Electronique > Réalisations > Mélangeurs > Mélangeur audio passif 005 (8 entrées symétriques)

Dernière mise à jour : 27/03/2011

Présentation

Cet article décrit comment effectuer la sommation de plusieurs sources audio provenant de sorties symétriques. Je me suis fortement inspiré des articles écrits en anglais par Dave ("NewYorkDave"), qui se manifeste de façon for agréable et professionnelle sur les forums de Prodigy. Vous trouverez donc ici plutôt une traduction et quelques (re)touches personnelles, plutôt qu'un descriptif de découvertes ou mises en oeuvres qui ne sont pas de moi (j'ai déjà réalisé plusieurs mélangeurs passifs asymétriques mais jamais de mélangeurs passif symétrique au moment de l'écriture de ces lignes). Trois schémas sont proposés :
- Schéma 005 : version 8 voies mono
- Schéma 005b : version 2 voies mono avec une voie commutable à distance (via relais)
- Schéma 005c : version 16 voies mono avec sortie stéréo, ajustage niveau et "pan" sur chaque entrée

Avant toute chose...

Une sommation passive de signaux audio implique obligatoirement une perte de niveau assez conséquente, que le transport s'effectue en asymétrique ou en symétrique n'y change rien. Vous devrez donc surement utiliser une entrée ayant suffisement de gain (entrée micro ou entrée ligne avec une bonne réserve) pour raccorder la sortie de ce mélangeur.
Important : chaque entrée devra se voir appliquer un signal niveau ligne, vous ne pouvez pas utiliser ce mélangeur pour mixer plusieurs microphones, ni dynamiques, ni électrostatiques !

Schéma 005 - Version 8 entrées

Le voici donc. Comme vous pouvez le constater, seuls des connecteurs XLR et de simples résistances sont mises en oeuvre. Sa mise en pratique ne devrait donc pas poser de problème particulier, si ce n'est l'aspect mécanique lié à la pose des XLR (si vous avez déjà essayé de faire un trou pour un connecteur XLR chassis, vous savez de quoi je parle).

Melangeur passif 005

Mélange fixe
Chaque entrée est considérée égale aux autres, et aucun réglage de niveau n'est prévu. Si un ajustement de niveau est requis, vous devrez l'opérer avant le mélangeur (réglage du niveau de sortie de la voie concernée). Notez également l'absence d'interrupteur sur le trajet des entrées, ce qui fait que chaque appareil connecté à ce mélangeur sera vu du bus de mélange, et ce même s'il est éteind. Ce qui signifie en clair qu'il contribuera un peu à l'atténuation globale du sommateur, tant qu'il y sera connecté.

Impédance des entrées du mélangeur
L'impédance d'entrée vue par chaque équipement est approximativement de 20 kOhms, et est déterminée par la valeur des résistances de sommation R1 + R2 (10 kO + 10 kO), R3 + R4, etc. L'impédance de sortie de chaque équipement raccordé aux entrées sera de préférence inférieure à 2 kOhms, ce qui est généralement le cas pour les sorties symétriques des équipements audio professionnels ou semi-professionnels.

Impédance de sortie du mélangeur
L'impédance de sortie est principalement déterminée par la valeur de la résistance shunt R17, qui sera calculée selon la formule suivante :
R17 = ((20K / N) * Z) / ((20K / N) - Z)
où :
20K = 2 * 10K (R1 + R2 par exemple)
N = nombre d'entrées
Z = impédance de sortie désirée (200 ohms dans le cas présent)
La valeur de 220 ohms attribuée ici à R17 conduit à une impédance de sortie de l'ordre de 200 ohms. Vous pouvez la modifier selon vos convenances personnelles, mais rappellez-vous qu'il vaut mieux conserver une valeur assez basse pour attaquer en toute quiétude l'entrée de l'équipement qui y fera suite.

Perte d'insertion
La valeur de la résistance shunt R17 joue aussi un rôle déterminant dans la perte d'insertion du mélangeur, on peut la considérer sans complexe comme faisant partie intégrante d'un atténuateur symétrique (voir page Atténuateur BF fixe, section atténuateur BF symétrique). Bien entendu, les deux résistances placées en série sur chaque entrée ont aussi leur part dans le calcul de l'atténuation. La valeur de cette perte d'insertion (atténuation) est donnée par la formule suivante :
Att (dB) = 20 Log (Z / (20K + Z))
où :
20K = 2 * 10K (R1 + R2 par exemple)
Z = impédance de sortie désirée
Pour une impédance de sortie fixée à 200 ohms, la perte d'insertion est d'environ 40 dB.
Pour une impédance de sortie fixée à 600 ohms, la perte d'insertion est d'environ 30 dB.
Mais au vu de ces chiffres, ne pensez pas trop vite que l'on a interêt à augmenter l'impédance de sortie pour diminuer l'atténuation apportée par le sommateur...

Mais, R17 court-circuite le signal + et le signal - !

Il est vrai que lorsqu'on n'est pas trop habitué à ce genre de montage, la présence de la  résistance shunt R17 peut sembler extravagante. Pensez donc, elle relie les deux bornes signal + et - de chaque entrée symétrique, et on est donc en droit de penser qu'on va se retrouver là avec une addition de deux signaux en opposition de phase qui va conduire à leur propre annulation ! Et oui, c'est effectivement le cas. La perte occasionnée par ce type de montage est bien liée en grande partie à cet atténuateur constitué des trois résistances série et shunt réunies (R1+R2+R17, R3+R4+R17, etc). C'est le revers de la médaille face à un système actif, où toutes les entrées sont parfaitement isolées les unes des autres. Parce que le problème est là : dans un système passif comme celui-là, les entrées se retrouvent toutes mises en parallèle au travers des résistances série de sommation (10K dans notre montage). Ce qui signifie tout bêtement que toutes les sorties des équipements raccordés aux entrées, se voient elles aussi mises en parallèle (au travers des résistances de sommation, il est vrai). La résistance shunt R17 est donc là pour limiter les "fuites" d'une entrée vers les autres. Idéalement, sa valeur devrait être de zéro ohms, mais vous imaginez aisement qu'il ne resterait alors plus grand chose du signal d'entrée au point de sommation. Il faut donc trouver un compromis : plus R17 est faible, et plus l'isolation entre les entrées est bonne, mais plus l'atténuation est importante. Et plus R17 est élevée, et moins l'atténuation est élevée, mais plus l'isolation entre les entrées est mauvaise. Il est dit qu'un bon compromis se situe avec une résistance qui au final occasionne une atténuation comprise entre 30 dB et 40 dB. Au passage, notons que dans un système actif, la résistance au point de sommation (l'équivalent de R17 du montage passif) est de zéro ohm...

Mais R17 pourrait tout de même être supprimée, non ?
Bah oui, pourquoi ne pas dire que l'impédance d'entrée de l'équipement qui va être raccordé à la sortie du mélangeur passif correspond à la résistance shunt R17 ? Tout simplement parce que dans ce cas, la résistance shunt "fictive" R17 risque d'être un peu trop élevée. Si vous utilisez un préampli micro pour rattraper le niveau perdu, pensez à l'impédance que doit voir l'entrée de celui-ci (si son impédance d'entrée est de 1 à 2 Kohms, il doit voir une impédance de source de quelques centaines d'ohms au maximum pour de meilleurs performances en bande passante et en bruit). De plus, si la résistance R17 est omise, l'atténuation sera moins forte et vous risquez plus facilement de saturer l'entrée du préampli.

Vraiment pas possible de supprimer R17 ?
Si vous y tenez à ce point, disons que cela est possible si le nombre d'entrées est de 2 ou 3. Dans ce cas en effet, la perte occasionnée par le mélangeur est moins importante, et le niveau du signal de sortie est plus proche d'un niveau ligne faiblard que d'un niveau micro, et il est alors envisageable d'utiliser une entrée ligne (avec une réserve de gain suffisante tout de même) plutôt qu'une entrée micro pour compenser l'atténuation subite. On se rapproche alors du cas évoqué à la page Mélangeur passif 004.

Nombre d'entrées différent de 8

Le schéma présenté ici comporte 8 entrées, mais vous pouvez sans problème réduire ou augmenter ce nombre, entre 2 et 16, il suffit d'ajuster la valeur de R17 en conséquence. Quelques exemples de valeurs pour la résistance R17 sont données dans le tableau qui suit, qui vous évitera peut-être quelques calculs. Base de calcul : impédance d'entrée de 20 Kohms, et impédance de sortie Zs de 200 ou 600 ohms. La valeur donnée pour R17 correspond à la valeur calculée et n'a pas été arrondie à la valeur normalisée la plus proche (je vous laisse cet exercice au demeurant fort simple).

Nb d'entrées R17
Pour Zs = 200 ohms
(Att = -40 dB)
R17
Pour Zs = 600 ohms
(Att = -30 dB)
2 204 638
3 206 659
4 208 680
5 210 705
6 212 731
7 215 759
8 217 789
9 219 821
10 222 857
11 224 895
12 227 937
13 229 983
14 232 1034
15 235 1090
16 238 1153

Comme vous pouvez le constater, la valeur de R17 est plus dépendante du nombre d'entrée quand l'impédance de sortie est plus grande. Comme finalement l'impédance de sortie n'est pas si critique que cela dans la majorité des applications, vous pouvez adopter systématique pour R17 une valeur de 220 ohms, pour une impédance de sortie de 200 ohms, et ne pas trop vous soucier du nombre d'entrées réellement exploitée.

Schéma 005b - Version 2 voies

Le schéma de sommateur qui suit reprend la phylosophie évoquée ci-avant. Ce circuit dispose de deux voies d'entrées dont une est commutable via un relais alors que l'autre voie est toujours en servcie. La perte d'insertion (atténuation) est identique à celle de la version 8 voies, à savoir de 40 dB (rapport de 100:1). Et ce que la voie commutée soit ou non en service.

melangeur_audio_passif_005b

La mise en ou hors service de la voie commutée se fait au travers des contacts repos d'un relais, de sorte qu'en absence de commande (pas de tension aux bornes de la bobine), l'entrée 2 (connecteur d'entrée J2) est en service et sommée à la voie 1 (connecteur d'entrée J1). La coupure de la voie 2 se fait en faisant coller le relais, contacts se mettant en position travail. Le relais utilisé ici est un modèle 24 V mais il va presque de soi que n'importe quel autre modèle convient. Si la tension de commande est du 24 Vac (alternatif) alors que le relais est un modèle 24 Vdc (continu), il conviendra de redresser, filtrer et réguler le 24 Vac pour en faire un 24 Vdc. Pour celà, adopter le schéma classique pont de diodes à 4 x 1N4007 ou pont moulé, condensateur 100 uF / 40 V et régulateur de tension type LM7824. La majorité des relais 24 V acceptent de fonctionner avec une tension permanente d'un peu plus de 30 V et on pourrait à la limite se passer du régulateur abaisseur de tension. Mais le relais risque alors de chauffer un peu trop et sa durée de vie pourrait en être bien raccourcie. Alors autant faire dans les règles... Bien entendu, le relais peut être supprimé et dans ce cas on se retrouve avec un sommateur passif symétrique à deux voies "classique" :

melangeur_audio_passif_005bb

Schéma 005c - Version 16 voies

Avertissement : j'ai élaboré ce schéma à la demande d'un technicien son et non pour mes besoins personnels. Je ne l'ai pas testé et ne peux en aucun cas garantir son fonctionnement parfait - tout du moins tant que je n'ai pas de retour de la part du demandeur.

melangeur_audio_passif_005c

Réglage niveau d'entrée
Assuré par de traditionnels potentiomètres stéréo à courbe de variation logarithmique. Il est très important que ces potentiomètres soient d'excellente qualité et surtout que leurs deux pistes soient parfaitement appairées. Ils servent en effet à atténuer un signal audio symétrique qui ne repasse pas dans le domaine asymétrique (rappelons que le montage est passif d'un bout à l'autre) et les deux signaux "point chaud" et "point froid" doivent toujours rester de même amplitude électrique avec ou sans atténuation. Pas question que les deux présentent entre eux une différence d'amplitude trop marquée, ce qui réduirait de façon trop grande le taux de réjection de mode commun (CMRR). A part ce point particulier, rien à dire, l'atténuation à lieu avant le routage vers la sortie stéréo.

Routage sortie stéréo gauche / droite
On ne dispose pas ici d'un panoramique continuement ajustable entre la sortie gauche et la sortie droite, mais d'un routage physique "tout ou rien" vers la sortie gauche seule, vers la sortie droite seule ou vers les deux sorties gauche et droite en même temps. Volonté du demandeur, pour un positionnement spatial progressif on aurait adopté un simple potentiomètre. On dispose donc pour chaque voie d'entrée d'un commutateur doté de trois positions physiques G (gauche), C (centre) et D (droite). Si on ne veut pas surcharger le mélangeur d'électronique de décodage de position d'un inverseur simple à position centrale verrouillable, il n'y a pas cinquante solutions pour le routage. C'est pourquoi je suggère l'emploi d'un commutateur de type 4 x 3 positions type "Lorlin" mais de meilleur qualité que ceux qu'on trouve facilement et à bas prix. Sur le schéma, la même chose se répète pour les 16 voies, aussi vous comprendrez que ce qui est vrai pour la voie 1 s'applique pour les quinze autres voies. Le commutateur de routage pour la voie 1 est "décomposé" en quatre parties distinctes sur le schéma mais en pratique il s'agit bien d'un seul commutateur mécanique 4 x 3 positions (4P3T) tel que celui présenté sur le dessin suivant avec points centraux (communs) A, B, C et D.

commutateurs_rotatifs_001_4p3t

Autre façon de présenter les choses sur le quatrième croquis du dessin qui suit (vision plus physique du commutateur vu côté contacts).

commutateurs_rotatifs_001

En résumé il faut lire le schéma et le dessin du contacteur de la façon suivante :
- Kx représente le commutateur dans son intégralité.
- Kx-A fait référence aux contacts A, 1, 2 et 3.
- Kx-B fait référence aux contacts B, 4, 5 et 6.
- Kx-C fait référence aux contacts C, 7, 8 et 9.
- Kx-D fait référence aux contacts D, 10, 11 et 12.

Ca peut paraître un peu "gros" pour une voie, mais les signaux routés sont toujours en symétrique et forcement ça double le nombre de liaisons. Il est également possible d'utiliser d'autres types de commutateurs, à glissière 3 positions par exemple.

Réglage niveau de sortie
Il est effectué juste après la résistance "finale" de sortie avec potentiomètres doubles RV17 et RV18. Là encore potentiomètres de très bonne qualité requis, pour les mêmes raisons que celles évoquées pour les potentiomètres d'entrée. Et là encore de type logarithmique. Si vous décidez de supprimer le réglage de sortie, supprimer les potentiomètres RV17 et RV18 puis relier directement la prise XLR de sortie aux bornes de la résistance de sortie de 240 ohms (R129 pour la voie gauche et R130 pour la voie droite).