Amplificateur / Préamplificateur

Un ampli de puissance fonctionne avec un gain fixe et donc à son maximum de puissance. Pour éviter sa saturation et pour ajuster le volume, il est précédé par un ou plusieurs préamplificateurs.  L’atténuation du volume, la balance entre les canaux et la correction de tonalité (+/- de basse ou d’aigu) se font sur le préampli. 

Il existe des amplis dotés de l’étage de préamplification, ce sont les amplificateurs intégrés et sont les plus répandus. Un préampli séparé doit être relié à des amplificateurs de puissance dans un appareil distinct ou des blocs mono. 

Le préampli phono, nécessaire aux platines vinyle, a la particularité de traiter des signaux électriques d’entrée plus faibles, de l’ordre du millivolt (mV).  

Il fixe une forte impédance, généralement de 47 kΩ, à son entrée du signal électrique modulé issu de la cellule de lecture qui nécessite cette capacité de charge pour son bon fonctionnement.  Enfin, il applique la courbe de correction RIAA (Recording Industry Association of America). En effet, tous les enregistrements sur vinyle ont la même déformation de la courbe de réponse en fréquence. C’est-à-dire que l’amplitude de certaines fréquences est amplifiée ou atténuée. Il convient d’appliquer une courbe inverse pour une reproduction correcte de l’enregistrement. 

Malgré la grande variété des circuits d’amplification, le principe général est toujours le même. 

Une alimentation reçoit des tensions électriques symétriques (+ ou – xV) qu’elle transforme en courants continus. Ces courants sont modulés par le ou les préamplis à l’image la plus fidèle possible du signal de l’entrée audio analogique. Autrement dit, en évitant au mieux la distorsion et le bruit. 

Le signal préamplifié est injecté à l’amplificateur de puissance avant d’être transmis avec du gain aux haut-parleurs. L’ampli de puissance permet d’augmenter la tension (le voltage) et de diminuer fortement l’impédance à sa sortie (de 1 à une dizaine d’ohms nécessaires aux enceintes) du signal audio analogique lui conférant le gain. 

En hifi, il est essentiellement utilisé 4 classes d’amplification : A, B, A/B et D. Les modules d’amplification sont réalisés avec des transistors, des tubes, des circuits intégrés ou une combinaison de ceux-ci. 

• Classe A : 100% du signal audio à l’entrée est traité en continu (100% du temps), cela limite au mieux l’introduction de distorsion dans le signal audio analogique de sortie. 

Le revers de la médaille est son piètre rendement énergétique qui est, au maximum et théoriquement, de 50%. Dans les faits, le rendement est de 5 à 25%, c’est-à-dire que pour 4 W de puissance électrique injectée, 1 W sert au gain du signal et 3 W se dissipent sous forme de chaleur (d’où la présence de gros dissipateurs thermiques sur les amplis en pure classe A). Cette classe A est souvent celle utilisée pour les préamplis qui traitent des signaux de faibles tensions (quelques millivolts) très sensibles aux perturbations parasites et donc au bruit de fond. 

Les faibles puissances des amplis suffisent pour piloter de nombreuses enceintes et la classe A reste la meilleure en qualité de reproduction de la musique. 

• Classe B : 50% du signal d’entrée est traité, soit la phase positive (+ xV), soit la phase négative (- xV) du signal analogique. 

Il faut donc au minimum deux transistors pour reconstruire le signal de sortie. Le rendement énergétique est meilleur qu’en classe A, mais la discontinuité de traitement du signal introduit une distorsion plus conséquente liée aux décalages lors de la recombinaison des phases positives et négatives. 

• Classe A/B : C’est une hybridation des deux classes. 

L’amplification en classe A fourni l’onde complète à faible niveau. Puis, l’amplification en classe B amplifie fortement l’une des alternances positive ou négative. Il est alors plus facile de « recoller » les 2 ondes grâce aux repères offerts dans le signal par l’amplification en classe A. La distorsion est amoindrie en conservant l’avantage d’un meilleur rendement énergétique. Cette classe A/B est la plus fréquemment utilisée dans les amplis hifis. 

• Classe D : ici, les transistors ne modulent pas le courant de sortie. Ils fonctionnent de manière binaire, soit 0V, soit à leur maximum. 

Nous avons donc un signal de sortie des transistors de forme rectangulaire (tout ou rien) de fréquence bien plus élevée que le signal d’entrée. Le rapport cyclique entre les deux est proportionnel au signal à amplifier. La puissance moyenne représente alors le signal audio de sortie. 

Afin de ne pas entendre les commutations des transistors entre leurs états 0 et maximums, la fréquence « marche/arrêt » doit être supérieure à 20 000 fois par seconde et autrement dit, supérieure à 20 000 Hz. Il est donc nécessaire de mettre un filtre passe-bas pour supprimer le bruit. 

La distorsion est plus importante que les autres classes, mais le rendement énergétique est bien meilleur. Les puissances en watts peuvent donc être très élevées pour une consommation raisonnable. Cependant, la qualité audio d’un ampli ne se mesure pas en watt. 

Revenons sur les alimentations qui ont un rôle crucial sur la qualité sonore et particulièrement la capacité dynamique des amplis comme pour tous les appareils hifis. Ici encore, plus l’alimentation est grosse et plus la restitution musicale est fidèle. 

Les alimentations des amplis permettent de transformer le courant du secteur de tension alternative, qui en France est de 220 V à 50 Hz, en tension continue stable (AC/DC). 

Les transformateurs (bobines toriques en cuivre) sont de tailles et de poids proportionnels à la tension continue voulue. Plus la puissance est importante, plus l’alimentation est grosse. 

Les alimentations à découpage permettent de diminuer fortement le poids comme le coût.  En effet, le découpage consiste à augmenter la fréquence de 50 Hz à des fréquences élevées. Plus la fréquence du courant est basse et plus la taille du transformateur est imposante, voire surdimensionnée. Et inversement, plus la fréquence est élevée et plus le transformateur peut être petit. Même si ce type d’alimentation progresse, il génère des bruits nécessitant des traitements d’atténuation afin de limiter la distorsion induite. 

Qualitativement, une alimentation linéaire et stabilisée, même si elle est lourde, encombrante et gourmande, offre des résultats bien meilleurs que les alimentations à découpage.