais ils devraient), c'est parce que se pose le problème suivant :

Dans ce schéma, je sépare le générateur (instrument, lecteur audio, préampli...) et le récepteur (ampli, console, interface audio...) de leurs impédances respectives de sortie et d'entrée, notées Zo et Zi, de façon à bien montrer l'influence de celles-ci : en effet, Zo est considérée en série avec le signal, et Zi est en parallèle de l'entrée du récepteur.

Et là, on reconnaît le fameux diviseur de tensions, qui aura donc toujours pour effet d'atténuer notre précieux signal, qu'on cherche justement à garder intact, du moins autant que possible... On doit donc s'arranger pour que cette atténuation soit minimale.

Préservation du niveau du signal

Si les impédances sont purement résistives (ou pas loin), celles-ci sont identiques sur toute la plage de fréquences qui nous intéresse. On se retrouve donc dans le cas du diviseur de tensions classique, où le niveau d'atténuation du signal est donné par :

$$\frac{Zo}{Zo + Zi}$$

Il faut donc que Zi soit beaucoup plus grande que Zo pour que l'atténuation soit la plus légère possible.

On considère généralement que Zi doit être au moins égale à \(10 * Z_o\) (ce qui correspond à une atténuation de 9% de l'amplitude du signal, ou encore -0.8dB) pour garantir une préservation suffisante du niveau du signal.

Dans le cas de notre étage d'entrée vu au début de cet article, ça veut dire que l'impédance de sortie de la source devra être au maximum de :

• 8,4k si on a utilisé un NE5534 (donc clairement pas adapté à un micro guitare, vu ses caractéristiques d'impédance)
• 52,4k avec un TL071 (pas encore l'idéal pour la guitare, mais on s'en approche !)

Préservation de la bande passante

Avec des impédances résistives, le raisonnement est donc assez simple, et la solution facilement trouvée. Un autre problème se pose avec des impédances variables, par exemple une impédance d'entrée capacitive. L'étage d'entrée d'un équipement audio a généralement une impédance d'entrée résistive, mais pour y arriver il reste un maillon à ajouter dans la chaîne : le câble !

Or un câble audio n'est jamais parfait : étant composé de fils de cuivre, il a une certaine résistivité. De plus, quand il contient plusieurs conducteurs (souvent signal et blindage), il se forme une capacité parasite entre eux. Quand on insère un cable entre une source et un récepteur, on peut donc représenter sa résistance et sa capacité ainsi :

La résistivité d'un câble est suffisamment faible pour être ignorée (autour de 50Ω/km, soit 0,5Ω pour un câble de 10m), en revanche la capacité entre conducteurs est très importante ! A titre d'exemple, pour un très bon câble guitare, celle-ci est d'environ 80pF/m (je n'ai jamais trouvé moins). La capacité totale du câble est donc de 400pF pour 5m, et monte à 800pF sur 10m, ce qui est loin d'être négligeable !

Concrètement, si on prend un tel câble de 5m, et que la source a une impédance de sortie de 10k, la capacité du câble va créer un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure à 40kHz. Jusqu'ici, tout va bien ! Mais si on prend l'impédance réelle de sortie du micro guitare, on obtient un tout autre résultat :

La courbe rouge représente la capacité parasite du câble. Jusqu'à 2kHz environ, celle-ci est assez grande pour ne pas avoir d'influence sur le signal. Par contre, quand elle croise la courbe de l'impédance de la guitare, leurs valeurs sont égales et le signal est divisé par 2 : dans ce cas, 4kHz représente la fréquence “charnière” pour laquelle on note une atténuation du signal de -6dB ; au-dessus de cette fréquence, les aigus sont encore plus fortement atténués, jusqu'à -11dB à 20kHz.

*Et je te rappelle que ces chiffres sont obtenus avec un câble d'excellente qualité !*

On voit donc que dans un système complexe (du point de vue électrique hein, on est d'accord que guitare/câble/ampli c'est même plutôt modeste pour le gratteux lambda ;) ), les impédances ont vite fait de modifier la réponse en fréquence du signal initial.

Sensibilité aux parasites

Enfin, un dernier point très important : un signal en haute impédance est beaucoup plus sensible aux parasites (souffle, bruit, ondes radio...) qu'un signal en basse impédance.

On doit donc essayer de garder le signal en faible impédance le plus longtemps possible, et s'il est nécessaire de passer en plus haute impédance, il faut le faire le plus tard possible dans la chaîne !

C'est d'ailleurs le principe qui a mené à la création des premiers micros guitare actifs : le micro lui-même est identique à un micro classique, avec souvent moins de tours qu'un micro passif pour limiter son impédance de sortie. Ce n'est toutefois pas suffisant, et on lui ajoute donc un préampli à transistors, qui permet de baisser l'impédance du signal (et souvent de le booster par la même occasion) pour qu'il puisse arriver jusqu'à l'ampli sans être perturbé par d'éventuels parasites.

Comment faire ?

Il existe heureusement des solutions pour régler tous ces soucis d'impédance (ou du moins la plupart), en voici quelques unes :

Sur scène

En concert, et à plus forte raison si la scène est grande, on cumule souvent plusieurs sources de “problèmes” : des micros souvent passifs, un pedalboard bien fourni, de longs câbles, et un environnement pas vraiment “clean” niveau parasites.

Utilise le bon câble

Cette remarque est bien sur valable tout le temps, mais elle est encore plus importante sur scène en raison des longueurs de câble utilisées.

Il faut donc s'assurer d'utiliser des câbles de la meilleure qualité possible, et ne pas exagérer sur les longueurs nécessaires (10m ne seront peut-être pas suffisants sur la Main Stage du Hellfest, mais pour un petit bar 3m feront bien l'affaire).

Tous les fabricants sérieux indiquent sur leur site la résistance kilométrique et la capacité métrique de chacun de leurs câbles, il ne faut donc pas hésiter à te renseigner avant achat. Pour info, Klotz, Mogami et Sommer Cable proposent tous 3 de très bons produits, adaptés à chaque utilisation.

Un bon système HF peut aussi être une bonne alternative : la longueur de câble nécessaire ne dépasse pas 1m, sa capacité parasite est donc négligeable. Si tu choisis cette voie, n'hésite pas à y mettre le prix pour être tranquille (bien que Line6 fasse des produits tout à fait corrects et abordables dans ce domaine).

Buffer

Nous y voilà ! Sujet de discorde sur de nombreux forums de guitaristes, certains disent qu'il est indispensable, d'autres qu'il bouffe le son, et entre les 2 on peut lire tout et n'importe quoi...

Concrètement, qu'est-ce qu'un buffer ? C'est un petit équipement, bien plus petit qu'une pédale d'effet (on en trouve d'ailleurs intégré à de nombreuses pédales du marché), qui a pour seule fonction d'avoir une impédance d'entrée élevée et une faible impédance de sortie. C'est tout !

En le plaçant assez tôt dans la chaîne (on peut même l'intégrer directement sur la guitare, dans la cavité des potars), on évitera de subir les inconvénients liés à l'utilisation de trop longs câbles. Par contre, grâce à sa faible impédance de sortie, on pourra sans problème utiliser, pour aller à l'ampli, un câble de 30m ou plus sans que le son en soit altéré.

Un buffer placé juste après la guitare permet donc de conserver le son “pur” sortant de l'instrument. Et pour certains, c'est justement le problème : si tu es habitué à jouer avec une ribambelle de longs câbles, leur interaction avec les micros de ta guitare est forte et atténue les aigus de façon audible. Alors qu'un bon buffer situé après une faible longueur de câble ne modifiera pas le signal , qui te semblera alors beaucoup plus agressif que d'habitude !

Le problème ne vient donc pas du buffer, mais du guitariste habitué à jouer avec un signal dégradé !

Enfin, côté électronique, le buffer est un circuit extrêmement simple, voire simpliste : tu en as déjà vu tous les éléments quand on parlait des impédances d'entrée et de sortie ;)

Le circuit étudié avait une impédance d'entrée de 524k avec une TL071 (on oublie le NE5534 pour la guitare), ce qui est bien, mais pas top... Pour une impédance de sortie (de la guitare) max autour de 100k, il vaut mieux tabler sur 1M minimum en entrée, ce qu'on peut obtenir en supprimant R1 dans le premier schéma : cette résistance sert à éviter d'avoir de gros “plocs” quand on met une pédale dans ou hors de la chaîne audio via le footswitch ; un buffer n'est pas destiné à être bypassé, donc sans switch, on n'a plus besoin de R1. R2 et R3 restent donc seules pour déterminer l'impédance d'entrée, qui passe à 1,1M, parfait pour une utilisation avec une guitare donc !

On peut optimiser également la sortie en virant R4 et en augmentant la valeur de C3 pour diminuer l'impédance dans les basses fréquences ; à ce niveau, ça s'appelle “chipoter pour pas grand chose” puisque l'impédance de sortie du buffer est déjà bien assez basse, d'autant qu'une guitare ne descend pas en-dessous de 80Hz en accordage standard. Le schéma complet du buffer est donc le suivant :

En studio

En studio, on peut généralement se payer le luxe d'utiliser des câbles assez courts (mais toujours de bonne qualité hein, pas de blague !), donc un buffer est à priori moins utile.

Mais si tu insistes pour jouer au guitar hero et enregistrer avec 5 amplis en même temps, tu auras donc 5 étages d'entrée en parallèle au bout de ton câble. Et donc 5 impédances d'entrée. Et donc 5 résistances de 1M en parallèle. In fine, l'impédance “vue” par la guitare ne sera que de 200k, ce qui est bien insuffisant, et le buffer fera alors son grand retour !

Mais le problème le plus intéressant à étudier reste celui qui se pose quand on veut enregistrer la guitare brute, sans effets ni amplis, par exemple dans une optique de réamping.

On doit évidemment symétriser le signal (si tu ne vois pas à quoi ça correspond, ce n'est pas bien grave pour le moment, j'y reviendrai sans doute dans un prochain article) avant d'attaquer les préamps/convertisseurs. Mais surtout, un préamp de studio ayant une impédance d'entrée de 1,5k à 2,2k, on ne doit surtout pas y brancher directement la guitare, qui ne sonnerait pas du tout dans ces conditions.

On doit donc utiliser une boite de direct, ou DI, dont le rôle est à la fois la symétrisation du signal et l'adaptation d'impédance. Les DI sont réparties (en gros) en 2 catégories :

• les modèles passifs, utilisant uniquement un transformateur audio
• les DI actives, renfermant un circuit électronique remplissant au moins l'une des 2 fonctions principales, quand ce n'est pas les 2

Les DI passives utilisent généralement un transfo avec un rapport autour de 10:1, ce qui veut dire que :

• le signal sera divisé par 10, donc atténué de 20dB ; les préamps de studio étant prévus pour de faibles niveaux d'entrée, ce n'est pas un souci, et ça peut même éviter de faire saturer le préamp inutilement
• l'impédance du signal est divisé par 100, ce qui équivaut à dire que l'impédance d'entrée, vue depuis la guitare, est 100x plus importante que l'impédance réelle du préampli

Note : Un de ces 4, je te parlerai des étages de puissance à lampes. J'aurai alors tout le loisir de t'expliquer pourquoi le rapport de transformation d'impédance d'un transfo est égal au carré du rapport de transformation en tension, mais pour l'heure, cet article est déjà bien assez long.

Avec une impédance vue par la guitare comprise entre 150k et 220k, on comprend bien qu'une DI passive n'est absolument pas adaptée à une guitare/basse équipée de micros passifs. Sauf, bien sur, si on utilise un buffer en amont ;)

A contrario, les DI actives renferment un circuit électronique chargé de présenter une impédance élevée à la guitare : en clair, le buffer est intégré à la DI. Plus besoin de se prendre la tête donc, il suffit de brancher et de jouer.

Il faut toutefois se méfier : l'impédance d'entrée des DI actives n'est pas forcément adaptée à la guitare ! J'ai eu l'occasion d'en démonter une et de constater que son impédance d'entrée pouvait, dans certains cas, être de l'ordre de 220k...

Dans tous les cas, si tu n'es pas sur de la présence d'un buffer dans l'équipement que tu dois utiliser, ou de sa qualité, il vaut mieux en avoir un sur soi, prêt à dégainer en cas de besoin !

Il n'y a pas de remède miracle !

Il y a des cas où le buffer serait plus un problème qu'une solution : parfois, le fait qu'un équipement sonne magnifiquement bien est un accident. Une aberration technique, en quelque sorte. Tout ça parce que son concepteur ne connaissait pas assez bien les micros guitare pour tenir compte de leur impédance variable (ou qu'il s'en foutait).

L'exemple que le plus frappant est le Rangemaster, un “treble booster” utilisant un transistor au germanium. Cet effet ajoute une énorme présence dans les mediums, mais paradoxalement il adoucit très nettement les aigus. En voici le schéma :

Schéma par Fuzz Central – Tous droits réservés

Sans s'occuper du transistor, on peut déjà voir que l'impédance d'entrée est donnée par 2 résistances : 470k et 68k. Comme indiqué en début d'article, celles-ci, du point de vue du signal, sont mises en parallèle via le condensateur de 47µF, qui se comporte comme un fil dans la bande de fréquences audio. L'impédance d'entrée de cette pédale est donc de 59k au maximum ! (je laisse volontairement de côté l'impédance d'entrée du transistor pour ne pas compliquer le raisonnement, mais elle n'arrange pas les choses, notamment à cause de la capacité parasite de ce type de transistor)

Le signal traverse également un condensateur de 5nF, dont l'impédance s'ajoute donc à l'impédance de sortie de la guitare quand le signal arrive jusqu'à la partie active du montage. A ce stade, l'impédance du signal a donc la forme suivante (courbe rouge) :

On voit donc que l'impédance du signal est très élevée dans les basses fréquences, puis diminue jusqu'à un premier minimum de 70k autour de 1kHz. Elle augmente ensuite jusqu'à 100k à la fréquence de 4kHz environ, avant de baisser encore.

Si on part du principe que l'impédance d'entrée du circuit actif est de 60k, il se passe donc les choses suivantes :

• dans les basses, l'impédance du signal est très importante, celui-ci est donc fortement atténué à ces fréquences ; c'est le principe de fonctionnement normal du Rangemaster : on coupe les basses, puis on amplifie le tout pour donner l'impression de simplement booster les hautes fréquences
• jusqu'à 1kHz, l'impédance du signal diminue, l'atténuation diminue donc dans les mêmes proportions : on laisse passer le signal de plus en plus
• entre 1 et 4kHz, l'impédance remonte, on recommence donc à atténuer le signal
• enfin, au-dessus de 4kHz, l'impédance du signal diminue à nouveau, on laisse passer les extrêmes aigus ; ceci dit, un micro guitare ne génère plus grand chose dans ces fréquences

La courbe de réponse du signal arrivant au transistor serait donc la suivante :

On voit donc une belle bosse à 1kHz suivie d'un creux à 4kHz, conformément à l'allure de la courbe d'impédance, et c'est là le secret du son si fabuleux du Rangemaster !

Si maintenant tu mets un buffer en amont, l'impédance de sortie de la guitare, en quelque sorte “masquée” par le buffer, ne va plus du tout interagir avec l'impédance d'entrée de l'effet : la courbe sera celle d'un passe-haut tout à fait classique, sans creux ni bosses. Le son semblera donc acide, agressif et sans corps, bref, tout le contraire de l'effet recherché !

Dans ce cas, le buffer doit être placé après le Rangemaster (ou tout autre effet similaire, le germanium en général s'utilise sans buffer), et on ne peut pas non plus utiliser de micros actifs ou de système HF.

Pfiouuu...

On arrive enfin au bout de ce (très) long article, en espérant avoir réussi à démystifier les histoire d'impédance. Il y a évidemment des simplifications dans le lot, mais dans l'ensemble j'espère avoir trouvé un bon compromis entre accessibilité et exactitude.

Comme d'hab, n'hésite pas à m'indiquer si j'ai dit des conneries, si j'ai oublié des choses importantes, si c'était trop long/chiant, etc...