Brevet FR2798537A1 — publié le 20010316

L'invention se rapporte à un dispositif préamplificateur adaptateur d'impédance pour audiofréquences tubes électroniques insérable en ligne sur le trajet du signal basses fréquences dont l'alimentation haute tension serait réalisée à l'aide d'un régulateur à découpage de fréquence supérieure à 500 kilo hertz. En électronique basses fréquences, il est connu que l'adaptation d'impédance est couramment effectuée sans interface particulière entre les différents maillons de la chaîne de traitement du signal. En effet dans la majorité des cas, l'impédance de l'étage de sortie de ##l'émetteur#, et l'impédance l'étage d'entrée du ccrécepteur sont égales, gage en théorie de la meilleure transmission de puissance. Il été remarqué que de meilleurs résultats auditifs ont été obtenus lorsque "l'émetteur' présentait une impédance au moins dix fois inférieure à l'impédance du "récepteur'. L'invention par conséquent a en partie pour but d'adapter l'impédance entre "émetteur' et "récepteur"en présentant à "l'émetteur "une impédance très élevée, supérieure à 10 mÇI et en présentant au "récepteur" une impédance très basse d'une centaine d'ohms, portant ainsi le rapport impédance d'entré impédance de sortie à une valeur couramment supérieure à 100 000. il aussi connu en électronique basses fréquences appliquée à l'audio que la qualité de la tension d'alimentation influe grandement sur la qualité du signal basses fréquences traité. Il est aussi connu les tubes électroniques nécessitent une haute tension de fonctionnement, de plusieurs centaines volts et sous des courants assez faibles. Couramment la haute tension continue nécessaire a leurs fonctionnement est produite par un dispositif d'alimentation élévateur / redresseur / filtreur de tension. s'agit classiquement d'un dispositif métant en oeuvre un transformateur, un pont de diodes et condensateur, alimenté par la tension alternative du réseau EDF (à une fréquence de 50 hertz). Or le parfait filtrage de l'ondulation résiduelle apres redressement de la tension alternative du secteur étant impossible, il en résulte une pollution de la haute tension continue appliquée généralement aux anodes des tubes électroniques par la superposition d'une ondulation résiduelle à la fréquence de 100 hertz. Celle ci est issue de la tension d'alimentation. Il s'en suit que cette ondulation résiduelle se retrouve en partie non négligeable sur le signal audio basses fréquences traité par le dispositif préamplificateur, alimenté par le dispositif d'alimentation précédemment décrit. On remarque aussi une tendance des dispositifs de redressement / filtrage des tensions d'alimentations, généralement composés d'éléments résistifs et capacitifs, limiter l'aptitude des dispositifs de traitement du signal audio qu'ils alimentent à reproduire sans distorsions et sans atténuations les fréquences graves. Le dispositif, selon l'invention, étant alimenté par une haute tension issue d'un régulateur à découpage alimentant un montage élévateur de tension comme une pompe de charge ou un transformateur et fonctionnant à une fréquence d' au moins 50 fois la limite supérieure du spectre audible (soit 50 * 20 kilo hertz kilo hertz), échappe au problème de pollution du signal audio dans la partie audible du spectre ainsi qu'a celui de l'inaptitude de reproduction des basses fréquences. En effet dans le cas du dispositif décrit dans le cadre cette invention, la fréquence fondamentale de l'ondulation résiduelle se situant à 500 kilo hertz, il n' pas à craindre de pollution sensible pour l'oreille humaine dans la bande audible du spectre c'est à dire entre 20 hertz et 20000 hertz. Couramment les chaînes de traitement du signal basses fréquences comme les studios d'enregistrements, les installations de régie (mobiles ou non), les dispositifs de prise de son, les boucles de monitoring , les installations haute fidélité de contrôle, les installations haute-fidélité domestiques, les installations haute fidélité au sein des véhicules (terrestres, aériens et maritimes), les installations haute fidélité de "Home cinéma", les installations haute fidélité issues des ordinateurs, des stations multimédia (c'est à dire qui comprennent une sortie audio et des enceintes ou consoles de contrôle) sont soumisent aux problèmes d'adaptation d'impédance décrit plus haut, de manière d'autant plus importantes que ces "chaînes de traitement du signal basses fréquences" sont composées de maillons actifs tous reliés dans la majorité des cas par de très importantes longueurs de câble, engendrant une baisse très sensible niveau de qualité du signal basse fréquence à traiter par la présence de "pertes d'insertion" et capacités parasites" d'autant plus importante que les càbles reliants les différents éléments de .chaînes de traitement du signal" sont longs. Le dispositif selon l'invention à donc pour but d'agir comme dispositif abaisseur d'impédance. De plus dans tout ces cas ou un dispositif adaptateur d'impédance spécifique est plus que bien venu se pose de manière très générale le problème de l'encombrement. La majeure partie des "amplis lignes" sont de dimensions importante et nécessite d'être monté habituellement dans une armoire technique . Le dispositif selon l'invention étant alimenté par une alimentation à découpage de petite dimension peut, suivant un mode particulier de réalisation, prendre place dans un boîtier de la taille d'un paquet cigarettes cartonné, l'entrée du signal audio basses fréquences se faisant à l'une des extrémités boîtier aménagée en "entrée audio" et la sortie se faisant à l'autre, aménagée en "sortie audio'l. Il est donc prévu pour se disposer en ligne sur le trajet du signal et ne nécessite pas d'installation fixe particulière ni de mise en rack. Suivant un autre avantage d'application de l'invention, dans le cas des ordinateurs et des stations multimédia audiovidéo en particulier, le signal basses fréquences, tout d' abord codé en numérique est décodé en analogique. Ce dispositif convertisseur numérique / analogique est dénommé carte son . L'étage de sortie de la "carte son" vers les autres maillons de la chaîne de traitement du signal est généralement réalisé autour d'un ampli opérationnel connu pour sa musicalité assèche,,, favorisant certains groupes d'harmoniques à dominantes impaires plutôt désagréables à l'écoute pour l'oreille humaine. Le dispositif suivant l'invention, se substitue aux étages de sortie des cartes son des ordinateurs en réalisant l'adaptation d'impédance, jusqu'alors généralement effectuée par des dispositifs à semi- conducteurs indifferemment intégrés ou non, grâce à un dispositif à tube électronique, composant connu par les amateurs audiophiles" pour sa capacité à favoriser certains groupes d'harmoniques à dominantes paires, procurant "l'écoute" une sensation d'ouverture, de douceur, et d'aération du message musical propres aux électroniques à tubes. La description ci après avec référence aux dessins, rendra le fonctionnement et les avantages de l'invention plus explicite. Dans le schéma synoptique FIG(A) de la planche (1/3) est représenté de manière très générale la chaîne de traitement (1) du signal analogique audio basses fréquences couramment rencontrée dans differantes applications qui vont être décrites. L'émetteur (2) représente toute sources analogiques d'impedance de sortie varisble ou interface basses fréquences dans lesquelles ou desquelles transitent ou sont émis des signaux basses fréquences soit par exemple un lecteur de compact disque, un lecteur de cassette audio digitale (DAT), un lecteur de minidisque un lecteur cassette analogiques, une platine vinyle, une carte son d'ordinateur, une console de mixage, un dispositif d'effet audio, un dispositif de compression , un microphone d'enregistrement, une boite de direct , combiné autoradio, ....Le récepteur (3) désigne de manière toute aussi générale n'importe quel maillon audio intermediaire à impédance d'entée variable recevant ou se faisant traverser par un signal basse fréquence issue d'un émetteur source : il peut s'agir d'un amplificateur basses fréquences de puissance, d'un préamplificateur, d'une "boite de direct". d'une enceinte amplifiée d'ordinateur ou de contrôle, d'une table de mixage, de l'entrée d'un carte d'acquisition sonore d'ordinateur ....... La réference (5) désigne liaisons câblées reliant les différents maillons analogiques de la chaîne de traitement du signal basses fréquences. L'invention (4) s'intercale en ligne sur le tajet du signal audio basses fréquences entre "l'émetteur" et le "récepteur". Le synoptique de FIG (B) fait apparaître les différents sous-ensembles constitutifs l'invention. Un dispositif préamplificateur à tube électronique (6) est alimenté en haute tension continue produite par l'application d'une basse tension continue (7) sur un dispositif intégré de régulation découpage de fréquence de fonctionnement supérieure à 500 kilo hertz (8) alimentant un dispositif élévateur de tension (9). Dans ce particulier de réalisation, le signal audio basses fréquences est appliqué en entrée du dispositif préamplificateur (10) sur la grille du tube électronique situés au sein du dispositif (6) puis .ressort" une fois préamplification effectuée par le montage, par la cathode du tube à vide (11). Afin de mieux expliquer l'utilité et le fonctionnement de l'invention, un mode particulier de réalisation destiné aux stations informatiques audio vidéo est décrit ci- après : Selon le mode particulier de réalisation décrit sur la FIG (C), le dispositif, régulateur à découpage (8)- dispositif élévateur de tension (9)-dispositif préamplificateur audio (6), prend place dans un boîtier de petite dimension 2) suivant ce mode particulier de réalisation. Une partie de ce boîtier est évidée (13) afin de laisser apparaître le tube électronique (14), laissant filtrer le rougeoiement des filaments (15). L'extrémité (16) boîtier(12) est prolongée par un câble blindé (17) à deux conducteurs dans ce mode particulier de réalisation, amovibles ou non via un connecteur, à l'extrémité duquel se trouve un connecteur de type "jack stéréo" (18) dans ce mode particulier de réalisation, destiné à être connectée aux sorties audio ordinateurs (19) : il s'agit de l'entrée (18) du dispositif préamplificateur audio selon l'invention. A l'extrémité (20) du dispositif selon l'invention, prend place un connecteur bipolaire (21) destine à recevoir connecteur amovible (22) issue d'un dispositif abaisseur de tension (23) connectable au secteur dans mode particulier de réalisation et faisant office de source de tension : il s'agit du dispositif alimentant le dispositif selon l'invention. A l'extrémité (20) prend aussi place un connecteur (24) stéréophonique : s'agit de la sortie du dispositif préamplificateur audio décrit selon l'invention. Un connecteur amovible de type "jack stéréophonique " (25) dans ce mode particulier de réalisation se connecte sur (24). (25) relie la sortie (24) du système selon l'invention aux enceintes acoustiques de controle (26) le suivant. Le fonctionnement du circuit d'alimentation de la FIG (D) va maintenant être décrit. La basse tension d'alimentation 'issue du dispositif abaisseur (23) est appliquée sur la broche (27) du régulateur à découpage intégré (28), une tension commutée à la fréquence de 500 kilo hertz ou superieure est produite par l'oscillateur interne du régulateur (28) et est disponible sur la broche (29). La self (30) sert stockage du courant. La tension disponible en (29) est alors appliquée à un dispositif élévateur de tension externe (32), dans ce mode particulier de réalisation, une pompe de charge multiplicatrice de tension composée diode de commutation/capacité. Ce multiplicateur de tension peut tout aussi bien être remplacé par un transformateur ou un montage de fonction equivalente équivalent. En sortie de la pompe de charge (33) une capacité (37) fixe le potentiel de la haute tension nouvellement élevé et un pont diviseur constitué des résistances (35) et (35) ramène une partie de la tension de sortie du dispositif élévateur sur le broche de contre réaction (36) du régulateur à découpage (28), fixant ainsi la tension commutée disponible en sortie de la première diode (31) à son maximum, nécessairement superleur quelques volts à la tension d'alimentation appliquée en (27). Une capacité (38) stabilise le potentiel disponible sur la cathode de la premiere diode du dispositif élevateur au point (31). Le potentiel de haute tension de plusieurs centaines de volts est stabilisé en sortie du dispositif élévateur de tension la capacité (37). La haute tension disponible en (33) est appliqué, dans ce mode particulier de réalisation en (39) aux anodes tubes électroniques composant le dispositif de traitement du signal audio basses fréquences. Le fonctionnement la partie dédiée au traitement du signal audio FIG (D) va être décrite dans paragraphe ci-dessous. Il s'agit, dans ce mode particulier de réalisation d'un suiveur cathodique réalisé à partir de tubes électroniques doubles triodes. Du point de vue statique la haute tension de quelques centaines de volts est appliquée sur les anodes (39) des tubes électroniques. Les grilles(40) des tubes électroniques sont polarisées suivant les recommandations de mise en oeuvre spécifiques aux types de tubes électroniques utilisés. Cette polarisation par rapport aux cathodes (41) est effectuée grâce au réseau de résistances (41), (42), (43). Les capacités (44) et (45) éliminent un léger "bruit", résiduel de l'alimentation à découpage, décelable à l'oscilloscope. La capacité d'entée (46), en série sur le trajet du signal basse fréquence isole le maillon connecté en (47) de la tension continue présente sur la grille en (40). La résistance (59) positionne l'entrée du montage par rapport à la masse. La capacité (48) isole les dipositifs connectés la sortie du montage (49) de la haute tension présente sur les cathodes (50). En alternatif, le fonctionnement du dispositif, suiveur cathodique dans ce mode particulier de réalisation est le suivant : Le signal audio basses fréquences, assimilable à une tension alternative est appliqué en entrée (47 ) ou il traverse la capacité (46), perméable en alternatif, pour engendrer des variations de potentiel sur la grille (40) du tube électronique. La modulation du potentiel de grille engendre une variation du courant cathodique. Le signal, ayant subit l'amplification encourant est prélevé sur cathode (50) au moyen du condensateur (48). L'armature au plus bas potentiel du condensateur (48) reliée à la sortie (24) de la FIG (C) / planche (113) du dispositif selon l'application particuliére de l'invention. Il s'agit de la sortie audio du dispositif préamplificateur. La FIG (E) précise la place prise par le dispositif selon l'invention précédemment décrit, dans le cas de son insertion dans une chaine de traitement du signal audio basses fréquences, constituée d'un ordinateur (51) de cables (52) et d'une paire d'enceintes amplifiées (53). Le signal audio basses fréquences issue de la "carte son" de l'ordinateur est destiné à moduler les enceintes amplifiées. Il traverse le dispositif qui selon l'invention, présente à "l'émetteur" c'est à dire carte son " de l'ordinateur une impédance d'entrée très élevée et présente au "récepteur' c'est à dire les enceintes acoustiques dans ce mode particulier de mise en oeuvre une impédance de sortie très basse. Il est à noter que le dispositif selon l'invention aurait tout aussi bien pu être inseré entre un dispositif d'acquisition comme un microphone par exemple et l'étage d'entrée de la "carte son". Suivant un autre mode particulier de réalisation le dispositif selon l'invention peut être intégré aux "cartes son" des ordinateurs pourvu d'interfaces audio / vidéo. Le schéma visible sur la FIG (F) représente l'organigramme des différents sous ensembles du dispositif qui va être décrit dans les lignes suivantes. La partie de l'ordinateurs audio / vidéo (51) dénommées "carte son" (54) est un sous ensembles destiné, via un bus de communiquatîon (55), à permettre l'acquisition et la restitution par l'ordinateur de données analogiques comme des signaux audio basses fréquences dans le dispositif qui nous préoccupe : Les "cartes sons" permettent la communication de l'extérieur vers l'intérieur de l'ordinateur et réciproquement. Le sous ensemble (56) est un convertisseur réversible numérique / analogique et analogique / numérique. Il a, dans un sens, de l'intérieur de la carte mere (57) de l'ordinateur hôte de la "carte son" (54) vers l'extérieur, pour fonction la conversion en signaux analogiques de grandeurs numériques codant des variations d'intensité en fonction de la fréquence, caractéristiques des signaux audio basses fréquences traité. Il a, dans l'autre sens, pour fonction le codage en signaux numerique des signaux audio basses fréquences analogiques issu des diversdispositifs d'acquisitions. Le dispositif est le sous ensemble préamplificateur à tubes électroniques qui traite le signal audio issue du dispositif convertisseur (56). Le dispositif préamplificateur (6) étant le dernier dispositif traversé par le signal audio basses fréquences, est appelé "étage de sortie de la carte son". Les anodes des tubes électroniques composant le dispositif préamplificateur (6), sont alimentées par une haute tension de plusieurs centaines de volts issue du dispositif élévateur de tension (9) même alimenté par le régulateur à découpage représenté en (8). Le régulateur à découpage peut être de manière non limitative alimenté une basse tension continue ou non prélevée sur l'alimentation principale (58) de l'ordinateur hôte (53). fonctionnement du point de vue du traitement du signal audio du système décrit sur la planche (313) est le suivant. Lors d'un processus d'acquisition, le sinal analogique audio basses fréquences est appliqué à la carte son (54) via le bus (55). Il attaque le dispositif preamplificateur à tube adaptateur d'impédance (6) "intégré à la carte son". Le signal une fois preamplifié par (6) est codé en numerique par le convertisseur (56). Une fois au format numérique, il est ensuite traité par la carte mère de l'ordinateur hôte.Lors d'un processus de restitution le signal audio numerique tout dabord converti en signal audio basses fréquences par le convertisseur (56). Le signal est ensuite préamplifié par le dispositif selon l'invention (6) puis disponible sous forme analogique en sortie de la carte , c'est à dire sur le bus (55). Une autre application spécifique aux automobiles est briévement décrite dans les lignes suivantes.En effet dans les véhicules terrestres les longueurs de cable posent de sensibles problémes d'adaptation d'impédances. Les longueurs importantes de cable de modulation, inhérentes aux instalations audiomobiles ne constituent plus un handicap quelque soit la localisation des maillons de la chaine de reproduction amont, l'impédance d'entrée très élevée du dispositif selon l'invention permet à la source, (lecteur cd...) de s'exprimer plus librement, comme si elle fonctionnait sans charge. En aval, sa basse impédance de sortie lui permet d'attaquer en "courant" (ampérage) l'amplificateur même éloigné. De plus dans l'application décrite ici il remplace avantageusement l'étage de sortie de tout convertisseur en substituant notamment à son atténuateur numérique un potentiométre analogique motorisé. Le dispositif selon l'invention fonctionne en étant alimenté par la baterie du vehicule. Revendications Dispositif préamplificateur audiO a tubes électroniques caractérisé en ce qu'il comprend module préamplificateur à tubes électronique (6). - un module régulateur à découpage haute fréquence (8). - Un module élévateur de tension (9) alimentant en haute tension continu le module (6). Dispositif préamplificateur audio à tubes électroniques selon la revendication (1) caractérisé ce que le module élévateur de tension (9) est une pompe de charge composée de résistances et de condensateurs. Dispositif préamplificateur audio à tubes électroniques selon la revendication (1) caractérisé ce que le module élévateur de tension (9) est un transformateur. Dispositif préamplificateur audio à tubes électroniques selon la revendication (1) caractérisé ce que la fréquence du dit régulateur à découpage (8) est superieure à kilo hertz.