Page 4bis : EXEMPLE D'OPTIMISATION HI-FI

L'approche HI-FI est très différente de celle orientée pour un instrument de musique comme la guitare. Les principales différences sont dans la recherche optimale des transitoires et de toutes les linéarités.
- Les transitoires sont la constituante, avec les harmoniques, du timbre d'un son. On les retrouve dans l'établissement ou l'extinction d'un son d'une manière brusque, comme par exemple, les percussions ou l'attaque rapide d'un instrument de musique comme le piano. On comprend alors que pour une reproduction optimale du son, l'optimisation électronique consiste alors à augmenter la vitesse du système, tant en restitution d'énergie qu'en dynamisme à répartir de façon linéaire, le son est alors + précis, détaillé et présent. Cette répartition est la résultante de l'union des réponses de chaques fonctions du système de l'amplificateur.
- Les autres linéarités, la courbe de réponse tonale de l'ensemble du système, la limitation des crêtes, le minimum de distorsion impaire, et le minimum de bruit, le son est alors tout simplement + agréable. (voir aussi différences entre HP guitare et HI-FI)
Attention ! voir sécurité & recommandations avant une intervention.

OPTIMISATION du KORA DESIGN 30 : (du 22/06/04)

C'est un ampli intégré HI-FI stéréo à tubes, de conception française, de bonne qualité générale. Il comprend en pré-amplification : une double-triode d'entrée, 12AT7EH d'origine, et un driver de puissance, 12AT7EH d'origine sur chacune des 2 voies. La puissance est de 30W par canal, soit au total 2 paires EL34EH d'origine montées en push-pull.

Son atout :
- Son alimentation régulée par du mosfet IRFI840G, tant pour la haute tension que pour la polarisation des cathodes des EL34.
- Son transformateur torique.
- La qualité générale de sa conception et en particulier de son alimentation.
- La qualité de son PCB (circuit imprimé).
- Le chauffage en courant continu des tubes de pré-amplification.

Ses limites :
- Des transitoires insuffisants.
- Le chauffage en courant alternatif des tubes de puissance.
- Le manque d'amortisseurs conducteurs sur les entretoises de fixation de la carte au châssis.
- La polarisation des tubes de puissance très insuffisamment Class A, mais cela se comprend vu les 30W recherchés.
- Une chaleur harmonique paire en pré-amplification un peu juste.

Description globale et aperçu de l'optimisation :

Pour gagner à la fois en transitoires et linéarités, j'ai donc remplacé les composants stratégiques avec quelques modifications... Ce Kora Design 30 aborde ainsi une "seconde et nouvelle vie"...
Le procédé consiste d'abord à augmenter la réponse des alimentations de polarisation des tubes, tout en linéarisant sa propre bande passante, qui peut être à l'origine très différente de la bande passante du reste de l'ampli. Ce procédé utilise, entre autre, le mariage de technologies complémentaires via entre autre le principe du découplage. C'est donc une étude théorique suivie d'un réglage pratique.
Voici quelques indications :
- Tous les condensateurs électrochimiques sont remplacés au minimum par des 2 fois plus performants.
Les 4x 220uF/450V radial sont des BC057, ESR=1.1ohms à 100Hz, ils filtrent la haute tension. Ils sont remplacés par la gamme professionnelle supérieure, ESR=0.4ohm à 100Hz.
Les 7x 22uF/400V axial standard, 5ohms < ESR à 100Hz < 8ohms, ils fournissent principalement les alimentations au préamplificateur. Ils sont remplacés par la gamme professionnelle supérieure, ESR=2.7ohms à 100Hz.
- Pour améliorer encore + l'alimentation notamment en limitation des crêtes, les diodes de redressement seront filtrées et on pourra rajouter une varistance et un bon filtre secteur.
- Les condensateurs de liaisons sont remplacés par des plus performants (+ rapide). Cela concerne 2x AUDYN-CAP MKPQS 2,2uF/400V ainsi que 4x AUDYN-CAP MKPQS 1,5uF/400V.
Comparatif MKP rapide pour remplacer AudynCap QS 2,2uF/400V :

Nom du produit :	Tension de service DC :	Facteur perte 1Khz à 20°C :	Rapport de volume :
Audyncap QS	400V	0.0003 typ.	1
Audyncap QS	630V	0.0002 typ.	1.59
Solen fast cap	630V	0.0001 typ.	1.77
Auricap	450V	< 0.0001	2.2
Arcotronics	850V	< 0.0005	5.7
Auricap	600V	< 0.0001	10.1

- Les 2 drivers de puissance 12AT7 sont remplacés par deux E88CC JJ-Tesla. Ce tube est 2 fois + dynamique (transconductance de 12,5mA/V contre 5,5mA/V pour 12AT7EH), mais avec un gain mu 2 fois moindre (donc une petite perte de puissance très réduite). Autre avantage de ce tube, il possède un écran interne de séparation de ses 2 triodes (ce qui lui permet de diminuer le bruit), et son brochage est presque similaire au 12AT7. Attention ! Un E88CC n'est pas directement interchangeable avec un 12AT7. Le circuit de driver est donc modifié ainsi que le câblage de son chauffage, remplacement (ou) ajout de quelques résistances, straps et réglage au final du bias driver.
- L'électrochimique 4700uF/35V radial, filtre le courant continu du chauffage pré-amplificateur. Il est remplacé par un 6800uF/35V radial. Ce circuit de chauffage étant entièrement redistribué (chauffage E88CC), est re-réglé en mode économique proche du réglage initial.
- Le chauffage alternatif des tubes de puissance est réglé en mode + économique, entre -1.5% et +0% de sa valeur nominal 6V3 par tube. Cela permet de gagner à la fois en longévité mais aussi en bruit.

- Le bias des tubes de puissance est réglé avec des EL34 JJ-Tesla, car sa caractéristique électrique de sortie est mieux adaptée en Class A, ce qui lui procure moins de distorsion que la EL34EH par exemple. (voir le comparatif constructeur EL34)

Comparatif harmonique du tube d'entrée 12AT7 et 12AX7 :

Le signal injecté est une sinusoïde pure de 600mV, 1000Hz. Le volume du Kora est réglé vers 1,5/5 graduations de façon à obtenir 1V en sortie HP sur une charge résistive de 8 ohms.
H1 = fondamental
H2 = harmonique 2 (paire)
H3 = harmonique 3 (impaire)

 

Tube d'entrée :	12AT7EH	12AT7 Sylvania	12AX7LPS	12AX7 Golden Dragon
rapport H2/H1 :	0,41%	0,40%	0,15%	0,31%
rapport H3/H1 :	0,024%	0,030%	0,032%	0,042%
rapport H2/H3 :	17,1	13,3	4,8	7,38

- On peut remarquer que dans cette utilisation hifi la 12AX7 Golden Dragon est 2 fois plus intéressante que les Sovtek 12AX7LPS ou 12AX7EH. (voir le comparatif panel 12AX7)
- Notez que dans ce comparatif, la 12AT7 Sylvania standard est très proche du 12AT7EH.
- Au final, le 12AT7EH reste ici vainqueur en tube d'entrée HIFI, tant sur le plan harmonique que sur le plan dynamique malgré son rendement moyen.

Choix final des tubes :

- En tube d'entrée un 12AT7EH, ou un NOS 12AT7 bien trié ou un NOS E81CC de qualité.
- En tubes driver de puissance deux E88CC JJ-Tesla.
- En tubes de puissance, un quartet appairé EL34 JJ-Tesla.

Conclusion de l'optimisation :

- Le fait marquant est sur les transitoires. Ils sont devenus très présents avec une réponse en fréquence bien + linéaire.
- La bande passante est élargis dans les basses, la rondeur est accentuée par la diminution de la distorsion impaire, et enfin le rapport signal/bruit est amélioré ainsi que la longévité des tubes.

L'optimisation Hi-Fi, en favorisant ainsi l'émergence des transitoires, montre qu'il est possible de tirer partis à la fois de l'avantage du tube, la chaleur, tout en gommant son inconvénient, sa "mollesse", principal argument des partisans du transistor...

---

OPTIMISATION du JOLIDA JD100 : (du 08/12/04 et 21/05/05)

C'est un lecteur CD HI-FI avec la particularité d'avoir 2 lampes 12AX7 sur la carte de sortie, une sur chaque voie.
Ce coté hybride, tubes et transistors, donne un bon résultat d'écoute, caractérisé par un excellent relief. Autre atout, sa bande passante est suffisamment large dans les basses, c'est une condition nécessaire mais insuffisante... En effet au niveau des transitoires, la réponse dans les basses peut largement être améliorée (procédé de linéarisation), en comparaison à celle déjà bien présente dans les médiums et aigus. Toutes ses qualités d'origine permettent une optimisation d'autant plus intéressante.
Toutefois, pour la version JD100A et JD100H, un petit défaut en terme de fiabilité existe. Cela concerne alors un faible taux de produit fabriqué, mais se traduit au bout d'un certain temps d'utilisation (mise sous tension et dérive de valeurs), à l'apparition de distorsion sur une ou les 2 voies. L'optimisation en question corrige aussi ce problème...
L'optimisation se concentre sur ses 2 parties principales : l'alimentation et la sortie analogique.

La carte alimentation :

Le but est d'améliorer les performances des alimentations. Pour ce faire des mesures initiales sont nécessaires afin de vérifier leurs états car il arrive parfois, après assemblage en usine, qu'un filtre ou régulateur fonctionne soit en limite soit hors spécification constructeur, dans ce cas il faut le remplacer de préférence par un + performant.
Un point très important est d'améliorer le filtrage de la haute tension des tubes, B+=220V, les 3 condensateurs Rubycon USG 100uF/400V seront donc remplacés par des plus performants en adéquation avec la correction à apporter avec la carte de sortie. On procèdera par mariage technologique et découplage d'autant plus que sa distribution sur la carte de sortie est assez éloignée.
Bien que les basses tensions soient régulées, leurs spécifications sont très standard. On filtrera le pont de diode principal et on remplacera le régulateur du 5V analogique par un compatible + précis et rapide ainsi que son condensateur de sortie.
Rqe : Pour la version JD100H, on remplacera aussi le régulateur du 12V analogique par un compatible + précis et rapide ainsi que son condensateur de sortie.

La carte de sortie :

La carte de sortie utilise un microcontrôleur qui séquence un convertisseur numérique/analogique (CNA) de haute performance, stéréo 24bits, Burr-Brown PCM1716E en boîtier 28 broches CMS. (pour la version JD100H voir ci-dessous )
Les condensateurs de liaisons sont tous remplacés. Ceux du CNA, C12 et C19, par des Black Gate de préférence non polarisés ou alors par du polarisé ELNA de haute qualité. Pour les composants proches du CNA, utiliser de préférence une station à souder protégé des décharges électrostatiques (ESD), car le CNA de part sa technologie y est sensible et cela altère ses performances.
************** Procédure de montage de C14/C17 et C35/C34 **************
Les condensateurs de liaison des tubes sont remplacés par des MKP audio + transparents : C14 et C17 en 3.3uF/250Vmin et C34 et C35 en 3.3uF/100Vmin, dans la limite de l'encombrement disponible.
- Pour gagner en encombrement les 4 entretoises de la carte seront translatées en direction de la face avant, de 27mm pour la JD100 et de 35mm pour la JD100H. Normalement les 2 trous alignés sont déjà percés. Reste donc 2, à percer, D=3mm, le plancher alu. Pour le tracé tirer un trait au crayon entre 2 trous extrêmes, puis marquer.
- Bloquer à la pince plate fine (2mm) d'électronicien, les pattes du condensateur, de façon à protéger la sortie de connexion interne du stress mécanique de la pliure. Plier les pattes à 90°. Pour C14/C17 continuer sur 2 pliures à 90° le long du corps de façon à ce que la patte serve aussi de support pied, puis respecter l'entraxe de 27mm. Pour C35/C34 continuer la pliure au besoin de l'entraxe de 22mm, ils seront placés sur le plancher sous les câbles de sorties. On utilisera du mastic amortisseur pour le maintient.
- Si les broches ne sont pas gainées d'origine, prendre de la gaine thermorétractable classique ou en téflon si le condensateur est de haute qualité. Attention au sens de connexion du condensateur. Certains fabricants marquent le coté basse impédance (ex: Auricaps), sinon cela se mesure facilement à l'oscilloscope. Le coté basse impédance de C14/C17 doit être relié à la broche 8 du tube Q1/Q2 correspondant. Celui de C35/C34 doit être relié au coté haute impédance de C14/C17 correspondant.
- Souder la patte avec la pastille de façon à obtenir un aspect lisse et brillant. La réalisation de soudure de qualité est une spécialité à part entière. Au besoin entraînez-vous avant sur une vieille carte et contrôlez à la loupe le résultat. Beaucoup de paramètres rentrent en jeux (température, temps de fusion 1 à 2s max, étamage, type, forme et position du fer, etc...). Ne jamais garder de l'ancienne soudure, utilisez une pompe à dessouder. Utilisez de la soudure SnPb 60% avec un flux de qualité. (Se reporter au besoin à un site explicatif de réalisation de soudures sur cartes).
- Très important, coupez à raz de soudure le surplus de broche avec une pince coupante d'électronicien, car une forme en pointe favorise l'apparition d'arcs électriques avec la haute tension présente sur la carte.
************COMPARATIF CONDENSATEUR AUDIO************
Tout comme les tubes la qualité de fabrication des condensateurs peut se répartir en gamme commerciale, industrielle, voir militaire dans de rares cas. Voici une liste des principaux condensateurs 3,3uF "MKP rapides" que l'on peut utiliser dans le Jolida. Attention au choix de la tension de service, 100Vdc pour C34/C35 est un peu juste.
Comparatif MKP rapide 3,3uF en gamme commerciale et industrielle :

Nom du produit :	Tolérance en % :	Tension DC :	Facteur perte DF à 1Khz :	Volume en cm3 :	Rapport volume/ tension :
Kimber Cap	10%	200V	?	11,1	5,6
Auricaps	10 ou 1%	200V	?	11,5	5,7
Audyncap QS	5%	630V	0,0002 typ.	12,5	2
Audyncap KP-Sn	2%	100V	0,00008 typ.	14,8	14,8
Solen Fast	5%	630V	0.0002 typ.	14,9	2,4
Mcap Zn	2%	100V	0.00002 typ.	16,9	16,9
ICW PW	5 ou 1%	250V	< 0.0001	17,2	6,9
Auricaps	10 ou 1%	450V	?	19,1	4,2
DynamiCap	3uF à 5%	310V	?	19,3	6,2
V-Cap OIMP	5%	250V	?	21,9	8,8
ICW PW	5 ou 1%	400V	< 0,0001	24,7	6,2
ICEL PHC	20 à 5%	700V	< 0,001	28,1	4
ICW PW	5 ou 1%	630V	< 0,0001	29,1	4,6
Arcotronics	10 ou 5%	700V	< 0,0005	31,1	4,4
AudynCap Plus	2%	800V	0,00002 typ.	32,5	4,1
ICW SA	5 ou 1%	630V	< 0,0001	36,6	5,8

La gamme commerciale est dépourvu de datasheet, il est donc + difficile de les départager entre eux. Cependant le rapport volume/tension calculé ici permet de donner une indication sur le "débridage" technologique du signal.
La gamme industrielle se reconnaît ici à sa spécification plus rigoureuse (ex: DF "<" à ). Au besoin pour les départager entre eux, se reporter à leurs datasheets (ESR, etc...).
******************************************************************
Les autres condensateurs de liaisons des transistors sont des basses tensions au nombre de 10. Ils sont remplacés par des Styroflex.
Un type des transistors de sortie est sous dimensionné dans sa fonction, il doit être remplacé par son équivalent + fiable.
Le blindage des tubes peut être mis à la masse tout en isolant la fixation des pistes, soit directement sur le plan de masse (version JD100), soit via 2 cosses (version JD100H).
Le découplage des cathodes, la haute tension +220V des tubes ainsi que les basses tensions de référence sont améliorés en harmonisation avec la carte d'alimentation.

Les vibrations :

Pour amortir les principales vibrations, les gros condensateurs peuvent être fixés à la colle ou au mastic. Les 2 transformateurs sont des sources de bruit électromécanique très importantes. Ils doivent donc être amortis. Pour chacun, dévisser la fixation, puis au cutter gratter de façon circulaire, de façon à enlever suffisamment de peinture coté plancher externe. Glisser un joint en caoutchouc ou plusieurs, de manière à le comprimer au final sur une épaisseur de 2 à 5 mm, entre le transformateur et le plancher interne. Re-fixer le tout en prenant une vis M4 x 15mm, y insérer au besoin une rondelle crantée, afin de bien réaliser la liaison à la masse mécanique du châssis.
En finition le châssis peut aussi être amorti grâce à l'utilisation de plaques de goudrons et de patte mastic.

OPTIMISATION du JOLIDA JD100H :
En comparaison à la version JD100, il comporte l'avantage d'être équipé d'un condensateur supplémentaire pour le B+, C51 installé sur la carte de sortie. Le comportement du 220V DC est donc meilleur. En revanche le CNA en U2 est un Burr-Brown PCM1732U en boîtier 28 broches CMS qui consomme plus. Il a nécessité l'adjonction d'un étage supplémentaire à AOP, circuit U3, un OPA2134U qui est alimenté sur le 12V provenant du chauffage des tubes ce qui en état n'est pas très satisfaisant. U3 doit être "upgradé" ainsi que tous ses condensateurs de couplage et polarisation. Ensuite le circuit d'amplification est quasiment identique avec toutefois une correction de la bande passante un peu + large dans les aigus.
Son optimisation au final demande donc une intervention plus importante...

Conclusion :

A l'exception du remplacement des 4 condensateurs 3,3uF de liaison tube, le nombre de composants installés dans le cadre d'une optimisation avancée varie suivant les modèles et certaines valeurs sont parfois ajustées sur mesures :
- Pour la version JD100A, 33 composants dont 2 transistors, 1 régulateur, le reste principalement en condensateur industrielle haut de gamme. (voir KIT) le niveau demandé en électronique n'est pas pour les débutants. Le temps estimé d'intervention directe pour cette optimisation est de l'ordre d'une demi-journée max.
- Pour la version JD100H, 48 composants dont 2 transistors, 2 régulateurs, 1 AOP cms, le reste principalement en condensateur industrielle haut de gamme. (voir KIT) le niveau demandé en électronique n'est pas pour les débutants. Le temps estimé d'intervention directe pour cette optimisation est de + d'une demi-journée.
- Pour la version JD100S, le nombre de composants touchés se situe entre les 2 cas précédents...
Les tubes doivent être choisis en fonction de votre système. La TUNG Sol ECC803S, la JJ ECC83S équilibrés triés haut gain, la JJ ECC803S spécification haut gain, la EI 12AX7 Elite Gold (plaque rugueuse) encore un peu + brillante, sont toutes de très bon choix. On pourra aussi utiliser du NOS Telefunken ou du GE ou Sylvania 5751WA black plate 3 space mica, pour son relief dit "tridimensionnel", ou encore autre NOS de qualité. Autre solution parfois très intéressante si vous voulez accentuer la définition ou la brillance, utiliser du 12AT7/ECC81 militaire ou industrielle fiabilisée US, Européenne ou chinoise... (voir comparatif panel 12AX7)
Au final, le relief est encore + présent grâce aux transitoires, dont ceux remontés dans les basses, mieux répartis dans la bande passante selon mon procédé de linéarisation. La qualité générale de l'ensemble est aussi améliorée grâce au gain en définition et clarté d'une optimisation classique, ainsi que le gain en rapport signal/bruit.
PS : Ne cherchant pas la routine, tous les services ne peuvent être proposés à l'infini, je ne propose donc plus d'intervention sur les JD100, merci de votre compréhension...