Entrée phono (correcteur RIAA)


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Schéma

Cet étage est bâti autour d'un ampli op faible bruit (TL072, qui est un ampli double : n'oublions pas que le montage est stéréo, donc qu'il y a deux étages identiques) et quelques composants en contre-réaction.

D'après l'auteur, les composants choisis donnent toute satisfaction ; d'autres combinaisons ont été expérimentées mais ont fourni un son moins bon. Il est donc conseillé d'utiliser les composants indiqués sur le schéma principal.
Le TL072 peut être remplacé par des amplis-op plus récents, plus performants mais aussi plus chers : un des buts principaux lors de la création de cette table de mixage était la simplicité associée à un faible côut.

Les curieux qui tenteraient d'autres combinaisons avec succès peuvent donner leur avis et le résultat de leurs expériences !

 

RIAA : qu'est-ce que c'est ?

Ces correcteurs spécifiques s'appliquent aux lecteurs de disques vinyles. Afin que la gravure de ces disques reste correcte, les ingénieurs de l'époque ont été amenés à atténuer les basses et amplifier les aigus avant de graver les disques pour obtenir un son correct et un meilleur rapport signal sur bruit.

Par contre, quand on lit le disque, il faut faire l'opération inverse : globalement, il faut amplifier fortement le signal issu des cellules magnétiques qui ne délivrent que quelques mV, mais on va amplifier plus fortement les basses et moins les aigus.

Ces opérations d'amplification/atténuation ont été normalisées par le RIAA (Radio Industry Association of America) selon une courbe bien déterminée : elle correspond à la réponse en fréquence de deux réseaux à retard de phase mis en cascade, le tout étant amplifié d'un facteur 10 (20dB).
Les fréquences de cassure sont 50 et 500Hz pour le premier réseau et 2100 et 20000Hz pour le second. Cette configuration garantit un gain de 0dB à 1kHz, fréquence pivot de la courbe.
Le graphique ci-dessous (voir fichier MathPad associé) donne la réponse en fréquence réelle et asymptotique de la correction théorique (gains en dB en ordonnée) :

La correction est effectuée dans notre montage en faisant une contre-réaction sélective à l'aide du réseau R1/C1/R2/C2.

Description du montage

* Architechture

Le schéma général est simple : la structure est celle d'un ampli non inverseur à contre-réaction sélective. Par rapport à l'ampli inverseur simple, on remplace les résistances par des impédances, c'est tout !

* Etage d'entrée

Le signal (Ve) rentre sur le condensateur C3 chargé de bloquer une éventuelle tension continue, et formant avec R4 un filtre passe haut du premier ordre. En s'aidant de l'annexe relative aux tracés de Bode, les plus courageux pourront déterminer la fonction de transfert de ce filtre. Ceux que l'exercice n'amuse pas se contenteront de voir le résultat donné par MathPad :

La fréquence de cassure est très basse (1/2/pi/R4/C3), soit 7.2Hz. Ce filtre sert à éliminer les fréquences extra-basses issues de la platine disque (ronflements, chocs...).

La résistance d'entrée est de 47k (soit R4), qui est l'impédance normalisée requise par les cellules de lecture des phonos.

* Contre réaction

Nous allons l'étudier sur un montage simplifié : on va retirer les composants de l'entrée, et le condensateur C5 dans un premier temps. Le schéma simplifié est le suivant :

Le schéma de gauche montre la similitude avec le montage de base : ampli non inverseur équipé de deux impédances Z1 et Z2 en contre réaction.

Le gain d'un tel étage est égal à 1+Z2/Z1.

L'impédance Z2 est aisément simulée dans MathPad (voir fichier associé) :

On notera que l'axe des y (module des impédances complexes) est logarithmique. On a deux réseau R/C en parallèle : aux basses fréquences, chaque réseau a une impédance égale à la résistance, et aux hautes fréquences, c'est l'impédance du condensateur qui prédomine. En choisissant astucieusement les réseaux, on arrive à la courbe globale (en rouge) qui est la somme des deux impédances des réseaux R1/C1 et R2/C2 en série.

Au final, la courbe de réponse en fréquence aura la forme de la courbe globale d'impédance, soit à très peu de choses près la même chose que la courbe RIAA normalisée précédente.

La seule différence viendra du gain : à 1kHz, on aura un gain de 35dB, de manière à amplifier le signal phono pour qu'il ait une amplitude suffisante pour attaquer l'amplificateur

* Utilité du condensateur C5

Nous avons vu que le gain à 1kHz sera de 35dB ; à 50Hz, il sera donc de 35+20=55dB, soit environ 500. Ce gain sera le même pour les fréquences nulles, soit la composante continue. En pratique, comme on l'a éliminée à l'entrée, elle ne pourra venir que d'une seule source : l'offset de l'ampli. Or, pour un TL072, il est couramment de +/-5mV, et peut atteindre +/-10mV en pire cas. Ca nous ferait une tension continue en sortie comprise entre 2,5 et 5V !

Pour éviter ce problème, on met le condensateur C5 en série avec R3, de telle manière que l'impédance Z1 devienne très grande aux basses fréquences (l'impédance d'un condensateur est théoriquement infinie pour le continu) : pour le continu, le gain sera ainsi égal à 1, et l'offset de l'ampli ne sera pas amplifié.

* Réponse en fréquence de l'étage global

Un calcul avec MathPad (voir fichier de calcul) donne la réponse en fréquence suivante :

On note la coupure aux basses fréquences : elle est due au filtre d'entrée (voir ci-dessus) et aussi à l'effet du condensateur C5 qui diminue le gain de l'étage aux basses fréquences.

On note que la courbe est très proche de la courbe RIAA normalisée, sauf après 10kHz, où on a plus d'atténuation qu'avec la courbe théorique. L'écart reste minime et sera pratiquement peu audible !

* Sortie

La sortie Vs1 se fait sur un potentiomètre de réglage de volume (en fait un potentiomètre double qui règle aussi l'autre étage RIAA, n'oublions pas la stéréo !) via un condensateur sensé bloquer une éventuelle tension continue. Cette sortie principale va au mélangeur. L'autre sortie (Vs2) va sur le sélecteur de voie (sortie casque).

* Aspect technologique

On notera que les condensateurs C4 et C5 sont des chimiques polarisés ; en pratique, ils devront bloquer des tensions continues égales à l'offset de l'ampli, soit +/-10mV maxi. Ces condensateurs verront ainsi des tensions soit positives, soit négatives en fonction de l'ampli monté.

Ce n'est pas grave, car les tensions supportées sont très faibles, donc n'abimeront pas les condensateurs. On pourra remplacer ces condensateurs par des chimiques non polarisés (ce qui est fait dans le matériel professionnel), composants plus rares et plus chers.

Dernier point : si l'ampli-op grille, on peut retrouver des tensions continues importantes sur les condensateurs, la polarité pouvant être positive ou négative. Dans ce cas, le condensateur risque de claquer, et il ne jouera plus son rôle de protection vis à vis des étages situés en aval. Il faut juste le savoir... (mais les amplis-op sont solides !!!)