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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...