La conception générale
Ce circuit est construit sur la base d'un module générique à liaison continue équipé du tube 6SN7 et permet la construction de buffers ou suiveurs ainsi que de filtres actifs adaptés par exemple à la multiamplification, dans une structure à liaison entièrement continue et sans interposition d'aucun élément actif de régulation ou de polarisation dans le circuit du signal. Chaque application particulière se résume en un assemblage d'autant de modules que souhaité. La performance du montage est de haut niveau en même temps que sa réalisation en est très simple. C'est la qualité de la conception et la spécificité des choix qui sont capitalisés ici pour produire un montage performant et accessible.
Les performances
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impédance d'entrée : 1 MOhm max (ajustable)
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Impédance de sortie : 800 Ohm
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Gain : 0,92 (-0,7 dB)
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Bande passante (charge 10KOhm) : 7 Hz - 550 kHz
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offset en sortie inférieur à +/-1mV
Le schéma général
Le montage s'insère au sein d'une alimentation bipolaire entre laquelle sont prises les deux triodes d'un même tube dans un arrangement série naturellement équilibré et à réjection maximale du bruit de l'alimentation. Un circuit de type DC SERVO d'une conception particulière assure le maintien d'un quasiment offset nul en sortie. Il agit à travers un photocoupleur de sorte qu'il n'existe aucune connexion entre ce circuit et le signal, hormis l'entrée à haute impédance du DC SERVO en sortie du buffer.
Le circuit de base n'a donc apparemment rien d'original si ce n'est que la référence pour les signaux audio n'est pas classiquement l'alimentation du pied du montage mais son point milieu. C'est cette disposition astucieuse qui permet le rejet du bruit d'alimentation.
On ne trouve sur le trajet du signal que des tubes et des résistances. On remarquera que le bouclage du courant par l'alimentation qu'on peut toujours objecter à la revendication d'une vraie liaison directe s'opère toujours à travers une triode, ce qui constitue un écran efficace contre l'influence de l'alimentation. C'est là la différence fondamentale du circuit par rapport à des productions existantes qui revendiquent une liaison directe en interposant des alimentations flottantes dans le trajet du signal, en connexion directe avec le signal BF.
Le montage étant équipé de tubes, il met naturellement quelque temps (moins de une minute) à se stabiliser. Il ne dispose pas de dispositif de temporisation-protection en propre, bien qu'un tel module soit parfaitement adaptable. Les appareils connectés à l'aval doivent donc absolument être équipés de circuits de temporisation et de protection contre les tensions continues, ce qui est le cas de la presque totalité des amplificateurs modernes. Le buffer doit être stabilisé avant mise en service du ou des amplificateur(s) de puissance et il doit être mis hors tension après. C'est du reste la pratique recommandée pour toute chaine audio quels qu'en soient les éléments de mettre en service les maillons en partant de la source vers les haut-parleurs et de procéder à l'inverse pour l'arrêt.
Le choix du tube mis en oeuvre est le résultat d'une sélection optimale en lien avec la conception du circuit et d'écoutes de long terme (annulation du biais de l'effet WAOUH) sur des programmes musicaux variés. Les alternatives sont nombreuses et peuvent être aisément mises en oeuvre : 12AU7, 12BH7, 6FQ7/6CG7, 6922, ECC88, , ECC99, 6DJ8, E88CC, 5687 et pentodes en montage triode.
En particulier, on pourrait critiquer le choix final d'un tube à transconductance moyenne, de laquelle résulte une impédance de sortie de l'ordre de 800 Ohm quand certains buffers affichent des valeurs de l'ordre de la dizaine d'Ohm. D'une part, je ne pense pas que les valeurs très faibles d'impédance de sortie soient à rechercher pour un buffer audio, un certain amortissement étant à mon avis préférable : stabilité, appels de courant sur transitoires, influence sur et de l'alimentation etc. De fait, il est extrêmement fréquent notamment pour les raisons évoquées plus haut de trouver sur les productions du commerce une résistance en série avec la sortie à basse impédance des buffers. D'autre part les tubes qui pourraient y atteindre imposent pour la même linéarité que la 6SN7 un courant de repos important compliquant l'alimentation et notamment rendant inévitable l'emploi d'un régulateur, disposition rejetée pour des raisons de simplicité et de supériorité musicale des alimentations non régulées. Le courant de repos retenu dans ce montage est de 6mA par tube.
L'alimentation haute tension est donc classique hormis le fait qu'elle est bipolaire, avec cellule CRC ou, pour une meilleure performance, CLC. En effet, on profite alors de l'alimentation bipolaire qui permet l'emploi d'une self double sans magnétisation permanente qui en limiterait les performances par réduction de l'inductance. Les capacités de filtrage sont largement dimensionnées mais peuvent être doublées dans le cadre d'un projet mettant en oeuvre plus de quatre modules.
Les filaments sont portés au potentiel médian de la haute tension négative de manière à respecter la limite de tension filament - cathode des tubes.
Le DC SERVO
Ce DC-SERVO construit autour d'un amplificateur opérationnel (AOP) agit sur le circuit audio via un photocoupleur.
Il n'a pas été recouru à des AOP à faible offset bien que ceux-ci soient devenus courants ni à la possibilité offerte par certaines références de corriger ce dernier, un élément du cahier des charges de tous mes montages, qui doivent pouvoir être réalisés, exploités et maintenus par tout amateur, étant de ne nécessiter aucun réglage ni composant spécifique - mis à part ici le photocoupleur. L'AOP le plus adapté pourra donc être choisi par tri, vu le faible coût des AOP génériques. A titre d'exemple, le prototype à quatre canaux de la photo de la page d'accueil, qui est basé sur un TL074, a permis d'aboutir à un offset inférieur à +/- 1 mV sur chaque canal moyennant un tri parmi seulement cinq AOP, ce qui pouvait sembler une gageure puisque les quatre sections d'un TL074 qui se partagent les quatre canaux sont évidemment indissociables et donc non optimisables séparément.
Le DC-SERVO communique donc avec la section à tubes au travers d'un photocoupleur. C'est le point spécifique le plus important du montage, et qui en conditionne la musicalité.
La réalisation - quelques commentaires
A titre d'exemple de réalisation, le prototype en photo sur la page d'accueil est la partie frontale d'un filtre du second ordre à structure Sallen & Key et alignement de type Butterorth. Voir le schéma en bas de cette page.
Chaque module unitaire de l'ensemble qui en comprend huit en tout est composé de deux petites platines superposées d'environ 5cm x 7cm : celle du dessus porte le tube et celle du dessous, le DC-SERVO ou éventuellement les composants du filtre pris en exemple. En effet, comme l'illustre le schéma du filtre (section passe bas uniquement, pour le passe haut, substituer les résistances et condensateurs non marqués), l'enchaînement des modules ne nécessite le pilotage de l'offset que du dernier tube : par exedmple, dans le cas du filtre, les étages du circuit passe-haut sont liés par condensateurs et l'offset du circuit passe-bas complet est piloté intégralement par le tube final. Mais ceci est également valable pour toute autre application, seul le dernier module devant impérativement être équipé du DC-SERVO, ce qui laisse un large éventail de possibilités pour l'équipement des modules amont à partir d'une platine inférieure dédiée.
Les cartes sont conçues pour offrir sur une même base une grande souplesse de réalisation :
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modules intégrés dans un appareil, par exemple un préamplicateur avec sélection de sources, étage(s) amplificateur(s), commande de volume etc.,
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modules autonomes équipés d'entrées - sorties RCA, comportant ou non une commande de niveau individuelle,
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modules filtres compatibles avec les deux configurations précédentes.
A ceux que cela intéresse, je propose les circuits unitaires câblés et testés ainsi que le module alimentation hors transformateurs.
Les cartes supérieures peuvent accueillir les tubes à brochage octal 6SN7 et 6SL7, et noval 12AU7 et 12AT7, qui sont les types que j'ai retenus. Elles sont aisément modifiables pour d'autres types de tubes mais cela nécessite l'adaptation des composants périphériques et de ceux du DC-SERVO.
Le montage requiert trois transformateurs sauf à faire bobiner un modèle spécifique : haute tension, filaments et DC- SERVO. La haute tension peut tout à fait être générée par un transformateur d'isolement 230V / 2x115V de puissance adaptée au nombre de modules alimentés (à raison d'une consommation de 6mA par tube) ce qui en facilite l'approvisionnement.
L'alimentation proposée permet la mise en oeuvre de quatre modules équipés de 6SN7 au maximum. Elle est à adapter éventuellement en fonction du nombre réel d'unités en service, au niveau de la puissance des transformateurs (consommation filament de 600mA par tube notamment) et des cellules de filtrage. Ce module permet en outre l'alimentation de tubes en 6,3V et 12,6V au choix.
En ce qui concerne l'alimentation filament, la consommation notable des 6SN7 devient difficilement compatible avec une alimentation en 6,3V redressée et filtrée telle que présentée sur le schéma au-delà de quatre tubes à chauffer, en raison de l'ondulation importante et la réduction de la tension continue qui en résultent. Dans ce cas, une alimentation stabilisée ou régulée est indiquée. A noter que la dissipation de puissance dans ce module sera importante. A noter également qu'il existe le type 12SN7 moins courant, mais qui moyennant une tension d'alimentation de 12,6V réduit le courant de chauffage par deux. Des types alternatifs à la 6SN7 moins gourmands en chauffage peuvent également résoudre ce problème et permettre l'emploi de l'alimentation proposée (voir plus bas).
Le choix du tube
Comme dit plus haut, un certain nombre de références peuvent être mises en oeuvre. Outre la facilité d'approvisionnement et le prix modéré, d'autres considérations ont conduit à retenir la 6SN7. Sur le papier, ce tube n'est pas le meilleur : une ECC88 ferait mieux dans un volume réduit au plan du gain, plus proche de l'unité, et de l'impédance de sortie plus faible. Il n'a pas été retenu car plus bruyant (sauf si un tri est opéré ce qui le fait sortir du cahier des charges en raison du coût qui en résulte) et doit fonctionner à courant plus élevé pour présenter une linéarité comparable. De plus, ce type de tube à grille-cadre est de conception récente et de ce fait, même les ECC88 - 6DJ8 - ECC99 - E88CC - 6922 NOS ne sont pas d'une qualité approchant les 6SN7 NOS. Enfin, plus subjectif, la 6SN7 me semble plus musicale. L'alternative la mieux adaptée dans ce contexte reste la 12AU7/ECC82. Vienent ensuite les types 12AT7/ECC81 et 6SL7. A l'avantage de ces derniers, une consommation filament de moitié de celle de la 6SN7 avec des conséquences bénéfiques sur l'alimentation de chauffage.
Le choix du tube est bien la résultante de compromis équilibré couvrant l'ensemble du montage y compris son alimenttaion, tant il est vrai que les conceptions dites "sans compromis" - ce qui est évidemment parfaitement faux dans l'absolu - sont stériles : la tension d'alimentation et le courant de repos qui conditionne l'ondulation de l'alimentation volontairement conçue sans régulation, les caractéristiques du tube qui doivent être compatibles avec celles du photocoupleur et de leur dispersion colossale, enfin un DC servo simple, une stabilité de fonctionnement si possible ans réglage, l'adaptation à la réalisation d'un suiveur, etc.
En ce qui concene l'impédance de sortie, je suis d'avis que lorsqu'elle reste modérée, une impédance d'un certain niveau est préférable : on oublie ou on cache pudiquement que l'impédance d'un circuit électronique est tout sauf constante, que c'est un paramètre qui échappe largement à l'analyse, qui ne varie pas seulement en fonction de la fréquence, et qui a un comportement dynamique complexe. Force est de constater que les faibles impédances de sortie varient proportionnellement davantage que les impédances moyennes et souvent, comme déjà dit, l'ajout d'une résistance en série sur la sortie d'un préamplificateur est salutaire vis-à-vis du rendu musical.