OTL 6336
Les porteurs de charge et le Temps....
TECHNIQUE
OTL SEPP Symétrique Classe A
OTL pour: "Output Transformer Less" qui devrait être traduit en français par STS ( Sans Transformateur de Sortie )
SEPP pour: "Single Ended Push Pull", beaucoup plus difficile à traduire en Français.... Push Pull référencé à la masse.... ?
Symétrique, car il n'inclus aucun déphaseur, et nécessite donc obligatoirement une source symétrique.
Classe A, car la modulation du potentiel envoyé aux hauts parleurs est obtenue par la modulation du courant dans les tubes de puissance, autour d'un point de repos situé au milieu des carractéristiques Vg / Ia des tubes.
Un shéma ultra simple, mais qui transfert la complexité sur l'alimentation, la source, et nécessite une astuce pour équillibrer les moitiés supérieures et inférieures de l'étage de puissance.
NB : Un push pull nécessite en amont une structure symétrique pour la commande des grilles, or les sources symétriques existent et ont certains avantages, il est donc intéressant d'en bénéficier jusqu'à l'étage de puissance de l'ampli. De plus on élimine l'étage déphaseur utilisé classiquement, et donc des sources de décallages temporels, et distorsions de toutes sortes.
Donc en fait: Pas de transformateur dans le circuit audio ( OTL ), mais Beaucoup de Transformateurs dans l'Alimentation.... ( BTA..... )
Ce qui n'est que mieux pour la qualité du son.
Ce schéma nécessite un réglage indépendant des tensions de grilles des tubes de puissance, ainsi qu'un équillibrage de la partie basse (négative) du push pull, afin de compenser la non linéarité des caractéristiques des tubes.
La polarisation des tubes d'entrée est faite par deux piles. C'est une polarisation fixe, qui nécessite un bon apairage des tubes.
Deux "boucles de courant continu" : Une sur l'étage préampli ( flèches oranges ) en fait deux boucles par canal, et la boucle unique de l'étage de puissance ( flèches rouges ). L'alimentation n'est donc pas symétrique. La masse n'est définie que par le point de repos des tubes de puissance et son réglage. Cette masse est stabilisée par un jeu de condensateurs particulièrement étudié: Un jeu commun dans l'alimentation, et un jeu par canal. Des capas non polarisées de fortes valeur sont placées au plus près des tubes, condensateurs à trés faible résistance série, et enfin mica argenté sur les supports de tube pour améliorer la stabilité en régime impulsionnel.
Le réglage individuel des tensions des grilles permet d'obtenir une trés bonne stabilité de l'offset: +/- 5 mV
Ces réglages sont faits en mesurant le courant dans les 4 branches du circuit par les résistances de 1 Ohm 1 %, shuntées après réglage.
La tension de grille théorique exacte pour les C3g est de 3,06 V, on l'obtient en déchargeant légèrement les deux piles de 1,5 V. Ensuite, la tension d'anode est réglable de +/- 10 Volts avec des autotransformateurs au primaire de l'alimentation 220 V pour ajuster le courant de repos à 15 mA environs.
Ces piles ne se déchargent pas, elles ne délivrent aucun courant. Il faut même les décharger volontairement de temps à autres pour retrouver les 3,06 V....... La tension remontant légèrement en l'absence de débit....... Mais cela relève plus de la maniaquerie......
Pas de transfos.....
Mais des selfs.
L'idée "conductrice", c'est le cas de le dire, est de limiter au maximum les résistances, sans passer par des transfos.
Je déveloperai plus loin pourquoi.
Vous noterez donc qu'il n'y a aucune resistance en série sur le parcours du signal, et le moins possible en parallèle.
Les deux restantes à cette date sont les deux résistances de mise à la masse des grilles des tubes préamplis, en passe d'être supprimées, et remplacées par des autotransformateurs atténuateurs.
Même les résistances de cathode de polarisation automatique des tubes préamplis ont été supprimées, et remplacées par une polarisation fixe par des piles.
Ceci permet par ailleurs de supprimer le fameux condensateur de découplage de cathode, qui participe à la définition de la coupure basse, forme de contre-réaction, et qui apporte sa part de distorsion même bien choisi.
La seule limite de fréquence basse restante est donnée par la valeur des condensateurs de liaison.
On se retrouve donc ( quand même ) avec au total 4 selfs d'anode, et 8 selfs de grilles.....
Mais aussi: 2 x 4 condensateurs de liaison..... Puisqu'il en faut un par grilles de 6336.
Une particularité de ce schéma est que la compensation de la disymétrie de l'étage de puissance est assurée par la self inférieure utilisée comme autotransformateur. Ceci n'a été possible que grace à des essais, qui ont permi d'établir que la correction à apporter était fixe, quelques soient les tubes et quelque soit l'amplitude du signal......... en tous cas pour ce point de fonctionnement.
Je n'ai pas d'explication claire pour cela, mais le facteur correcteur est exactement de 0,70.......
Une fois vérifié avec un pont diviseur, j'ai fait bobiner des selfs sur mesure avec un point intermédiaire à 0,70 en nombre de spires.
Je ne me sert de ce point intermédiaire que pour les triodes de la partie inférieure.
L'étage d'entrée étant symétrique je peux distinguer les deux branches. Ceci impose 4 selfs pour deux canaux.
De même, on remplace les resistances de polarisation des grilles des tubes de puissance par des selfs.
Techniquement, ceci permet également de mieux maitriser le potentiel des grilles et évite toute instabilité liée à l'apparition d'un courant de grille accidentel.
Cela a même permi de supprimer les résistances série sur la modulation des grilles, qui se mettent habituellement sur ces électrodes. Ce qui n'est que mieux pour le son...... Selon ma théorie.
Cependant, on l'a vu plus haut, le fait de devoir régler individuellement chaque triode des 6336 impose une self de grille par triode donc au total 8 selfs pour deux canaux, ainsi que 2 x 4 condensateurs de liaison.
Alimentation complexe
Une alimentation sans concession ni semiconducteurs.....
En plus des 400 Watts de chauffage, une alimentation des tubes de puissance 320 Volts, à base de valves à vapeur de mercure, des alimentations de grilles 50 Volts positives et négatives, une alimentation 220 volts réglable par autotransformateur pour les tubes préamplis, plus deux piles de 1,5 volts en série pour les polarisations des grilles des C3g.
Un transformateur sur mesure pour tous les chauffages et les tensions de grilles.
Un transformateur sur mesure pour les tubes de puissance.
Deux selfs de filtrage pour l'alim de puissance
Un transformateur pour les tubes préampli.
Les 5 transfos et selfs ont été fabriqués "à la maison", pour échapper aux versions "étriquées" du commerce, ou des fabrications standards sur mesure. D'où leur taille.
Vous trouverez quand même un peu de silicium.......... Ce sont des temporisations pour la mise en route progressive de l'amplificateur:
1 minute de préchauffage avant la mise sous tension des C3g
3 mn de chauffage pour les valves à mercure et les 6336
Décalage de quelques secondes pour la charge des condensateurs ( 15 000 microfarads sous 320 Volts ) en deux fois, par une résistance série limitant le courant sur les valves, court circuitée après 10 secondes environ.
Notez que ces valeurs importantes de condensateurs ne sont utiles que pour assurer la fonction de réservoir, pas de filtrage.
Un peu de silicium également pour les régulateurs 6,3 V de chauffage des C3g.
Valves à vapeur de mercure
Pourquoi ?
D'abord parce que c'est trés beau.......
Ensuite parceque leur capacité de courant est trés importantes: 2,5 A continus, 7 A en pointe ( forte capacités des condensateurs chimiques )
Et aussi parcequ'ils ont un effet régulateur: Une fois correctement chargés, ce qui est le cas pour cet amplificateur en classe A
La tension de l'alimentation est trés stable, ce qui est trés important pour un OTL.
Et surtout: C'est le seul endroit de l'amplificateur où l'on peut enfin voir les électrons.....
Cà parait futile, mais çà aide à se ramener à l'étude du comportement des porteurs de charge, donc de la musique, dans les conducteurs......
A suivre......
OTL, "Tueur de hauts parleurs"....... ?
Les Américains les appellent les "Speaker Killers "......
Les OTL ont souvent fait peur: Selon les schémas, il était connu que le défaut d'un tube conduisait à mettre le haut parleur au potentiel de l'alim.......
J'ai regardé beaucoup de schémas d'OTLs, et la plupart utilisent de nombreux tubes en parallèle, ce qui fait que, même si un tube claque, la variation de l'offset doit pourtant rester faible......
A mon avis la bêtise sur certaines réalisations pratiques était surtout de mettre des fusibles sur les tubes directement alors que l'alimentation est symétrique: Si un fusible claque on a effectivement la tension d'une moitié d'alim sur les hauts parleurs.
Un avantage du shéma à alimentation simple que j'utilise est que si une section de triode "claque" il y en a 7 autres qui compensent, plus des résistances dans l'alimentation.
Un essai de couper volontairement une branche lors des essais conduit à un offset de 500 mV aux bornes de la résistance de charge, pour un seul canal en service.....
On se rends compte de cet effet lors du dégrossissage du réglage des étages de sortie: Le réglage d'un canal modifie celui de l'autre.
C'est un peu délicat, mais une fois les tubes rôdés c'est diaboliquement stable....... Quand on sait que ce qui définit les caractéristiques d'un tube c'est aussi les côtes mécaniques, et que cela chauffe à 500 °C, c'est assez extraordinaire........
J'ai quand même installé un circuit de protection et de temporisation pour les hauts parleurs......... Mais pas de fusibles.
Le beurre et l'argent du beurre
Voilà donc un amplificateur à tubes qui chauffe certes comme un ampli à tubes, qui consomme comme un gros cochon antiécologique, que l'on ne peut même pas emmener chez les amis pour une écoute comparative, mais qui se comporte en performance théorique comme les meilleurs amplis à transistors: En faisant encore quelques efforts ( inutiles ) on pourrait atteindre 1 MHz à - 3 db
Le temps de montée mesuré "à la maison" est de l'ordre de 0,5 microseconde , et si je n'ai pas eu à augmenter la valeur des condensateurs de liaison à plus de 1 microfarad pour descendre à 20 Hz, c'est que mes hauts parleurs de graves ( 16 Ohms ) associés à cet OTL, me procurent une belle bosse centrée sur 23 Hz........ Juste comme il faut.
Je ne m'obstine pas à obtenir des performances électriques théoriques. Seul le temps de montée me semble indispensable à réduire car c'est ce temps de montée, le plus faible possible, qui permet de bénéficier au mieux du calage temporel auquel je tiens tant à tous les niveaux.
On peut noter qu'une des particularités des OTLs, et celui là n'échappe pas à la règle, est que le rendement est proportionnel à l'impédance des hauts parleurs. On gagne donc, dans un système "sur mesure" comme celui là, a utiliser pour le grave des hauts parleurs de 16 Ohms, et des compressions et tweeters de 8 Ohms. Cela permet de n'atténuer les voies medium et aigues que trés peu: Dans mon cas, le tweeter n'est pas atténué, et la compression n'est atténuée que de 1,5 db......... Moins on utilise de résistances, meilleur est le son.......
Toujours pour la même raison, des enceintes seront toujours plus faciles à corriger pour un OTL sans contre réaction: Les pics d'impédances à la résonnance de tous les HP se traduiront par une bosse sur la courbe de réponse, plus facile à compenser avec un circuit RLC parallèle qu'un creux dans cette même courbe. C'est ce que j'ai fait pour adapter au mieux mon système de hauts parleurs.
Comme vous l'avez maintenant compris, nous somme loin d'une application commercialisable.......
N'oublions pas de profiter de notre liberté..... :
Notre "métier" de fabriquants amateurs de matériel audio est bien plus simple et intéressant que celui des constructeurs professionnels.....
Nous pouvons nous permettre de sortir des "standards" trés contraignants du marché de ce domaine.
Ce marché impose des sacrifices irrémédiables sur les composants: Ils doivent "a peu près" êtres tous compatibles entre eux...... C'est un handicap énorme pour les concepteurs. De plus, ils doivent être fiables, sûrs, "attractifs", transportables, crédibles, etc ......
Certains contournent cet obstacle par exemple en fournissant des systèmes ajustables, sur mesure: Enceintes actives emplifiées et filtres numériques sophistiqués ( Fréquence, amplitude et phase )........ A étudier et surtout écouter.......
Notre " liberté " est inestimable, même par rapport à cette dernière échappatoire. Nous pouvons à volonté ou presque adapter nos éléments les uns aux autres.....
Par exemple, l'élimination totale de la contre réaction sur l'amplificateur est impensable dans un système commercial, et pourtant c'est fondamental pour la qualité sonore. Elle n'est envisageable que si on peut adapter la partie acoustique.
Mais le côté commercial du marché gagne à vendre autant de composants séparés que possible, de manière à ce que, dans un mouvement perpétuel, le passionné de HiFi change l'un ou l'autre pour son plaisir....... Pas toujours pour celui, réel, de ses oreilles......
En même temps, ces "règles du jeu", imposées, valorisent d'autant plus le talent des "assembleurs" que sont devenus les marchands de matériel HiFi. Métier extrêmement difficile lui aussi.....
Finalement, nous avons beaucoup de chance de pouvoir faire nous même aussi ce " travail " ....... Si on s'y prend bien, c'est probablement un des domaines où le rapport investissement / résultat obtenu est le plus avantageux.
J'ai donc copieusement profité de cette liberté pour cet amplificateur, comme vous avez pu le constater plus haut. Cela m'a valu les foudres de nombre de spécialistes que je remercie pour cette forme d'aveu inconscient de leur plus ou moins grande soumission aux règles établies.... Mais je les remercie également pour m'avoir parfois fait éviter de vraies erreurs de conception: L'usage de la liberté, même bien mené, implique des risques...... Etc Etc
Les cables :
Il va être ici question de ces fameux "porteurs de charge ". J'en parle plus en détail dans la rubrique suivante: "Théorie et faits tenaces"
Ce sont eux qui véhiculent le signal musical, et sont les éléments "actifs" des métaux utilisés dans les liaisons électriques d'un système audio, mais aussi des isolants qu'il y a autour, voir aux environs des éléments "sous tension"........
Vous avez du remarquer que les cables de liaison arrivent à la verticale sur les modules d'entrée. Ce n'est pas le cas sur toutes les photos.
Ce n'est pas une fantaisie de maniaque. Comme vous pourrez le lire dans la section suivante, j'ai à peux près compris ce qui se passe dans un cable et autour, et j'ai pu vérifer l'effet de ceux-ci sur le rendu sonore, surtout sur le respect du calage temporel.
Une expérience que j'ai voulu tenter, après avoir été sidéré par l'amélioration obtenue par le changement de mes cables de liaison, a été d'éliminer le cablage interne de 15 à 20 cm entre les connecteurs XLR sagement cablés à l'arrière du coffret, en les branchant au plus court, quasiment sur les supports de tubes.
Le raisonnement était de dire: Si 1m de cable change le son à ce point, 15 à 20 cm ne sont pas négligeables:
Et bien effectivement ce n'était pas négligeable.......
En fait, nous avons le choix: Soit "pas de cable", c'est relativement facile, soit un vrai et bon cable, et cela devient beaucoup plus compliqué.
La théorie appliquée sur ce sujet est décrite de façon simpliste au chapitre suivant. Et parfaitement expliquée sur le site de Monsieur George Cardas.
"Pas de cable" veut simplement dire: un conducteur métallique rigide, non isolé. De bonne qualité métallurgique quand même, en cuivre, argent ou or, pur de préférence, et : Ni trop petit ni trop gros......... Facile ?
Certains disent que l'argent c'est mieux que le cuivre....... Mais, ce qui rend l'argent meilleur, c'est peut être simplement qu'il est peu utilisé, et donc en général de meilleure qualité que le cuivre ordinaire recyclé........
Bref, tout cela est plein de pièges qui peuvent nous conduire à de mauvaises déductions.
A défaut de certitudes, j'ai essayé de mettre le maximum de chances de mon côté, mais pas trop d'argent ( $$$, €€€....) pour le cablage de cet amplificateur:
Du cuivre argenté monobrin, non isolé, des années 60, pour sa pureté ( beaucoup moins, voir pas de recyclage à cette époque ), suffisamment gros pour ne pas "vibrer" et aussi pour une résistance faible pour le courant à véhiculer, mais pas trop gros, pour ne pas perdre d'énergie à "secouer des porteurs de charge inutiles" ....... ( voir plus bas )
Quand il faut l'isoler ( quand même ) une gaine trop grande ( pour diminuer la surface en contact avec le conducteur ) en verre / silicone
Du fil Cardas litz isolé quand il faut vraiment un fil souple isolé, et de la bonne brasure à l'argent.
La photo ci-dessous montre le cablage autour des supports octal des 6336 à titre d'exemple :
Un exemple de "vrai cable" est plutôt visible sur les cables haut parleurs que j'ai utilisé. ( photo ci-dessous )
vous serez surement surpris par leur trés petite section, par rapport à ce qui se voit habituellement.
En fait, cette fois il s'agit vraiment d'un cable, c'est à dire avec une fonction de relier de façon trés souple deux appareils entre eux, tout en préservant l'intégrité du message sonore........
Dans mon cas ces cables font environ 7 mètres de long en deux brins par canal: Un pour 20 Hz à 800 Hz, l'autre au delà de 8OO Hz.
Ce sont des Cardas SE 15 pour le médium aigu et SE 11 pour les graves. 11 signifie 4 mm2 environ et 15 1,65 mm2 . Chaque cable contient deux conducteurs de cette section.
Ils sont en fait largement assez gros pour la puissance transmise : Au mieux 5 watts. Selon Mr Cardas il aurait fallu prendre plus petit encore.......
Il y a une section optimum pour chaque conducteur: Trop petit c'est une résistance ohmique non négligeable qui "freine" le signal sonore, trop gros, c'est le signal qui "se perd" dans le métal: Les porteurs de charge en vibration vibrent inutilement dans des directions anarchiques, et dissipent de l'énergie, voir la restitue décalée temporellement.......... N'oublions pas que dans un circuit électronique, comme son nom l'indique ce sont les vibrations des électrons qui vehiculent le signal musical......
Les porteurs de charge deviennent "porteurs de musique".......
Je pense que l'on devrait traiter les "courants électriques" comme des courants fluides en hydraulique, qu'ils soient continus ou alternatifs.
En hydraulique on parle de "pertes de charges", aussi bien dans le cas d'un élargissement brutal de section, que d'un rétrécissement. On parle de "régime laminaire" ou "régime turbulent". Régime turbulent implique que des zones locales du fluide prennent du retard sur le reste de l'écoulement.
En électronique, ces "zones turbulentes" doivent exister, même en alternatif, et conduisent inévitablement à des décalages temporels de fractions d'informations sonores......... Dans quelles limites ...... ?
Je pense ajouter plus tard un chapitre sur ce sujet à la rubrique "Théorie et faits tenaces" ...... Et il s'agira là, j'en convient, d'une théorie personnelle sujette à controverses......
CONDENSATEURS
Dans la rubrique suivante: "Théorie et faits tenaces" je donne mes arguments à propos des transformateurs BF et des condensateurs. Les deux peuvent être utilisés pour le couplage de deux étages, ou boucles de courant, situés à des potentiels différents.
J'ai choisi les condensateurs.
Je connais l'importance de ces condensateurs sur le résultat final. Je crois avoir compris les facteurs qui entrent en compte dans leur "capacité" à préserver le signal sonore et son intégrité temporelle et spectrale.
Beaucoup de choses ont été dites, faites et essayées, il en est sorti des fabrications ésotériques vendues à prix d'or, probablement justifié pour certains, mais pas dans mes moyens. Aussi j'ai essayé de tirer mes propres conclusions pour utiliser le plus logiquement possible les productions standard industrielles:
Pour les fortes valeurs: De "vrais" condensateurs au papier huilé, c'est à dire: Feuille de papier, feuilles d'aluminium, et bain d'huile en boîtier étanche après imprégnation sous vide. On en trouve jusqu'à 50 microfarads.
J'ai autopsié de nombreux condensateurs dits "PIO" ( paper in oil ) et beaucoup ne sont pas de "vrais" tels que je viens de les décrire. Je complèterai peut être plus tard ce site avec les résultats de ces autopsies. Souvent il s'agit d'électrodes en papier métallisé, et l'huile ou quelquefois la cire ne sont appliqués que par trempage avant mise en boîtier. De plus la qualité de la reprise du contact électrique sur les armatures est trés variable d'une fabrication à une autre. L'idéal, selon moi, étant la reprise par shoopage sur l'ensemble des spires sur tranche avant l'imprégnation. La qualité et la pureté de l'huile entre en compte également......
Pour les valeurs moyennes: Des condensateurs cylindriques, film polypropylène, et armatures solides ( alu pour les productions industrielles ) voir film métalisé plus armatures solides combinées pour les meilleures fabrications ( RA 75 de Eurofarad par exemple )
On trouve rarement plus de 10 microfarad dans ce type de fabrication.
Ou aussi des téflon plus film alu, mais, même standard industriels, ils sont trés chers car conçus pour des applications aéronautiques ou spatiales, et d'encore plus faibles valeurs. Pourtant le téflon semble être le meilleur diélectrique pour nos applications......
Pour les faibles valeurs: Des condensateurs haute tension imprégnés époxy, ou des mica argentés pour les trés faibles valeurs.
Bref, ma cuisine personnelle consiste à mettre en parallèle plusieurs condensateurs de chaque catégorie, en espérant qu'ils se " partageront le travail correctement ".......
On peut observer le resultat de cette cuisine sur les filtres passifs de la photo ci-dessus, ou dans les condensateurs de liaison de l'amplificateur, photo ci-dessous.
4 condensateurs de liaison par canal, obtenus par la mise en parallèle de:
- Téflon / Film alu
- Papier huilé
- Polypropylène / Film alu ( RA 75 Eurofarad )
Dans les filtres passifs médium / aigus, ( photo ci-dessous ) il n'y a plus de papiers huilé, les valeurs sont suffisamment basses
