audiotronique: Des circuits audio agréables à l’écoute, à réaliser soi-même

On peut sans doute supposer que la plupart des électroniciens professionnels et amateurs sérieux, aujourd’hui d’âge mûr ont fait leurs premiers pas en construisant de simples amplificateurs et récepteurs radio (ou des copies), assimilant peu à peu la théorie par essais et erreurs. Ils connaissent aussi ce sentiment de satisfaction et de fierté lorsque ce tout premier projet fonctionne plus ou moins comme prévu — pour nous, c’était le « jam jar receiver » publié vers 1960 dans Radio Blan [1,2]. Avec cette série d’articles, nous voulons redonner au débutant en électronique ce sentiment de satisfaction, davantage, selon nous, qu’avec des modules prêts à l’emploi venus d’Extrême-Orient.

Théorie 1

Les bases de la qualité sonore

Les signaux audio sont influencés par le support de stockage (disque, cassette, CD), mais surtout par tout traitement. Lorsqu’un signal audio traverse un circuit électronique, la sortie contient non seulement le signal utile (modifié), mais aussi divers effets secondaires indésirables. Il s’agit le plus souvent de bruit, de ronflette, de crépitements ou de distorsion lesquels, dans le pire des cas, sont audibles et très gênants.

Dans tous les circuits destinés à la hi-fi, ces influences négatives potentielles sur la qualité sonore doivent être réduites au maximum par une conception adaptée. Le principe est simple : toute influence audible sur le son est déjà excessive. Ce principe vaut aussi pour les circuits décrits dans cette série. Il faut toutefois noter que, dans des circuits à très fort gain – par exemple les préamplificateurs de microphone – un certain bruit est inévitable.

Afin de lutter le plus efficacement possible contre le bruit, la ronflette ou la distorsion, examinons d’abord de plus près l’origine, la signification et l’effet de ces phénomènes.

Bruit

Le bruit comme tension parasite

Dans la documentation technique, le bruit est toujours exprimé par le rapport signal/bruit. Celui-ci ne concerne pas uniquement le bruit au sens strict, mais tout ce qui apparaît en sortie comme perturbation, indépendamment du signal d’entrée – même en l’absence de signal d’entrée. Ainsi, la ronflette est également prise en compte dans le rapport signal/bruit, bien qu’elle joue en général un rôle secondaire par rapport au « vrai » bruit.

Le rapport signal/bruit indique de combien les tensions parasites en sortie sont plus faibles que le signal utile — autrement dit, de combien le bruit est plus faible que la musique. Ce facteur est de l’ordre de quelques milliers, mais il est rarement exprimé ainsi et s’exprime généralement en décibels, une pseudo-unité.

Qu’est-ce que le bruit ?

D’un point de vue mathématique, le bruit est un mélange de toutes les fréquences possibles. Le signal de bruit évolue de manière purement aléatoire, sans motif ni répétition reconnaissable. Mais tous les bruits ne se ressemblent pas.

La couleur du bruit

On distingue principalement le bruit blanc et le bruit rose. Dans le bruit blanc, la part de bruit est identique dans chaque bande de fréquence de même largeur. Si l’on filtrait, par exemple, la plage de 10 Hz à 20 Hz du spectre de bruit, le signal obtenu aurait la même amplitude que dans une plage de 110 Hz à 120 Hz ou de 19 990 Hz à 20 000 Hz.

Avec le bruit rose, le spectre est divisé de façon comparable, mais selon une échelle fréquentielle logarithmique plutôt que linéaire – conforme à la sensibilité de l’oreille humaine. On trouve alors, entre 10 Hz et 20 Hz, la même part de bruit qu’entre 100 Hz et 200 Hz ou entre 10 000 Hz et 20 000 Hz. Le bruit rose paraît donc beaucoup plus « mat » et plus étendu que le bruit blanc.

Le bruit généré par les circuits électroniques est généralement du bruit blanc. Il est perceptible surtout dans les hautes fréquences, car la part de bruit entre 10 kHz et 20 kHz est aussi importante que dans tout le reste de la bande audible.

Comment le bruit apparaît-il ?

Lorsqu’un conducteur est traversé par un courant, le déplacement des électrons n’est jamais parfaitement régulier. Selon le matériau, de très faibles irrégularités apparemment aléatoires apparaissent, particulièrement perceptibles dans les semi-conducteurs (mais aussi dans les résistances).

Pour qu’un circuit génère le moins de bruit possible, on utilise des semi-conducteurs à faible bruit et des résistances à couche métallique. De plus, le circuit entourant les semi-conducteurs ne doit pas présenter une impédance trop élevée (nous y reviendrons dans un prochain épisode).

Une autre source de bruit gênant se trouve dans le stockage des signaux audio sur des supports sonores – par exemple les cassettes autrefois répandues ou les bandes magnétiques. De minuscules particules magnétiques peuvent s’y décaler lors de la magnétisation, et la couche magnétisable n’est jamais parfaitement homogène, même sur les meilleures bandes.

Avec les supports numériques (CD, DVD, disques durs, etc.), le signal audio initialement analogique prend une forme légèrement « quantifiée » due à la numérisation, à l’origine du bruit de quantification. Avec des fichiers WAV en résolution 8 bits, ce bruit est nettement audible. En revanche, la résolution courante de 16 bits le rend négligeable, car les « incréments » du signal sont alors 256 fois plus petits. Lorsqu’une carte son de PC est bruyante, la cause est le plus souvent ailleurs, par exemple un niveau incorrect à l’entrée microphone.

Pratique 1

Alimentation

Avant d’aborder les différents projets DIY dans les prochains épisodes, il faut bien sûr disposer d’une alimentation adaptée. Les circuits reposant surtout sur des amplificateurs opérationnels, une alimentation symétrique est nécessaire. Une alimentation secteur universelle à tension stabilisée de ±15 V convient, capable de fournir de 30 à 300 mA selon le transformateur utilisé.

Exigences de qualité

Pour des circuits devant traiter des signaux audio en qualité hi-fi, une exigence essentielle s’impose d’emblée à l’alimentation : fournir une tension de sortie aussi exempte de ronflette que possible. Les circuits intégrés régulateurs utilisés ici, de type 7815 et 7915 (ou leurs versions M ou L, comme le 78M15), sont excellents à cet égard. L’ondulation résiduelle de la tension de sortie ne dépasse que quelques millivolts. Sur un signal musical, ce serait inacceptable, mais ici il s’agit d’une perturbation superposée à la tension d’alimentation, qui ne se retrouve pas directement en sortie.

Sachant qu’un amplificateur opérationnel rejette très efficacement les perturbations d’alimentation (le SVRR, ou rapport de réjection de la tension d’alimentation, est d’environ 70 dB), on comprend qu’il ne subsiste que très peu de cette ondulation. Les régulateurs des familles 78 et 79 présentent aussi d’autres avantages. Ils intègrent une limitation de courant et une protection thermique, ce qui les rend pratiquement protégés contre les courts-circuits.

Alimentation universelle ±15 V

L’alimentation décrite ici fournit une tension stabilisée de ±15 V et convient donc à tous les circuits de cette série (à l’exception de quelques amplificateurs de puissance, qui exigent naturellement plus de puissance). Avec un transformateur de 4,5 W, elle peut délivrer jusqu’à 140 mA. C’est largement suffisant pour des circuits relativement complexes comportant plusieurs amplificateurs opérationnels quadruples et des LED. Lorsqu’elle n’alimente qu’un seul petit circuit, un transformateur plus léger peut être utilisé. Dans tous les cas, le PCB permet le montage de transformateurs de différentes tailles.

Schéma

Le transformateur de la figure 1 est alimenté par le secteur via le fusible F1. Il fournit une tension secondaire d’environ 2 × 15 V (légèrement plus à faible charge). Le redresseur, formé par D1 à D4, associé aux condensateurs de filtrage C5 et C6, génère une tension continue d’environ 2 × 20,5 V. Par rapport à la masse, C5 est à +20,5 V et C6 à −20,5 V. Les condensateurs C1 à C4 contribuent à éliminer les perturbations haute fréquence.

Si vous vous demandez comment une tension supérieure à 20 V peut être obtenue à partir de 15 V, la réponse se trouve à la figure 2.

IC1 stabilise la tension positive aux bornes de C6 à +15 V. C7 et C9 réduisent l’ondulation résiduelle. De même, IC2 stabilise la tension négative à −15 V, C8 et C10 assurant une atténuation supplémentaire. R1 limite le courant traversant une LED indicatrice (optionnelle).

La figure 3 montre l’implantation des composants sur le circuit imprimé (PCB) prévu pour ce circuit. Le typon peut être téléchargé depuis la page du projet sur Elektor Labs.

Consommation de puissance

Le PCB de cette alimentation accepte presque tous les transformateurs de PCB courants de 1 à 10 W. Pour des circuits simples comportant jusqu’à cinq amplificateurs opérationnels, un transformateur de 1 W suffit ; pour des circuits plus élaborés, une version de 3 W est requise. Les circuits à LED peuvent, dans certains cas, consommer davantage – par prudence, prévoyez environ 0,4 W par LED.

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Note de l'éditeur : cet article (250845-01) est paru dans le numéro de mars/avril 2026 du magazine Elektor. La série d’articles « Audiotronique » est basée sur le livre Audio-Elektronica de Robert Sontheimer, publié en traduction néerlandaise par Elektor en 2006.