Connectique > Symétrique / asymétrique

Dernière mise à jour : 26/08/2012

Voir aussi Connecteurs BF, Câbles et transitions, Les entrées BF, Impédance

Présentation

Les liaisons audio asymétriques et symétriques servent toutes deux à transporter un signal électrique représentatif d'une modulation audio, d'un point à un autre. La liaison asymétrique est largement utilisée dans le domaine grand public, alors que la liaison symétrique est largement utilisée dans le domaine professionnel. Ce paragraphe parle des différences fondamentales entre ces deux modes de liaison.
Remarque : bien que le présent article n'aborde que le domaine audio, les liaisons asymétriques ou symétriques ne sont pas limitées à cet usage. On les trouve aussi dans le domaine vidéo, informatique et transport de données.

Liaisons asymétriques (unbalanced)

Les liaisons asymétriques sont largement utilisées dans le domaine grand public parce que l'electronique nécessaire à leur mise en oeuvre est plus simple et coute moins cher que l'électronique nécessaire à l'élaboration de liaisons symétriques. En revanche, ce type de liaison est plus sensible aux perturbations exterieures (parasites, champs électromagnétiques) et n'est pas recommandé pour des distances longues. Dans ce mode de liaison, le signal électrique à véhiculer peut être transporté par un câble bifilaire standard (ligne téléphonique par exemple) ou par un câble blindé coaxial, qui posséde deux conducteurs : un premier (âme) qui sert à véhiculer le signal électrique audio, et un second (masse), tressé autour du premier, qui joue le rôle de protection contre les parasites externes, mais aussi de référence et de "retour" pour le signal audio.

Cable asymetrique

A retenir : en asymétrique, un seul conducteur est utilisé pour transporter le signal audio, par rapport à un deuxième fil de référence qui est la masse.


Un signal audio acheminé par un câble asymétrique est beaucoup plus susceptible d'arriver avec des parasites gênants à sa destination finale.

Connectique asym 001a

Remarque : il existe plusieurs types de câbles coaxiaux, certains destinés au domaine des basses fréquences (câble pour microphone par exemple), d'autres destinés au domaine des hautes fréquences (câble d'antenne TV par exemple). Ces derniers ne peuvent pas être utilisé pour l'audio, tout comme les premiers ne peuvent l'être pour les hautes fréquences. De la qualité du câble et de la qualité du câblage dépendra la qualité de transfert des signaux audio. Ceci est d'autant plus vrai que les signaux audio à véhiculer sont de faible amplitude (en provenance de microphones par exemple), et que les câbles sont de grande longueur. Et malheureusement, même un très bon blindage n'assurera jamais une protection totale contre les parasites extérieurs (rayonnements électromagnétiques), et la protection sera de moins en moins efficace au fur et à mesure que la longueur de câble augmentera. Retenons simplement que l'usage de câbles asymétriques est parfaitement possible dans un home studio ou dans un studio professionnel, dès l'instant où l'environnement est "propre" d'un point de vue électrique et électromagnétique, mais qu'il est plus que recommandé (si ce n'est obligatoire) d'utiliser des liaisons symétriques dans un environnement fortement perturbé (scène par exemple).
Quelques exemples d'entrées et de sorties asymétriques

Liaisons symétriques (balanced)

Les liaisons symétriques sont plus complexes à mettre en oeuvre mais procurent un haut degré de protection contre les perturbations exterieures. Comme elles sont plus complexes et plus chères à élaborer, on les retrouve principalement dans le domaine professionnel, où le coût d'une installation est le plus souvent un critère secondaire (après celui de la qualité). Dans ce mode de liaison, le signal électrique à véhiculer est transporté simultanément sur deux fils A et B. Dans ce cas, le signal audio transitera entre ces deux conducteurs, le conducteur de masse jouant vraiment un rôle plus dédié, celui de protection contre les parasites, le signal audio ne devant plus y circuler en "retour" (enfin en temps normal).

Cable symetrique

Chacun de ces deux fils reçoit la même tension électrique mais en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, et un troisième fil de masse sert de blindage. Si par rapport à la masse, le signal électrique augmente sur le fil A, il diminue sur le fil B. D'un point de vue électrique et mathématique, on peut écrire que B = -A.

Connectique sym 001b

A retenir : en symétrique, deux conducteurs sont utilisés pour transporter le signal audio. Un fil de masse peut y être ajouté mais il n'est pas obligatoire (bien que conseillé).


Un signal audio acheminé par un câble symétrique est beaucoup plus susceptible d'arriver "intact" à sa destination finale, si la source et si le récepteur sont tous deux en symétrique ! Celà peut sembler idiot de le préciser, mais pourtant, certaines personnes pensent que l'usage de câble symétrique améliore toujours les choses, même pour raccorder des équipements de type asymétrique (celà est possible mais demande un câblage spécifique, voir paragraphe Masse flotante à la page Câbles - Transistions). Pour donner un ordre d'idée, il est possible d'utiliser un câble de 100 mètres en symétrique, là ou la longueur de câble aurait été limitée à quelques mètres pour une liaison asymétrique (et encore, avec du bon câble), et ce pour des signaux audio d'amplitude identique. Il est faux de penser que les conducteurs centraux d'un câble symétrique reçoivent moins de parasites que le conducteur central d'un câble asymétrique. En fait, les deux câbles centraux d'un câble symétrique recoivent tous deux la même quantité de parasites, et c'est grâce à cette particularité que ces parasites peuvent être facilement annulés comme cela sera vu plus loin. Mais il est vrai aussi que la comparaison est difficile à fairer, car il existe différentes qualités de câbles asymétriques et symétriques, et parfois cela s'entend très bien au bout de 20 mètres de câble, même symétrique !
Quelques exemples d'entrées et de sorties symétriques

Symétrique = meilleur qualité ?

Le transport d'un signal BF en symétrique n'apporte rien à la qualité du signal de départ, mais va trouver tout son interêt dans la réception dudit signal, c'est à dire au niveau de l'entrée de l'équipement qui va le réceptionner, si les équipements émetteur et récepteur sont distants l'un de l'autre. Il est absolument ridicule de vouloir symétriser une liaison entre une platine CD et un ampli BF si la distance qui les sépare n'est que de 50 cm ! Dans le pire des cas, une symétrisation de la liaison peut même déteriorer le signal plus que le protéger.

Important :
- Une liaison symétrique n'a d'interêt que si la sortie et l'entrée qui sont reliés ensemble sont toutes deux de type symétrique.
- Relier deux équipements symétriques avec un câble asymétrique annule tout bienfait de la symétrie.

Exemple pratique

Prenons un exemple concret, où deux câbles de 30 mètres chacun sont utilisés cote à cote pour transporter le même signal audio provenant d'un microphone positionné sur une scène de spectacle, vers une console de mélange et vers un enregistreur audio situés tous deux à 25 mètres. Un des deux câbles est de type asymétrique (c'est celui qui va vers l'enregistreur), l'autre est de type symétrique (c'est celui qui va vers la console). Passons volontairement sous silence la façon dont l'unique source va attaquer simultanément les deux câbles, précisons simplement que le "séparateur" (splitter) de signal qui va permettre cela possède une entrée symétrique (sur laquelle y est connecté le microphone), une première sortie asymétrique et une seconde sortie symétrique, et que sur ces deux sorties nous disposons bien de deux signaux identiques et de même amplitude (hormis bien sûr leur type asym. ou sym.). Maintenant, regardons ce qui se passe sur les câbles du côté de l'enregistreur et de la console de mélange, au moment même où un parasite violent vient de se produire sur le secteur suite à la mise sous tension simultanée de plusieurs projecteurs (comme par hasard, les câbles d'alimentation secteur des projecteurs passe à un mètre et en parallèle des deux câbles mentionnés ci-avant, ce qu'on évite en pratique...). Le parasite violent se propage dans les airs par rayonnement électromagnétique, puis l'onde électromagnétique parvient aux deux câbles BF, qui en reçoivent tous deux la même quantité. Le champ électromagnétique imprègne les câbles et occasionne le passage d'un courant, ce qui se traduit par l'apparition d' une impulsion électrique. Manque de bol, le parasite a une amplitude identique à celle du signal utile, ce qui pourrait être visualisé ainsi sur la liaison asymétrique :

Cable asymetrique Un câble blindé à un conducteur central est utilisé pour assurer la liaison vers l'enregistreur audio. 
Parasite sur liaison asym. 001 Le parasite affecte le conducteur central qui véhicule le signal A.

et qui pourrait être visualisé ainsi sur la liaison symétrique :

Cable symetrique Un câble blindé à deux conducteurs centraux est utilisé pour assurer la liaison vers la console de mixage. 
Parasite sur liaison sym. 001 Le parasite affecte de la même façon les deux conducteurs centraux qui véhiculent les signaux A et B, parce que ces deux conducteurs sont physiquement proches l'un de l'autre.

Bien sûr, la masse des deux câbles (qui sont tous deux blindés) est censée empêcher de tels parasites d'arriver sur les conducteurs électriques qui transportent le signal. Mais rien ni personne n'est parfait, et une petite partie du parasite arrive tout de même à se faufiler avec le signal utile (celui délivré par le micro). Et comme le signal du micro est faible et qu'il faut l'amplifier, le petit parasite qui l'accompagne deviendra grand lui aussi, et il risque de s'entendre ! Alors maintenant, regardons de plus près ce qui se passe dans l'enregistreur (avec entrée asymétrique) et dans la console de mixage (avec entrée symétrique).

Côté asymétrique
Le signal provenant du micro (sur un seul fil par rapport à la masse, rappelons-le) va être pris tel quel et amplifié. Le petit parasite qui s'est superposé au signal utile, est amplifié dans les mêmes proportions, et s'entend donc au final très bien.

Parasite sur liaison asym. 001b A l'arrivée, le parasite est toujours présent, et sera traité de la même façon que le signal utile A.

Côté symétrique
Les signaux provenant du micro (sur deux fils toujours et en opposition de phase) vont subir une petite opération mathématique. Heureusement, cette opération se résume à une soustraction, ce que peuvent aisement réaliser de simples amplificateurs opérationnels (encore heureux qu'aucun microprocesseur ou DSP ne soit nécessaire pour ce genre de calcul). Effectuons donc la soustraction du signal électrique qui arrive sur le fil A, avec le signal électrique qui arrive sur le fil B.

Desymetrisation

Que se passe-t-il ? Et bien, comme les deux signaux d'entrée A et B sont identiques et en opposition de phase, ils s'additionnent, tout simplement ! L'opération A-B est en effet équivalente à l'opération A+A, puisque B = -A. Et le parasite ? Et bien lui, est arrivé simultanément sur les deux fils A et B, avec la même polarité (ou phase, si on peut parler ainsi). Donc la soustraction va aboutir à son annulation pure et simple ! Notons au passage la présence d'un pont diviseur résistif divisant la tension A-B par deux, qui permet de retrouver une amplitude égale à celle que l'on avait au départ. Sans cet atténuateur, nous aurions un gain de 6 dB.

Parasite sur liaison sym. 001b A l'arrivée, le parasite est toujours présent sur les deux signaux utiles A et B. Mais après désymétrisation (signal A-B), le parasite à disparu ou tout du moins a été très fortement atténué, et il ne reste que le signal d'origine "propre".

Précision de la désymétrisation
Il est très difficile d'obtenir une symétrie / désymétrisation parfaite, tant du point de vue électronique, que du point de vue câblage, et le petit parasite ne sera que très rarement totalement éliminé. Mais l'atténuation est tellement importante (au minimum de 1000, ce qui correspond à -60 dB) qu'elle convient tout à fait à ce que l'on souhaite obtenir : un signal utile le plus propre possible au final, c'est à dire dans notre exemple au stade de l'enregistrement. Alors oui, on peut dire que l'on garantit une meilleure qualité de transport du signal audio quand la liaison est de type symétrique.

Passage de symétrique à asymétrique (et inversement)

Bien que le passage d'un mode symétrique à asymétrique ou l'inverse ne soit pas conseillé, il est bien des cas où on ne peut pas faire autrement. Heureusement, il existe des façons de faire qui parfois donnent des résultats potables.

Passage d'asymétrique en symétrique
Ce type de conversion est requis quand on veut relier un équipement dont la sortie audio est de type asymétrique (synthétiseur ou guitare par exemple), sur une console dont l'entrée à exploiter est de type symétrique, et que la distance entre les deux équipements est importante. Et c'est surtout vrai s'il s'agit d'une utilisation sur scène, par définition plus sujette aux perturbations électriques. La liaison symétrique va permettre de renforcer la robustesse du signal audio transmis, contre les agressions externes. Pour être pleinement efficace, la conversion doit s'effectuer côté émetteur (équipement qui délivre le signal audio). Ainsi, la section du transport effectuée en asymétrique est réduite au minimum. Une telle conversion peut être assurée de façon active (avec un équipement qui requiert une alimentation) ou de façon passive (avec un simple transformateur BF). L'équipement le plus connu pour assurer cette transformation est la boîte de direct, appelée aussi DI ou DI box, on en trouve à des prix très variable (premier prix à 10 euros, mais on en a pour son argent). Si vous êtes bricoleur, vous pouvez vous fabriquer vous-même un tel équipement (voir ci-après).

Passage de symétrique en asymétrique
L'interêt de ce type de conversion parait moins évidente à première vue, n'est-ce pas ? Pourtant, il existe des situations où l'on doit raccorder une sortie symétrique sur une entrée asymétrique. Si l'on utilise un câble symétrique pour effectuer la liaison, ça ne sert à rien, car le récepteur (équipement qui reçoit le signal audio) dont l'entrée est asymétrique, empêche de profiter de la symétrie du câble, la liaison se fait en asymétrique. Pour être pleinement efficace, la conversion doit s'effectuer côté récepteur. Ainsi, la section du transport effectuée en asymétrique est là aussi  réduite au minimum.

Quel appareil utiliser pour effectuer la conversion, dans un sens ou dans l'autre ?
Il existe des équipements tout fait répondant à ce besoin. On les appelle des boîtes de direct (symétrisation seulement), des symétriseurs ou désymétriseurs de ligne, des amplis de ligne ou parfois même des distributeurs audio, même si ces deux dernières appellations ne laissent pas vraiment transparaitre la notion de symétrie (tout simplement parce qu'elle n'est pas systématique). Certains équipements sont dotés à la fois d'entrées et de sorties asymétriques et symétriques afin de pouvoir être utilisés de façon plus universelle. Si vous êtes un peu bricoleur, vous pouvez parfaitement réaliser de tels appareils, qui peuvent être de type entièrement passif (simples transformateurs BF) ou de type actif (avec électronique). Jetez voir un oeil à la page Réalisations, notemment les pages Boîte de direct 001 (passive) ou boîte de direct 002 (active), Symétriseur audio 006 et Désymétriseur audio 005.

Asymétrique = haute impédance et symétrique = basse impédance ?

L'impédance est-elle liée au mode de transport asymétrique ou symétrique ?
Voilà comment m'est arrivée cette question, brut de fonderie.
La réponse à cette question est "globalement non". On peut en effet concevoir une entrée asymétrique en basse ou haute impédance, et on peut de la même façon concevoir une entrée symétrique en basse ou haute impédance. Il est vrai que l'on rencontre plus souvent une impédance un peu plus élevée pour les entrées asymétrique grand public (souvent entre 10 kO et 47 kO) que pour les entrées symétriques professionnelles (plus souvent de l'ordre de 10 kO). Sur les tables de mixage grand public, les entrées micro (jack mono 6,35 mm) sont de type asymétrique et présentent une impédance d'entrée comprise entre 150 ohms et 1 kO. C'est une fourchette de valeurs qu'on retrouve sur les entrées micro symétriques (en XLR) des consoles audio professionnelles. Pour ce qui est des entrées dites "instrument", c'est un cas un peu à part pour lequel l'impédance est toujours élevée, entre 470 kO et 3 MO, d'où son autre appellation "Hi-Z" (ce type d'entrée est toujours asymétrique, même sur les équipements professionnels).
Une sortie (asymétrique ou symétrique) se fait quasiment toujours en basse impédance car le transfert du signal audio s'effectue le plus souvent en tension et non en puissance. Il fut une époque où le transfert pouvait se faire en puissance sur une impédance caractéristique de 600 ohms, mais c'est un autre débat (cela était surtout vrai pour les équipements audio équipés de transformateurs audio de type "ligne").

Dénomination des câbles et des connecteurs

Un même type de connecteur peut servir à plusieurs usages, c'est le cas par exemple du jack 6,35 mm à trois conducteurs (TRS) qui peut aussi bien servir à une liaison mono symétrique qu'à une liaison stéréo asymétrique.

Mono
Câble à deux conducteurs : âme centrale + Masse

Stéréo
Câble à trois conducteurs : âme pour voie Gauche + Ame pour voie Droite + Masse

Asymétrique (= Unbalanced)
Câble à deux conducteurs : âme centrale + Masse (= Mono)

Symétrique (= Balanced)
Câble à trois conducteurs : Conducteur pour point chaud + Conducteur pour point froid + Masse

TS / TRS (Jack Mono / Jack Stéréo)
TS = Tip Sleeve - Tip = SIGNAL+, Sleeve = masse / blindage.
TRS = Tip Ring Sleeve - Tip = SIGNAL+, Ring = SIGNAL-, Sleeve = masse / blindage.
- Jack 6,35 mm stéréo pour casque (TRS, 3 points de connexion à raccorder)
- Jack 6,35 mm mono pour instrument (TS, 2 points de connexion à raccorder)
- Jack 6,35 mm stéréo pour insert (TRS, 3 points de connexion à raccorder, généralement Tip pour SEND et Ring pour RETURN, mais ça peut être l'inverse)
- Jack 6,35 mm stéréo pour liaison symétrique (TRS, 3 points de connexion à raccorder, Tip pour SIGNAL+, Ring pour SIGNAL- et Sleeve pour la masse)

Existe-il une différence entre câblage mono, stéréo, asymétrique et symétrique ?
Il faut bien faire attention à ne pas confondre Mono avec asymétrique et stéréo avec symétrique. Le terme stéréo indique simplement que deux voies audio (Gauche et Droite) sont transportées en même temps à l'aide de deux câbles séparés (tout du moins en analogique, car c'est différent en numérique). Les termes asymétrique et symétrique désignent la façon de transporter le signal audio. On peut donc trouver :
- un câblage Mono Asymétrique (deux fils en tout, dont un fil de masse)
- un câblage Mono Symétrique (trois fils en tout, dont un fil de masse)
- un câblage Stéréo Asymétrique (trois fils en tout, dont un fil de masse)
- un câblage Stéréo Symétrique (cinq ou six fils en tout, selon qu'on dispose d'un seul fil de masse ou de deux fils de masse, on utilise le plus souvent une XLR 5 points).
Remarque : si en théorie un câble stéréo peut servir pour véhiculer un signal mono symétrique, et si toujours en théorie un câble symétrique peut transporter un signal stéréo, cela n'est pas conseillé car les cordons sont de constitution différente. Alors que le câble stéréo fait appel à deux câbles blindés à un conducteur central fixées côte à côte et scindables (on peut les séparer à la main), il n'en n'est pas de même pour un câble symétrique qui est constitué d'un seul câble blindé à deux conducteurs centraux, que l'on ne peut pas séparer pour souder sur deux connecteurs séparés (à moins de bricoler bien sûr). La logique est en réalité fort simple : la stéréo fait quasiment toujours appel à deux connecteurs à chaque extrémité, alors que le symétrique fait quasiment toujours appel à un seul connecteur à chaque extrémité. De plus, alors qu'avec un câble stéréo asymétrique on cherche à bien séparer les deux fils GAUCHE et DROITE pour limiter la diaphonie, avec un câble mono symétrique on cherche au contraire à coupler le plus possible les deux fils SIGNAL+ et SIGNAL- pour un meilleur "couplage à l'identique" des parasites (c'est pourquoi des câbles torsadés donnent de meilleurs résultats de réjection de parasites en mode symétrique). Et du fait de l'utilisation de liaison exclusivement asymétriques en grand public, vous ne trouverez guère de câbles ou connecteurs symétriques chez les revendeurs TV / HiFi ou dans les grandes surfaces. Pour celà, il faut aller voir du côté des revendeurs de composants électroniques, des revendeurs spécialisés en câbles, ou chez les distributeurs de matériels audio-vidéo professionnels (TV, radios, spectacles).

Autre lien utile

http://voyard.free.fr/textes_audio/sym_asym/sym_asym.htm