Cours n° 4: Les amplis de puissance (ainsi que la partie ampli des intégrés)


Ce cours devrait permettre de choisir un ampli adapté à ses besoins et à ses enceintes. Il suggère aussi toutes les précautions nécessaires dans les impédances, les câblages etc. Plus prosaïquement, il devrait  vous permettre de vous faire une vraie idée de la qualité d'un ampli. La règle n° 1 est de ne pas croire ce que disent les vendeurs et les chiffres. La règle n° 2 est de bien retenir les lignes ci-dessous...


Qu'est-ce qu'un amplificateur?

Un amplificateur est un appareil électronique permettant d'augmenter la tension d'une source de niveau ligne de manière à alimenter des haut-parleurs. Pour parler chiffres, il fera passer un signal de 0.750 volts à, disons, 50 volts. Ce n'est en soi qu'un tracteur dont la principale qualité devrait être d'être fidèle. Il faut aussi noter que la plupars des commerces vendent  des amplis avec préamplis incorporé sous le seul nom d'amplificateur. Les préamplis feront l'objet d'un autre cours. Donc un amplificateur peut très bien n'avoir qu'une entrée, des sorties et un bouton on/off.
Un ampli stéréo est, en fait, deux amplis logés sous le même capot.
La puissance d'un ampli se mesure en watts. Pour ma part, et après avoir vu passer des milliers d'amplis dans mes pattes, je ne retiendrai qu'une seule loi: un bon ampli est un ampli lourd. Ce phénomène s'applique encore plus particulièrement aux amplis avec Dolby surround. Tout le reste n'est que littérature.

Comment choisir son amplificateur?

Outre les qualités de puissance, distorsion,  vous devrez surveiller l'impédance des hauts-parleurs. Si les vôtres font 4 ohms, n'achetez pas d'ampli marqué "8 ohms" car il grillerait rapidement. De même, n'y raccordez pas 2 enceintes de 8 ohms par canal car l'effet sera le même. Par contre, vous pourrez raccorder sans problème 2 enceintes de 8 ohms sur un ampli supportant 4 ohms. Si vous avez le choix, préférez donc l'ampli délivrant  sa puissance sous 4 ohms. Ces critères respectés, il vous faudra le soumettre au seul vrai juge: vos oreilles. Essayez toujours avant d'acheter.


Peut-on se fier aux puissances annoncées?

En un mot, NON. Et c'est d'autant plus pitoyable que l'immense majorité des gens se fient au nombre de "watts" pour choisir un ampli. Une grosse majorité de constructeurs exploitent la naïveté des gens pour gonfler à outrance les chiffres par diverses astuces que je vais vous décrire. Vous pourrez ainsi "décoder" le nombre réel de watts, ou simplement constater que ces chiffres ne veulent rien dire. Il vous faudra bien suivre car bien de constructeurs peu scrupuleux brouillent les pistes...

L'indication de l'impédance est obligatoire (arnaque n°1):

Un petit exemple avec des chiffres:

On prend par exemple une tension de 20 V:

Dans les catalogues et revues, on donne des puissances mesurées sous 8, 6 ou 4 Ohms. Sachant que les résultats peuvent varier du simple au double, il est évident que l'impédance de mesure est obligatoire pour juger d'un résultat. En effet, si on vous dit " l'ampli 'A' fait 50 watts et l'ampli 'B' fait 100 W", vous serez amenés à penser que l'ampli 'B' est deux fois plus puissant que l'ampli 'A'. Mais si la puissance de l'ampli 'A' est mesuré sous 8 Ohms et l'ampli 'B' mesuré sous 4 Ohms, et bien en fait ils ont plus ou moins la même puissance. Vous avez compris qu'une puissance sans indication d'impédance NE VEUT STRICTEMENT RIEN DIRE. Et en fait, c'est encore pire car la tension que j'ai considérée fixe pour simplifier peut varier selon la qualité de l'ampli. Nous le verrons plus tard. Il faut donc comparer les puissances des amplis à impédances égales, sinon c'est totalement faux.

Et c'est là que cela devient comique...Certains constructeurs comme Sony n'annoncent la puissance que sous 4 Ohms (histoire de gonfler les chiffres) et d'autre annoncent juste les puissances sous 8 Ohms car cela correspond à la majorité des enceintes vendues et aussi parce que l'ampli ne supporte pas le 4 Ohms (ça chauffe trop). Ne vous laissez pas berner!

La distortion à la puissance mesurée (arnaque n°2)

Celle-là est encore plus perverse car plus difficile à détecter. Sur l'exemple précédent, je vous ai offert une version simplifiée (mais juste) de la réalité. En réalité, on mesure un signal sinusoïdal à 1Khz. Ceux qui font la mesure montent le volume de l'ampli de manière à être à la limite de la saturation.

On peut voir que plus on monte le volume du signal, plus la tension va être élevée (donc la puissance). La tentation pour le constructeur est de faire saturer le signal pour annoncer des chiffres plus élevés. La limite de la saturation, c'est le signal orange. Le signal saturé, c'est le signal rouge. La limite de la saturation est donnée par la tension de l'alimentation. Il est bien entendu que le signal saturé est de très mauvaise qualité, limite inaudible.

La dégradation du signal par saturation au moment de la mesure de puissance est généralement donnée comme suit: Puissance 100W (distortion 0.003%). Elle est exprimé en pourcentage. Le même ampli pourra donc être annoncé comme étant 100W à 0.003% ou alors 110 W à 0.03% ou bien 140W à 0.7% . Ceux qui abusent le plus de cette méthode sont les fabriquants d'autoradio qui annonce fièrement 4 x 35 W alors que la distortion est de 25%!! Ce qui rend la tâche plus difficile pour le consommateur est que la distorsion est progressive et non pas linéaire. Il est généralement admis que la distorsion devient vraiment audible à partir de 0.1%, et très gênante à partir de 1%.

Certaines fois, la distortion n'est pas annoncée telle quelle, mais sous l'effigie de norme tel que RMS ou DIN. Sachez que la seule valable est la norme RMS qui est sévère, alors que la norme DIN est très permissive et a tendance à "gonfler" la puissance.

Ne soyez pas dupe, et quand vous comparez deux amplis, prêtez attention aux chiffres de distorsions.

Mesure d'un seul canal à la fois (arnaque n°3)

Là aussi, il faut faire attention. Les constructeurs annoncent par exemple fièrement 5 x 80W. Bien. Mais comment cela a-t-il été mesuré? Et bien parfois, pour les moins scupuleux, un seul canal à la fois. L'alimentation étant soulagée, la limite de saturation est plus élevée donc la puissance aussi. Donc un ampli 5 x 80W sur le papier se retouve avec 5 x 50W lorsqu'on exploite tous les canaux, voire beaucoup moins.... Malin, non?

Conclusion

Elle va être simple. L'ampli Sony strdb 925 (bon ampli d'ailleurs) annonce fièrement 5 x 100W dans la presse. En fait, il s'agit de watts DIN sous 4 Ohms. En réalité? 5 x 36W RMS sous 8 Ohms. Pas pareil, hein? C'est pourquoi je ne prête aucun intérêt à la puissance et il vaut mieux écouter le produit. Le plus dramatique dans l'histoire, c'est que la majorité des gens se fie aveuglement à cette valeur du "watt", qui n'indique d'ailleurs pas la qualité réel du produit. Et allez expliquer que l'ampli 5 x 100W à 5000F et l'ampli 5 x 100W à 15000F n'ont pas la même puissance. Ben oui, l'un a des chiffres réels, et l'autre des chiffres gonflés aux anabolisants et aux hormones... Ne croyez jamais qu'un ampli coûteux est meilleur qu'un autre: le prix signifie rarement quelque chose. Un B&O coûtant  4 fois le prix d'un Nad ne lui arrivera jamais à la cheville.

Est-ce qu'un ampli trop puissant peut abîmer les enceintes?

Oui en théorie mais les problèmes sont très rares. On peut mettre un ampli de 150W sur des enceintes 80W sans problème. Le tout est de ne pas mettre le volume à fond, c'est-à-dire ne pas dépasser les 80W, ce qui représente déjà une puissance considérable. Par contre, on peut très facilement griller les tweeters d'une enceinte avec un ampli peu puissant, par exemple un ampli de 20W sur des enceintes 80W. Pourquoi? Parce que si l'on monte trop fort le volume sur un petit ampli, on va le faire saturer, ce qui va générer énormément de fréquences aigües. Or même sur une enceinte 100W, le tweeter est un composant fragile qui n'accepte que 10W par exemple. En faisant saturer l'ampli, le tweeter grille très vite. Donc en conclusion, il vaut mieux avoir un ampli trop puissant que pas assez.

Peut-on mettre indépendamment des enceintes 2 ohms, 4 ohms ou 8 ohms?

Il faut déjà savoir quelle influence l'impédance peut avoir sur l'ampli. Plus l'impédance sera faible, plus la puissance demandée à l'ampli sera importante, et donc plus l'ampli chauffera. Avec un petit ampli, la qualité sera meilleure sous 8 Ohms que sous 4 Ohms, car sous 4 Ohms, l'ampli s'essouffle, sature facilement, il y a moins de graves, le son devient agressif. Avec des enceintes de 16 Ohms et 8 Ohms, il n'y aura jamais de problèmes, les ampli sont prévus pour, même à des niveaux élevés.

Pour les enceintes de 2, 4 et 6 Ohms, ça se complique un peu. Là, il faut regarder la doc de l'ampli, qui dit généralement quelle impédance on peut mettre et pas mettre. Si elle annonce une puissance sous 6 Ohms (généralement le cas), vous êtes tranquille aussi sous cette puissance. Vous pouvez aussi tenter le 4 Ohms. Il faut savoir que l'on peut mettre une impédance un peu inférieure, par exemple 4 Ohms pour un ampli acceptant le 6 Ohms. Il suffit pour cela de ne pas mettre le volume trop fort, c'est à dire baisser le volume si l'on sent que l'ampli sature, devient agressif ou chauffe excessivement. Si on pousse l'ampli trop fort dans ces conditions, l'ampli va chauffer et se mettre en protection (si tant est qu'il en ait une...). Il est possible de cramer l'ampli. Vous pouvez aussi endommager vos enceintes. Il faudra donc savoir rester raisonnable. Mais si l'ampli accepte le 4 Ohms, pas de problème!

Pour les impédances inférieures à 4 Ohms (par exemple 2 Ohms), il va falloir être prudent. Il faut des amplis très puissants, avec également un bon facteur d'amortissement, et acceptant explicitement de tels impédance. Il faut compter dans les 2000.- pour un ampli de puissance acceptant ces enceintes, et aucun intégrés à ma connaissance n'en est capable. Heureusement, de telles enceintes sont rares. Mais si on met 2 paires d'enceintes 4 Ohms en parallèle, cela revient au même, donc faite attention si vous ne voulez pas cramer l'ampli.

Pour finir, faites aussi attention avec les amplis bridgés. Lisez bien la partie qui leurs est consacrée.

Connecter deux paires d'enceintes sur un ampli

Certaines personnes veulent pouvoir connecter deux paires d'enceintes sur un ampli, pour par exemple avoir 2 paires dans 2 pièces différentes ou avoir un ensemble home-cinéma et une paire hifi.

Certains amplis ont la possibilité de brancher 2 paires d'enceintes sur un ampli. Si vous vouler faire fonctionner séparement ces deux paires, pas de problèmes en vue. Mais si vous voulez les faire fonctionner en même temps, il va falloir faire très attention à l'impédance.

Si vous vous voulez faire fonctionner une paire OU l'autre, il faut avoir un ampli qui a un double bornier et qui permet de sélectionner une paire ou l'autre (A ou B). En effet, certains amplis ont un double bornier, mais les 2 borniers sont alimentés, donc si on branche 2 paires d'enceintes, on écoute les 2 (cas de la bi-amplification par exemple). L'autre solution est de bricoler un commutateur à l'aide, par exemple, d'interrupteur secteur.

Si vous vouler faire fonctionner 2 paires à la fois, il faudra non seulement pouvoir le faire au niveau du bornier, mais aussi et surtout se soucier de l'impédance. Pour le bornier, il faudra qu'il accepte 2 paires, ou dans le cas contraire, pour pourrez connecter en parallèle les enceintes. Le problème n'est pas vraiment là, il vient plutôt de l'impédance. En effet, il faut savoir que sur n'importe quel ampli, même prévu pour mettre deux paires d'enceintes, les hauts parleurs seront connectés en parallèle, il n'y a pas 4 amplis dans la boîte, seulement deux. Il faudra donc se soucier de l'impédance totale avec 4 enceintes.

Que se passe t-il si un rigolo branche des enceintes de 4 ohms ET des enceintes de 8 ohms ?

Si on branche les enceintes sur le même bornier de l'ampli, on branche les enceintes en parallèle et donc l'impédance résultante est R = 1/(1/R1 + 1/R2)
Si R1=4 et R2=8, alors R=2,7 Ohms: il y a peu de chance que l'ampli appécie vraiment... C'est donc à déconseiller.

Si on branche les enceintes en série (c'est à dire que tu "pars" d'une enceinte et tu vas de cette enceinte à l'autre pour revenir à l'ampli), les impédances s'additionnent. Si R1=4 et R2=8, alors R=12 Ohms

En plus de cela, l'impédance d'une enceinte n'est pas constante (elle varie en fonction de la fréquence), et les chiffres donnés par les constructeurs sont des moyennes. Prudence donc, surtout si on commence à approcher de la limite de l'ampli...

Quant à la puissance, si l'impédance de charge de l'ampli est divisée par 2, la puissance maximale délivrée augmente sensiblement (mais pas tout à fait dans le même rapport de 2).

La question est de savoir dans quel but on veut le faire. Et si ce but a vraiment un intérêt, il faut ensuite vérifier que l'ampli supportera l'impédance...

De quelle puissance ai-je besoin?

Il faut d'abord savoir que la pression accoustique, mesuré en dB, le son, pour être clair, est une fonction logarithmique. Cela veut dire que l'impression à l'oreille entre un ampli de 80 W et de 100W est très faible, presque égale.

Ensuite, au niveau du haut-parleur, la sensibilité est très importante. Un haut-parleur d'une sensibilité de 88dB, par rapport à un haut parleur de sensibilité de 91 db, va demander 2 fois plus de puissance pour un résultat identique. Entre un haut-parleur de 80 db et un autre de 96 dB, la différence de demande en puissance pour l'ampli est de 40 fois! Une différence de 3 dB pour le haut parleur double la puissance pour un niveau sonore identique.

La première étape est de connaître l'efficacité de l'enceinte. C'est le facteur le plus important. Ensuite, si vous allez écouter fort ou non, et enfin la grandeur de votre pièce. Cela va vous donner un point de repère. Avec des enceintes de 88dB pour 1 Watt écoutées à un niveau raisonnable dans une pièce de 15m², un ampli de 20W par canal sera suffisant.

Sachant que la sensibilité des enceintes est la seule chose qui peut faire baisser la puissance nécessaire, faites-y attention.

L'alimentation

L'alimentation doit être dimensionnée en fonction des amplis, car c'est surtout elle qui "fait" la puissance de l'ampli. 

C'est l'alimentation qui fixe la tension, donc la puissance. Et une bonne alimentation aura toujours la même tension quelque soientt les conditions (volume plus ou moins haut, impédance de l'enceinte, musique intense et lourde en grave ou silence). Une mauvaise alimentation va voir sa tension diminuer dans des conditions plus ardues.

En général dans un ampli Hifi  du commerce, l'alimentation est un transformateur + un redresseur + un filtrage (condensateurs)

L'alimentation délivre une tension "à vide" aux amplis et une "en charge":

1 ) Si l'alimentation est stabilisée, la tension à vide = en charge ( très rare et coûteux ). C'est l'idéal, mais ne rêvez pas, votre ampli a 99.5% de chance (ou de malchance) de ne pas avoir d'alimentation stabilisée. Mais c'est un idéal.

Une alimentation stabilisée a pour caractéristique:

Bien sûr si le tranformateur et la taille des condensateurs sont conséquents et que les transistors de sortie supportent les forts courants, ça garantit une très grande réserve de courant et une grande dynamique. Comme tout ceci pèse son poids, vous ne verrez jamais de mauvais amplis qui sont lourds.

2) Si l'alimentation n'est pas stabilisée, ( 99.5 % des cas ) la tension "à vide" est supérieure à la tension "en charge", et plus les conditions sont difficiles, plus la tension baisse.

C'est là qu'intervient la taille et le type du transfo et la taille des condensateurs de filtrage.

C'est là aussi que la puissance "musicale " peut être plus importante que la puisance "efficace" (Puissance RMS). Et que sous 4 Ohms on a pas le double de puissance que sous 8 Ohms et encore moins 4 fois plus sous 2 Ohms.

Alors on peut faire toutes les combinaisons :

Au final, on a autant de mesures différentes pour une même puissance RMS vérifiés sous 8 Ohms par exemple. Et autant de comportements en terme de dynamique d'un ampli à l'autre. Or comme c'est surtout la dynamique qui fait la qualité d'un ampli....

Le mode bridgé

Ce mode est en général disponible sur les amplis de puissance, mais ne le cherchez pas sur les intégrés...Qu'est-ce? Cela permet de combiner la puissance de 2 canaux pour obtenir 1 canal d'une puissance 3 à 4 fois supérieure d'un des canaux non bridgé. Ce mode peut d'actionner à l'aide d'un commutateur et d'un câblage différent des hauts parleurs sur les borniers de l'ampli.

Sur les amplis à tube, c'est relativement facile à réaliser, car il y a des transformateurs de sortie, il suffit de les mettre en série. Pour les ampli à transistors, c'est plus compliqué. On connecte un côté de l'enceinte sur une sortie d'un canal de l'ampli, et l'autre côté de l'enceinte sur l'autre sortie de l'autre canal de l'ampli. Les canaux délivrent le même signal, mais l'un des deux est inversé par rapport à l'autre.

Les deux tensions des deux canaux s'additionnent, et c'est là que cela devient intéressant:

La puissance dans une enceinte est donnée par la formule suivante: P = U² / R, c'est à dire que la puissance est égale à la tension au carré divisé par l'impédance du haut-parleur. La combinaison des deux amplis ne donnent pas le double de puissance mais parfois jusqu'à 4 fois plus.

En fait, si cette puissance bridgée peut être égale à 4 fois la puissance nominale de l'ampli, c'est parce que chaque ampli voit une impédance qui est celle du HP divisé par deux. Dans le cas d'une enceinte 8 Ohms donc, chaque ampli "verra" une impédance de 4 Ohms. Pour savoir la puissance bridgée sous 8 Ohms, il suffit de multiplier par deux la puissance d'un canal non bridgé sous 4 Ohms. Donc si vous avez un ampli qui fait 2 X 60 W sous 8 Ohms et 2 x 100 W sous 4 Ohms, vous pouvez savoir que la puissance bridgé sera de 1 x 200 W sous 8 Ohms. Il bien sûr déconseillé de bridger un ampli avec une charge de 4 Ohms car il faudrait pour cela que votre ampli soit capable d'assumer en stéréo des hauts-parleurs de 2 Ohms, ce qui ne court pas les rues.

De plus, si l'ampli n'est pas très à l'aise avec des charges de 4 Ohms en stéréo, il ne le sera pas plus avec des enceintes 8 ohms en mode bridgé. Seule la puissance sera supérieure. L'inverse est aussi vrai, un ampli bon en stéréo sous 4 Ohms sera probablement bon sous 8 Ohms en bridgé. Enfin, pour finir avec un petit inconvénient du mode bridgé, le facteur d'amortissement est finalement divisé par deux.

Donc, entre un ampli léger et un ampli lourd, prenez toujours le plus lourd. Et entre un de 4 ohms et un de 8 ohms, préférez celui de 4 ohms. Ce sera probablement le même.


Quelques généralités...

Tous les amplis chauffent, aussi laissez respirer le vôtre. Posez-le au sommet de la chaîne et ne mettez rien dessus.
Soignez vos câblages! Les court-circuits fusillent rapidement les transistors de puissance.
Eteignez-le en partant! Un ampli de 100 W audio consommera facilement 300 W perdus en chaleur.
Si votre ampli grille, c'est pour une raison qu'il vous faut trouver. Sinon, il regrillera pour la même raison au retour de réparation.Posez-vous donc les quelques questions suivantes:
- Etait-il assez ventilé?
- L'impédance des enceintes était-elle bonne?
- Court-circuit sur les câbles d'enceintes?
- Contrôlez ou faites contrôler  les enceintes à l'ohmmètre. (impératif) Car il va falloir ici savoir qui de la poule ou de l'oeuf... L'ampli a-t-il grillé à cause des enceintes ou bien a-t-il  grillé les enceintes? Tous les cas de figure sont possibles, sachez seulement que si vous branchez  un ampli réparé sur des enceintes défectueuses, il repartira très vite sur orbite. Et il ne vous restera plus que les yeux pour pleurer de ne pas m'avoir écouté...
- Pour faire un ampli 2 X mono, pontez les points chauds des entrées.

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