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Disque vinyle Définition rapide : Un disque vinyle est l’enregistrement du signal analogique de la musique (signal électrique modulé) sous forme d’un signal mécanique gravé.  La gravure forme le microsillon dont la piste est tracée en spirale sur chacune des faces du vinyle.  La platine vinyle va lire l’enregistrement en convertissant le signal mécanique en signal analogique d’origine (signal électrique modulé).  Détails : Présentation du vinyle.  Le disque vinyle à microsillon a été commercialisé par Columbia Records en 1948. C’est un disque en PVC de 30 cm de diamètre supportant jusqu’à 30 minutes d’enregistrement par face. Il est appelé LP pour « Long Play ». Sa vitesse de rotation est fixée à 33 tours 1/3 (33,333333…) par minute.  Quelques années plus tard, le « single » est commercialisé par RCA pour éditer un titre par face sur un disque de 17,5 cm. C’est le disque 45 tours/min pouvant accueillir 5 min 30 d’enregistrement par face.  Il existe d’autres variantes comme le maxi 45 tours (disque de 12 pouces ou 30 cm).  Le disque vinyle a évolué en 1958 quand la gravure du microsillon a apporté le deuxième signal permettant la stéréophonie (2 canaux). Le sillon est un « V » de 90° où chaque flanc du sillon porte le signal du canal gauche (A)  ou de droite (B).  La largeur moyenne d’un sillon (ou pas moyen) est de 50 µm (un micromètre vaut 1 millième de millimètre).  La gravure.  La première étape consiste à graver le disque original qui servira à fabriquer les moules pour thermoformer les disques vinyle par pressage. Le disque original est posé sur un plateau tournant à vitesse angulaire constante de 33 1/3 tours/min.  Le graveur est équipé d’un burin en diamant qui est appliqué sur la surface du disque métallique recouvert d’un vernis. Le graveur se déplace vers le centre du disque le long d’une tige filetée qui correspond exactement au rayon du disque.  Ces 2 mouvements (rotation du disque et translation radiale du burin) vont tracer le sillon en forme de spirale dans le vernis.  Si aucun signal n’est injecté au graveur, le sillon est régulier, c’est-à-dire sans variation latérale du sillon. C’est l’axe du sillon.  La vitesse de la pointe de gravure ou lecture (Vp) du sillon est égale à la vitesse angulaire du disque (Va) multipliée par le rayon du disque (R). Vp = Va x R La vitesse angulaire (Va) est constante à 33,33 tours/min. Alors, la vitesse de la gravure ou lecture diminue à mesure que décroit le rayon du bord du disque vers son centre.  Le graveur est un transducteur électromécanique transformant le signal électrique modulé en mouvements latéraux du burin.  Le signal électrique modulé est un signal sinusoïdal. Lorsqu’il est appliqué au graveur, il va être transformé en mouvements analogues du burin. Le burin trace le sillon selon deux grandeurs :   L’amplitude de son déplacement latéral et sa vitesse de ce même déplacement. La relation est : vitesse = 2π x fréquence x amplitude. À amplitude constante, la vitesse de gravure augmente avec la fréquence. À vitesse constante, l’amplitude de gravure diminue quand la fréquence augmente et l’amplitude augmente quand la fréquence diminue.  Et, dans les 2 cas, l’amplitude et la vitesse sont proportionnelles à l’intensité du signal.  En pratique, la gravure à amplitude constante conduit à des vitesses excessives quand il faut enregistrer de hautes fréquences. Et, la gravure à vitesse constante donnerait une telle amplitude aux basses fréquences que les sillons se chevaucheraient.  Il est donc nécessaire de faire un compromis entre ces 2 méthodes de gravure. Ce compromis doit être normalisé à un niveau international pour que tous les vinyles fonctionnent sur toutes les platines.  D’origine américaine, la norme d’enregistrement du disque microsillon est la courbe RIAA.  Courbe RIAA.  Le principe est de graver à amplitude constante les basses et à vitesse constante les aigus afin de contourner les inconvénients vus plus haut.  La transition entre les deux modes de gravure est fixée à 500 Hz. Afin d’améliorer le rapport signal sur bruit, le signal est accentué avant le graveur au-dessous de 50 Hz et au-dessus de 2 120 Hz.  Finalement, la norme est très proche d’une gravure à amplitude constante. Elle est donc excellente pour limiter le bruit de fond qui noierait les aigus, mais la distorsion est excessive si les aigus ont un fort niveau sonore.  Lors de la lecture, la courbe RIAA inverse doit être appliquée par le préampli phono pour reproduire le signal d’origine. La précision du préampli phono a une forte influence sur la restitution de la musique. 

Disque optique CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc) et BD (Blu-ray Disc)  Définition rapide : Un disque optique est l’enregistrement du signal audio numérique codé en PCM ou DSD sur une piste où se succèdent des plats et des fosses.  La gravure forme une piste tracée en spirale sur une face d’un disque en polycarbonate de 12 cm.  Le lecteur optique (CD, DVD/SACD ou BD) lit le signal numérique à l’aide d’un faisceau laser.  Détails : Présentation des disques optiques.  Le CD est le fruit d’une collaboration entre Sony et Philips. Le CD a été commercialisé en décembre 1982 au Japon et est arrivé en France en mars 1983.  Ses spécifications sont normalisées pour définir l’enregistrement du signal numérique en PCM avec une résolution de 16 bits et une fréquence d’échantillonnage de 44 100 Hz en stéréo, soit 22 050 Hz par canal. Ces spécifications conditionnent la quantité de données numériques qui peuvent être enregistrées sur le disque et correspondent à 75 puis 80 min de musique.  Le CD a évolué en restant compatible avec les lecteurs grâce à l’opportunité d’étendre la résolution du codage PCM. Les maisons de disque ont édité des CD avec une résolution de 20 bits comme les CD K2 et les XRCD (extended Resolution CD).  Puis des résolutions de 24 bits comme les K2HD, XRCD24 entre autres. La résolution augmentée permet d’étendre la plage dynamique en réduisant d’autant les niveaux de bruits. Ces résultats probants sont très recherchés des audiophiles.  Le SACD (Super Audio CD) a également été créé par Philips et Sony et a été commercialisé en 1999. Le format audionumérique utilisé est le DSD dont la résolution est d’un seul bit avec une fréquence d’échantillonnage de 2,8 MHz en stéréo et multicanaux.  Le disque optique utilisé est un DVD et il nécessite un lecteur spécifique. Le DVD audio est apparu en 2009.  Il est encodé en PCM stéréo et multicanaux avec une résolution de 16 bits et une fréquence d’échantillonnage de 48 kHz. La gravure est faite sur 2 couches.  Le Blu-ray audio est encodé en PCM stéréo et multicanaux avec une résolution de 24 bits et une fréquence d’échantillonnage de 96 kHz. La gravure peut être faite sur 4 couches.  Avec la possibilité de télécharger les fichiers Hi-Res, on constate que le seul disque optique à se maintenir sur le marché est le CD.  La gravure : La première étape consiste à graver le disque original qui servira à fabriquer les moules pour thermoformer les disques compacts par pressage. Le disque original en verre recouvert d’une couche photosensible est posé sur un dispositif tournant.  La vitesse angulaire de rotation du disque varie du centre vers le bord de 500 à 200 tours/min afin de maintenir une vitesse linéaire de la piste par le laser de 130 cm/s.  Le signal numérique PCM ou DSD est une succession linéaire de 0 et de 1. L’une des règles du codage est d’avoir au minimum deux 0 et au maximum dix 0 entre deux 1. Il y a donc plus de 0 que de 1.  Pour enregistrer le signal numérique sur le disque, il suffit de faire correspondre les 1 à un changement d’état. Le changement d’état est donné par l’allumage ou l’extinction du laser de gravure. Par exemple, 010010001 se traduit par le laser par : éteint, allumé, allumé, allumé, éteint, éteint, éteint, éteint, allumé.  Plus simplement, le laser de gravure s’allume ou s’éteint (changement de l’état) à chaque fois qu’il y a un 1.  Pour le CD, il y a un bit tous les 0,3 µm ce qui permet de représenter les 0 par interpolation entre les 1.  Le processus de gravure laser trace, en suivant le rayon du disque de son centre vers le bord, une spirale de 20 000 tours formant une piste de 1 500 m et dont l’écartement entre 2 spires est de 1,6 µm pour un CD.  Le développement de la couche photosensible va créer des petites fosses où le laser a impressionné la couche dans l’état allumé.  La piste devient alors une succession de fosses et de plats plus ou moins longs et de largeur constante.  Chaque passage de plat à fosse ou de fosse à plat constitue un 1 du signal numérique.  Le moulage par pressage reproduit aisément le disque original.  Le pressage est réalisé par thermoformage d’un polycarbonate transparent.  Il est ensuite métallisé pour être réfléchissant et est recouvert d’une couche protectrice toujours en polycarbonate.   La face non gravée est enfin sérigraphiée avec l’étiquette de l’album.  Caractéristiques des disques optiques.  CD :  Largeur des fosses = 0,6 µm.  Longueur mini d’une fosse soit les bits 1001 = 0,8 µm.  Pas entre 2 sillons = 1,6 µm.  DVD :  Largeur des fosses = 0,32 µm.  Longueur mini d’une fosse soit les bits 1001 = 0,4 µm.  Pas entre 2 sillons = 1,1 µm.  BD :  Largeur des fosses = 0,13 µm.  Longueur mini d’une fosse soit les bits 1001 = 0,15 µm.  Pas entre 2 sillons = 0,32 µm.  Un lecteur optique (CD, DVD/SACD ou BD) permet la lecture du disque grâce à sa diode laser. 

Diaphonie Définition rapide : La diaphonie est un phénomène indésirable qui apparaît quand des signaux électriques interagissent du fait de leur proximité.  C’est le cas de la stéréophonie, car les appareils et les câbles de liaison traitent et transportent un signal spécifique dans chaque canal.  La diaphonie est mesurée selon différentes méthodes et elle est exprimée en décibel (dB). Plus la valeur mesurée est grande et moins la diaphonie pollue les signaux.  Détails : La diaphonie est liée à l’interaction électromagnétique. Quand un courant traverse un conducteur, il émet un champ magnétique. Et, quand un champ magnétique enveloppe un conducteur, il induit un courant électrique. Ces phénomènes physiques sont utilisés pour exploiter les signaux audio. Mais, les dispositifs utilisés génèrent eux aussi des phénomènes électromagnétiques qui sont qualifiés de bruits et de distorsions. Tout l’art de la hifi consiste à traiter au mieux les signaux audio tout en les préservant du bruit et de la distorsion.  La diaphonie caractérise une fraction d’un signal qui passe dans le canal d’un autre signal. C’est-à-dire qu’une partie de la musique du canal de gauche se retrouve dans le canal de droite ou inversement. En conséquence, l’image sonore se brouille et la situation des instruments d’une scène est moins définie. Ainsi, la diaphonie d’un composant haute-fidélité mesure sa capacité à séparer les 2 canaux.  La diaphonie est proportionnelle à :  La proximité des signaux. Plus ils sont proches et plus ils peuvent interagir.  La longueur des conducteurs. Plus un câble est long, plus le champ magnétique est intense.  L’intensité du courant électrique modulé.  La fréquence du signal.  Pour les électroniques, la séparation des signaux et leur isolation (le blindage), vont conditionner leur faculté à lutter contre la diaphonie. Ainsi, les électroniques, dont l’architecture est qualifiée de dual mono, séparent et isolent le canal de gauche du canal de droite de bout en bout. Ces appareils hifis doublent donc tous ses circuits pour traiter distinctement chaque canal et ils sont les plus performants.  Pour les câbles transportant des signaux électriques analogiques, on distingue :  Le câble de ligne avec connecteurs RCA transporte les 2 canaux l’un à côté de l’autre avec le même rapport à la masse.  On parle de liaison asymétrique. La qualité de l’isolation des conducteurs est le facteur prépondérant pour limiter la diaphonie.  Le câble de ligne acec connecteurs XLR lutte efficacement contre la diaphonie, car c’est une liaison symétrique qui soustrait les perturbations électromagnétiques du signal. Par ailleurs, il y a un câble par canal ayant chacun sa propre relation à la masse.  Les câbles numériques transportent des impulsions électriques qui véhiculent les informations codées en PCM. Le PCM transporte les canaux A et B successivement de façon linéaire (mot A, mot B, mot A, mot B…). Ainsi, les 2 canaux circulent dans un seul câble. Il n’y a donc pas d’interaction entre 2 canaux. Il n’en demeure pas moins un champ magnétique induit pouvant corrompre les données.  D’autre part, les fréquences d’impulsions, proportionnelles aux fréquences d’échantillonnage, sont très élevées par rapport aux signaux analogiques. On distingue :  Le câble S/PDIF en RCA (asymétrique) est peu impacté par la diaphonie de proximité. Mais une bonne isolation reste nécessaire contre la diaphonie provoquée par les perturbations électromagnétiques de l’environnement (WiFi, Bluetooth, téléphone…).  Le câble AES/EBU en XLR (symétrique) est très efficace contre la diaphonie pour les mêmes raisons que sa version analogique.  Le câble réseau Ethernet en RJ45 est un câble avec 8 canaux et une bande passante pouvant atteindre 1 000 MHz. Ces caractéristiques l’exposent fortement à la diaphonie.  Afin de la limiter, les 8 brins sont torsadés pour contenir au mieux les interactions magnétiques. La qualité d’isolation est très importante. La qualité des câbles réseau est classée de manière croissante de la catégorie 1 à 8. Par exemple, pour la catégorie 5 et 6, on a respectivement une diaphonie à 100 MHz de 35 dB et de 44 dB.  Pour le disque vinyle, le microsillon est un « V » ouvert à 90° où chaque canal est gravé sur l’un de ses flancs. Et le diamant lit les 2 canaux simultanément.  Par exemple, lorsque le canal A contient un fort niveau sonore par rapport au canal B, il va déborder et communiquer une partie de son signal dans le canal B. La diaphonie est plus ou moins atténuée en fonction de la qualité de la cellule. 

Décibel Définition rapide : Le décibel est une unité couramment utilisée pour la hifi dans les domaines acoustique et électronique.  Il s’agit du logarithme décimal d’un rapport entre 2 puissances et qui est multiplié par 10 afin de passer du bel au décibel.  Détails : Cette unité a été inventée par les ingénieurs des Laboratoires Bell en 1924.   Le nom de « bel » lui a été donné en hommage au fondateur de l’entreprise de télécommunications Alexander Graham Bell.  Si la puissance est doublée, cela correspond à une augmentation de 3 dB.  En doublant encore le rapport de puissance, soit 4 fois, cela correspond à une augmentation de 6 dB.  En d’autres termes, la puissance double tous les 3 dB.  Décupler la puissance (10 fois) correspond à 10 dB.  100 fois correspondent à 20 dB. 1000 fois correspondent à 30 dB…  Si le rapport de puissance représente une diminution, on a pour la moitié de la puissance -3 dB, pour le quart -6 dB, le dixième -10 dB, le centième -20 dB et le millième -30 dB. 

DAC (Digital to Analog Converter ou convertiseur numérique vers analogique)  Définition rapide : Dispositif électronique permettant de reconstruire le signal analogique à partir du signal audionumérique. Ce dispositif est intégré dans une nombreuse variété d’appareils électroniques (hifi, home cinéma, smartphone…).  Détails : Pour le grand public, les DAC ont été nécessairement couplés avec l’avènement du CD audio en 1983.  Il s’agit d’un organe essentiel ayant une implication fondamentale sur la qualité de restitution de la musique.  La numérisation de la musique a permis d’abaisser les bruits et la distorsion de manière drastique. Néanmoins, elle introduit de nouvelles formes de bruits et de distorsion comme les bruits de quantification et la gigue quand la synchronisation temporelle manque de précision.  À ce jour, les fréquences d’échantillonnage et les résolutions numériques sont largement suffisantes à une reconstruction fidèle du signal analogique.  La qualité audio dépend désormais principalement de la synchronisation du signal d’horloge inclus dans le signal audionumérique et la discrétion (faire le moins de bruit) des composants des circuits électroniques en amont et aval de la conversion.  Les échelles de temps en question perceptibles par nos oreilles sont de l’ordre de la nanoseconde (10-9 s ou un milliardième de seconde), voire de la picoseconde (10-12 s ou un millième de milliardièmes de seconde) pour la résolution de 24 bits.  Les premiers DAC étaient réalisés par un réseau de résistances R-2R.  Cette technologie encore employée nécessite des résistances de très grande précision (0,1% à 0,05%) et elles sont coûteuses.  Les puces de conversion delta-sigma moins onéreuses et aujourd’hui très performantes sont devenues la technologie de conversion prédominante. Une seule puce est nécessaire, mais plusieurs puces peuvent être mises en œuvre (une par canal ou associées pour améliorer les performances et la qualité).  Actuellement, les circuits FPGA (Field Programmable Gate Array ou réseau de portes programmables in situ) sont l’alternative la plus qualitative et la plus prometteuse. Puce Delta sigma Circuit FPGA

Conductivité des métaux Définition rapide : Les métaux utilisés dans les électroniques, les enceintes et les câbles ont des propriétés électriques différentes. Dans une approche simple, mieux un métal conduit l’électricité, meilleur il est. Contrairement à certaines idées reçues, l’or n’est pas le meilleur. La conductivité est l’inverse de la résistance. La conductivité est exprimée en siemens (S) et la résistivité en ohms (Ω)  Détails : Les métaux utilisés dans la hifi sont choisis pour leur forte capacité à conduire l’électricité. Par opposition, plus un métal est résistant, plus il y aura d’effet Joule. Autrement dit,  plus un métal est résistant, plus il chauffe au passage d’un courant électrique et plus il va émettre des bruits thermiques.  Argent (Ag) : conductivité de 61,2.106 S/m & résistivité de 1,6.10-8 Ω/m.  Cuivre (Cu) : conductivité de 58,7.106 S/m & résistivité de 1,7.10-8 Ω/m.  Or (Au) : conductivité de 44,2.106 S/m & résistivité de 2,3.10-8 Ω/m.  Aluminium (Al) : conductivité de 36,9.106 S/m & résistivité de 2,7.10-8 Ω/m.  Rhodium (Rh) : conductivité de 21,1.106 S/m & résistivité de 4,7.10-8 Ω/m  Platine (Pt) : conductivité de 9,3.106 S/m & résistivité de 10,8.10-8 Ω/m.  Il n’y a donc pas de relation entre la préciosité d’un métal et sa conductivité.  Certains métaux ont tendance à s’oxyder avec l’oxygène de l’air (O2). Les électrons libres des atomes disponibles pour conduire l’électricité sont alors capturés par l’oxygène en formant l’oxyde métallique correspondant.  Selon le métal, la conductivité chute quand il est oxydé.  L’argent est le meilleur conducteur et quand il est oxydé, sa conductivité reste très bonne. Avec un prix élevé, il est utilisé pour les équipements haut de gamme, car il donne les meilleurs résultats. Il peut être appliqué en couche mince sur un conducteur comme du cuivre plaqué argent pour dopé la conductivité d’un câble.  Le cuivre est un excellent conducteur avec un prix bien plus abordable. Il est donc, à raison, massivement utilisé. Sa faiblesse réside dans sa facilité à s’oxyder en lui faisant perdre beaucoup de sa conductivité. Plus sa teneur en oxygène est faible et meilleure est sa qualité.  Il est parfois indiqué l’indice de pureté du cuivre sans oxygène (OFC pour Oxygen Free Copper).  L’or est un bon conducteur, mais il est très cher comparativement au cuivre alors qu’il est bien moins performant pour conduire l’électricité. En revanche, il a l’énorme avantage d’être inoxydable. Il est donc utilisé en placage pour éviter au connecteur en cuivre de s’oxyder.  Le rhodium est également utilisé en hifi malgré une conductivité moyenne, il est dur et inoxydable. Et, par ailleurs, il est très neutre sur les courants modulés.  Le métal le plus précieux en hifi est l’argent. 

Chaîne Hi-Fi Définition rapide : Une chaîne Hi-Fi est l’ensemble des constituants nécessaires pour reproduire un enregistrement musical ou un programme diffusé en direct. Ces éléments sont soit intégrés dans un seul appareil ou séparés dans plusieurs composants haute fidélité.  Détails : Un système hifi extrait le signal audio enregistré ou le reçoit, le traite, l’amplifie et le transforme en ondes acoustiques pour être savouré par l’auditeur.  Le premier maillon de la chaîne est appelé  source.  La source dépend du support de l’enregistrement phonographique ou de la diffusion d’un programme radiophonique. On distingue selon les supports :  Les platines vinyle qui permettent d’extraire le signal mécanique du microsillon du disque et de le transformer en signal électrique analogique grâce à sa cellule (transducteur).  Les magnétophones (lecteurs de bandes magnétiques et lecteurs de cassettes audio), qui permettent d’extraire le signal magnétique de la bande et de le transformer en signal électrique analogique.  Les tuners ou radios qui permettent de recevoir le signal transporté par les ondes radiofréquences et de le transformer en signal électrique analogique.  Les lecteurs optiques (CD, SACD, DVD, Blu-Ray) qui permettent d’extraire le signal numérique et de le convertir en signal électrique analogique s’ils disposent d’un DAC. Un lecteur optique sans DAC est qualifié de transport.  Les lecteurs réseau qui réceptionnent le signal numérique par Internet, WiFi ou Bluetooth d’enregistrements numériques stockés sur des supports numériques distants (streaming, serveurs, appareils mobiles…). Ou qui extrait le signal numérique de support de stockage (disques durs, clés USB).  Les sources numériques nécessitent une conversion du signal numérique en signal analogique. L’appareil ou le circuit intégré à la source permet cette conversion. Il s’agit du DAC (Digital to Analog Converter).  Toutes les sources ci-dessus émettent à leurs sorties un signal électrique analogique. Ce dernier est faible et il convient d’amplifier ce signal électrique.  Les fonctions d’amplification font appel à plusieurs appareils ou circuits dans un même appareil :  Le préamplificateur phono est spécifique pour le signal issu d’une platine vinyle qui est très faible et pour lequel une correction du signal par un filtre RIAA est nécessaire pour une reproduction correcte.  Le préamplificateur de lignes qui amplifie le signal et permet de contrôler le volume, la balance, la tonalité et autres.  L’amplificateur de puissance qui va donner le gain suffisant au signal électrique analogique pour alimenter les haut-parleurs.  Le dernier maillon de la chaîne hifi est constitué par les enceintes acoustiques.  Les haut-parleurs sont des transducteurs qui transforment le signal électrique en ondes sonores qui nous permettent d’écouter la musique.

Cellules MM / MC Cellules MM (Moving Magnet ou aimant mobile) & MC (Moving Coil ou bobine mobile)  Définition rapide : La cellule magnétique est un transducteur utilisé sur les platines vinyle pour transformer le signal des vibrations mécaniques de la pointe dans le microsillon en signal électrique grâce au couple aimant-bobine.  Pour la stéréophonie, il y a un couple aimant-bobine pour chaque canal.  Détails : Quand un champ magnétique s’exerce sur un conducteur électrique (fil de cuivre généralement), cela induit un courant électrique. Plus le fil est long et plus le courant est important. Le conducteur est alors enroulé en bobine pour augmenter la longueur du fil tout en minimisant l’encombrement.  Le déplacement relatif entre l’aimant et la bobine est imposé par les mouvements de la pointe dans le microsillon. Le courant induit est donc analogue (semblable) au signal mécanique du vinyle. On obtient ainsi le signal audio qu’il faut amplifier avec un préampli phono.  En hifi, on distingue 2 types de cellules magnétiques :  Cellule MM (Moving Magnet) avec des aimants mobiles représentant très majoritairement la technologie utilisée sur les platines vinyle.  Les aimants, solidaires du porte-pointe, se meuvent entre 2 bobines fixes qui génèrent le signal électrique audio.  Elle atteint des fréquences de 23 kHz.  Cellule MC (Moving Coil) à bobines mobiles qui sont moins répandues, mais plus haut de gamme. Ici, la pointe est fixe et le porte-pointe est solidaire des 2 très petites bobines. Le mouvement vibratoire de l’ensemble pointe – porte-pointe – bobines se meut par rapport aux aimants.  Les faibles niveaux et impédances électriques nécessitent des préamplificateurs spécifiques.  Par ailleurs, quand la pointe est usée, il faut changer la cellule complète.  Malgré tout, c’est l’approche la plus qualitative. Elle atteint des fréquences de 27 kHz.  Les cellules sont définies par 2 caractéristiques essentielles.  Leur sensibilité exprimée en millivolts (mV) pour une vitesse de 1 cm/s.  Leur souplesse exprimée en millimètres par Newton (mm/N).  Les cellules magnétiques ont une souplesse de l’ordre de 30 mm/N qui autorise une faible force d’appui sur le vinyle de l’ordre de 0,01 N équivalant à 1 gramme-force.   Leur sensibilité est donc faible (inférieure au millivolt pour 1 cm/s) et nécessite un préampli phono pour donner du gain au signal qu’elles émettent.  La qualité de fabrication et la précision mécanique des cellules ont une influence prépondérante sur la qualité de restitution de la musique. 

Bruit de fond Définition rapide Pollution du signal électrique audio par des composantes indésirables liée aux appareils eux-mêmes, aux enregistrements et à leurs supports ainsi qu’aux perturbations parasites de l’environnement. La hifi cherche à ce que ce bruit soit cantonné hors de la bande de fréquences audibles, voire là où il est utile.  Détails : Le bruit de fond d’un appareil hifi est matérialisé par le courant modulé aléatoire qu’il émet à sa sortie en l’absence même d’un signal a son entrée.  Si le signal audio se rapproche ou se confond avec le bruit de fond, alors nous perdons des informations et entendons un souffle ou des sons intempestifs.   Par analogie, si vous avez une discussion à voix basse (fréquences de la voix) dans une bibliothèque, vous comprendrez aisément votre interlocuteur sans perdre les informations sonores qu’il vous communique.   Cette même conversation à voix basse dans le brouhaha d’une cantine, où un grand nombre de voix constitue le bruit de fond, ne vous permettra plus de discerner les informations transmises par votre interlocuteur.  Les différents bruits dans le cadre de la reproduction de la musique :  Le support de l’enregistrement.  Disque microsillon (vinyle) : la lecture est réalisée par la pointe dans le microsillon et elle induit des bruits de frottement. Si la pointe passe sur une poussière, il y aura un bruit de craquement.  Et, les vibrations mécaniques conséquentes aux moteurs et aux éléments en mouvement génèrent un bruit de tremblement.  Bande magnétique (K7) : nous retrouvons les bruits d’origine mécanique auxquels s’ajoute le bruit de défilement des particules magnétiques de la bande sur la tête de lecture (le souffle continu).  Le CD a permis de s’affranchir de ces types de bruit, mais en faisant apparaître le bruit de quantification.  Les bruits propres aux appareils électroniques :  Le bruit thermique est la composante majoritaire : dès lors qu’une électronique est sous tension, elle émet de la chaleur qui augmente l’agitation thermique des atomes et molécules de l’air. Ces molécules  et atomes porteurs de charges électriques interagissent avec les composants électroniques en générant le bruit.  Le bruit de grenaille est induit par l’émission de photons comme l’infrarouge lié à l’émission de chaleur.  Le bruit de scintillation est inhérent au composant électrique.   Le bruit de génération-recombinaison est dû à des défauts dans les semi-conducteurs.  Le bruit en créneaux est lié aux instabilités entre deux niveaux.  Les bruits provenant de l’environnement :  Les vibrations mécaniques  Les perturbations électromagnétiques dont les origines sont variées et qui introduisent des sons indésirables ou génèrent de la distorsion.  À commencer par le courant du secteur et sa fréquence de 50 Hz. Puis, toutes les radiofréquences (RF) comme le Wi-Fi, le Bluetooth, le micro-ondes, les moteurs thermiques ou électriques. Mais aussi, les vents solaires, les câbles à haute tension, les champs magnétiques et tant d’autres sources. Un câble électrique constitue, en soi, une antenne captant ces ondes électromagnétiques à l’instar d’une antenne FM que l’on accroche. La qualité d’isolation des câbles de liaison entre les appareils hifis a donc une forte incidence pour préserver le signal audio de ces bruits.  Paradoxalement, le bruit peut être désiré tant qu’il est cantonné aux fréquences élevées et de faible niveau sonore.   Ce bruit blanc continu est introduit pour donner une continuité au signal.  Sans ce bruit, nous penserions que nous n’avons pas la ligne téléphonique par exemple.   Il est également rajouté artificiellement aux CD, c’est le « dither » qui permet de donner une linéarité au signal comme une densité maximale d’informations. Ainsi, la distorsion est remplacée par un léger bruit de fond très peu gênant. 

Amplificateur / Préamplificateur Définition rapide Appareil électronique permettant d’augmenter la puissance du signal électrique modulé audio provenant d’une source afin qu’il soit suffisant pour piloter les haut-parleurs d’enceintes acoustiques ou de casques. Détails : 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,