Electronique > RéalisationsPreamplificateurs > Préampli micro 022

Dernière mise à jour : 18/07/2010

Présentation

Le préampli décrit ici est une "suite" logique de mon préampli 007 à base de SSM2017/2019 et se base sur un CI de type THAT1512 (ou THAT1510). A ne pas confondre avec le TDA1512 qui est un ampli BF de puissance...

preampli_micro_022_proto_001d

Deux schémas sont proposés :
- schéma 022 : version avec entrée symétrique et alimentation phantom pour micro dynamique ou électrostatique;
- schéma 022b : version avec entrée asymétrique pour micro dynamique.
Je n'ai testé que le THAT1510, je n'avais pas de THAT1512 réputé un peu meilleur.

Schéma 022 (entrée symétrique)

C'est le plus "complet". Il est doté de quelques composants pas nécessaires pour le fonctionnement normal du préampli mais qui sont toutefois les bienvenus pour contrer les petits défauts "d'environnement" souvent présents dans le monde réel.

preampli_micro_022

A la base, le THAT1512/1510 peut fonctionner avec très peu de composants annexes, tout comme le SSM2017/2019. Le strict minimum est la résistance de gain RG câblée entre les bornes 1 et 8 du circuit intégré. Mais si on se contentait de si peu, les performances ne seraient pas forcement au mieux de leur forme. Voici donc quelques lignes décrivant à quoi servent les composants qui prennent place autour de U1 et RG.

Filtre RF
Ce filtre RF réduit considérablement les risques de réception parasite de radio, CB ou téléphone portable. Il est constitué d'une cellule passe-bas de type LC (L1 + C1 et L2 + C2) dans chaque branche de signal utile In+ (broche 2 XLR d'entrée) et In- (broche 3 de la XLR). Si vous habitez en pleine campagne et qu'aucun émetteur "perturbateur" ne vient troubler l'esprit tranquile de votre environnement, vous pouvez vous passer de ces quatre composants. Les selfs de choc L1 et L2 ne sont pas spécialement critiques, leur valeur peut être de quelques dizaines de uH à quelques centaines de uH. Pour ma part j'utilise des perles ferrite avec quelques spires de fil rigide, que vous pouvez faire vous-même ou trouver toutes faites par exemple sous la référence VK200.

Alimentation Phantom
Que dire de nouveau sur l'alimentation Phantom ? Si vous destinez ce préampli à un microphone dynamique, point besoin des composants R1, R2, R3, C4 et SW1, que vous pouvez donc omettre. Si au contraire vous avez l'intention d'utiliser un microphone électrostatique, vous ne pouvez y couper et ces composants sont impératifs. L'interrupteur SW1 est facultatif et permet de mettre en ou hors fonction l'alimentation +48 V. Les condensateurs C5 et C6 empêchent la tension de +48 V de parvenir au circuit intégré THAT151x quand l'interrupteur SW1 est fermé. Notez que cette tension n'est plus de +48 V mais est plus faible quand un microphone électrostatique est raccordé sur la XLR d'entrée (J1), puisque ce dernier consomme du courant et provoque forcément une chute de tension dans les deux résistances R1 et R2. Mais même si cette tension n'est que de +24 V ou de +36 V, elle est toujours de valeur trop élevée pour le CI, qui ne se sentirait pas très à l'aise et pourrait vous le faire savoir de différentes façons. En conclusion, condensateurs C5 et C6 impératifs si alim Phantom implémentée sur ce préampli.

Protection contre surintensités et surtensions
Les deux résistances R4 et R5 protègent le circuit intégré dans le cas où les entrées In+ et In- se trouveraient court-circuitées à la masse alors que l'alimentation phantom est en service. Dans ce cas en effet les deux condensateurs de liaison C5 et C6 se déchargent brutalement dans le reste du circuit, provoquant une surintensitée pouvant atteindre plusieurs centaines de mA voire dépassant l'ampère. Ca surprend toujours de lire ce genre de chose surtout si l'alimentation phantom à elle seule ne peut débiter plus de 50 mA ou 100 mA. Mais souvenez-vous qu'un condensateur est un splendide réservoir d'énergie et que la quantité d'énergie qu'il peut emagasiner ne dépend pas du courant de charge, mais de la valeur même du condensateur... Les quatres diodes D1 à D4 protègent le circuit intégré en cas de tension d'entrée dépassant les bornes positive et négative d'alimentation (à leur chute de tension près, voisine de 0,6 V). Si vous faites partie de ceux qui pensent qu'un court-circuit n'arrive qu'à ceux qui ne font jamais attention, ou si vous faites partie de ceux qui se disent que le circuit intégré est suffisement robuste pour supporter une attaque ou deux, alors oui vous pouvez supprimer R4, R5 et les quatres diodes D1 à D4.

Impédance d'entrée
L'impédance d'entrée des THAT1512 et THAT1510 est de plusieurs MO, autant en mode commun qu'en mode différentiel et quelque soit le gain choisi. Autant dire que dans le cas qui nous concerne l'impédance d'entrée est définie directement par la valeur des résistances R6 et R7. En mode différentiel, c'est à dire entre les entrées In+ et In-, la résistance d'entrée est donnée par la somme R6 + R7, soit 2,4 kO. C'est une valeur "classique" qui entre dans la plage communément observée dans les préamplis micro (entre 600 ohms et 10 kO). La valeur de ces résistances - comme celle des autres - contribue au bruit global du préampli. Plus la valeur de ces résistances est élevée et plus le bruit ajouté est important, mais moins le micro est chargé et plus la tension disponible est élevée. Baisser plus la valeur de ces résistances en vue de réduire le bruit au maximum n'est donc pas toujours forcement une bonne idée. Pour ma part je n'ai pas essayé plusieurs valeurs en vue d'effectuer des comparaisons, je me suis contenté de rester avec les valeurs de 1,2 kO.

Gain
Le gain en tension des THAT1510 et THAT1512 est défini par les formules données quelques lignes plus loin (RG exprimé en ohms, Av = gain en tension) :
Pour rappel, le gain en tension (Av) exprime le taux d'amplification en tension. Si la tension en entrée du préampli (Ve) est de 10 mV et que la tension en sortie du préampli (Vs) est de 1 V, cela signifie que le gain en tension (Av) est de 100.
Av = Vs / Ve
Cette valeur Av est sans unitée. Pour la convertir en dB, il faut utiliser la formule suivante :
G(dB) = 20 * log (Vs / Ve)
G(dB) = 20 * log (Av)

Calculs pour le THAT1510 :
On peut utiliser l'une des deux formules suivantes, selon que l'on veut connaître la valeur du gain Av en fonction de la valeur de la résistance RG, ou calculer la valeur à donner à RG en fonction du gain désiré. N'oubliez pas que le gain est ici celui en tension, il ne s'agit pas du gain exprimé en dB.
Av = 1 + (10000 / RG)
RG = 10000 / (Av - 1)
Si on voit par exemple sur un schéma la valeur de 100 ohms pour RG, on peut en déduire que le gain du THAT1510 est de :
Av = 1 + (10000 / 100) = 101 (environ +40 dB)
Si maintenant on souhaite connaître la valeur à donner à RG pour obtenir un gain de +60 dB (gain en tension de 1000), il suffit d'appliquer la formule précitée :
RG = 10000 / (1000 - 1) = 10 ohms
Quelques valeurs d'exemple :
6 dB -> RG = 10 kO
12 dB -> RG = 3,3 kO
20 dB -> RG = 1,1 kO
40 dB -> RG = 100 ohms
60 dB -> RG = 10 ohms

Calculs pour le THAT1512 :
Av = 0,5 + (5000 / RG)
RG = 5000 / (Av - 0,5)
Si on voit par exemple sur un schéma la valeur de 100 ohms pour RG, on peut en déduire que le gain du THAT1512 est de :
Av = 1 + (5000 / 100) = 51 (environ +34 dB)
Si maintenant on souhaitre connaître la valeur de RG pour un gain de +60 dB (gain en tension de 1000), il suffit d'appliquer la formule précitée :
RG = 5000 / (1000 - 1) = 5 ohms
Quelques valeurs d'exemple :
0 dB -> RG = 10 kO
15 dB -> RG = 1 kO
20 dB -> RG = 500 ohms
34 dB -> RG = 100 ohms
40 dB -> RG = 50 ohms
54 dB -> RG = 10 ohms
60 dB -> RG = 5 ohms

Potentiomètre ou résistances fixe ?
L'usage d'un potentiomètre linéaire ou logarithmique est assez délicat car la courbe de progression n'est pas idéale, tout du moins si on veut pouvoir descendre bas au niveau du gain. Le mieux est d'adopter un potentiomètre anti-log, mais ce type de potentiomètre est un peu plus difficile à trouver. Attention lors du câblage d'un tel potentiomètre : penser que le gain augmente quand la résistance diminue... On préfèrera sans doute l'usage d'un rotacteur mécanique mettant en service une résistance parmi plusieurs, surtout pour une version stéréo du préampli (c'est ce qui est fait pour le préampli micro Green). On peut aussi utiliser des relais commutant les résistances de gain à la place d'un commutateur manuel, et commandés par une électronique de réglage de gain déportée. Le remplacement des relais par des commutateurs analogiques ou FET est plus délicat, à cause de la résistance minimale Ron de ces composants qui n'est pas vraiment proche de 0 ohm.

Condensateur CG
Ce condensateur est facultatif mais conseillé quand le gain est ajustable. Il permet de limiter les variations de la tension continue d'offset en sortie du circuit intégré, qui varie en fonction du gain. En le mettant, la tension d'offset maximale en sortie est ramenée à quelques mV et on pourrait alors éventuellement se passer du condensateur de sortie. Attention à la valeur de ce condensateur, qui doit être assez élevée si on veut conserver un point de coupure assez bas dans le spectre sonore. Plus la valeur du condensateur CG est faible et plus on bouffe les basses. Pour un gain de +60 dB et pour une fréquence de coupure de 5 Hz (à -3 dB), le condensateur CG doit avoir une valeur minimale de 3300 uF avec un THAT1510 ou une valeur minimale de 6800 uF avec un THAT1512. Bien entendu, vous pouvez adopter une valeur plus faible pour CG si la fréquence de coupure désirée est plus haute que 5 Hz.

Schéma 022b (entrée asymétrique)

Cette version simplifiée permet le raccord d'un microphone dynamique sortie asymétrique basse impédance (200 ou 600 ohms par exemple). On peut aussi y raccorder un micro dynamique à sortie symétrique (SM58 par exemple) mais l'intérêt est évidement moindre.

preampli_micro_022b

Simplifications possibles
Le schéma est déjà simple comme ça, mais on peut encore réduire le nombre de composants.
- On peut enlever le filtre HF d'entrée L1 + C1, à condition d'accepter une moins bonne immunité aux parasites HF ambiants.
- On peut supprimer la résistance R1 et la remplacer par un strap (je me demande pourquoi je l'ai mise ici).
- On peut supprimer le condensateur de sortie C3, à condition d'accepter la présence d'une petite tension continue de quelques dizaines de mV (dont la valeur exacte dépend du gain du préampli et donc de la valeur de RG). Cette tension continue parasite (offset) peut être diminuée en ajoutant un condensateur RG en série avec la résistance RG, comme cela a été fait avec la version à entrée symétrique vue avant. Entre nous, retirer le 10 uF de sortie pour en mettre un de 4700 uF en série avec RG...

Prototype

Réalisé sur plaque sans soudure, et essayé avec un microphone dynamique Shure SM7 (micro typique application radio).

preampli_micro_022_proto_001a preampli_micro_022_proto_001c preampli_micro_022_proto_001b

J'ai fait les tests avec un SM7 car ce dernier présente un niveau de sortie qui n'est pas des plus élevés et aussi parce que je l'aime bien. C'est ce même micro que j'ai utilisé pour le test de plusieurs de mes autres préamplis. Pour les tests simples qui nous concernent ici, je n'ai pas mis d'alim phantom (ce préampli n'a pas été testé avec mes micros électrostatiques) et je n'ai pas implanté les diodes de protection D1 à D4. Je voulais surtout me rendre compte du rendu du THAT1510 avec un micro que j'ai baucoup utilisé et que je pense bien connaître. Pour me mettre dans les mêmes conditions de tests qu'avec les SSM2017 et SSM2019, je les ai interchangés rapidement sur la même platine de test en conservant un même gain de +50 dB. Résultat des courses : d'un point de vue bruit de fond je n'entend aucune différence par rapport au SSM2017/2019, ni d'un point de vue amplitude ni d'un point de vue "coloration". Mais côté rendu sonore, les différences sont flagrantes. Et avec le Shure SM7, je préfère nettement le... SSM2017 ! J'avoue ne pas avoir poussé les tests très loin, mais avec le THAT1510, le rendu dans les graves me semble un poil plus "pauvre" et se rapproche du rendu constaté avec le SSM2019. Côté aigus, je n'ai pas noté de différences entre SSM2017 et THAT1510, même si ce constat doit conserver une valeur modérée au vu des conditions d'écoute. Bon, ce petit côté "grave" ne sera pas forcement gênant pour d'autres types de micro, je reste toujours convaincu qu'il faut trouver le bon couple micro / préampli. Un test plus consistant devrait être réalisé avec plusieurs types de micro pour se faire une opinion plus objective. En résumé, un bon petit circuit intégré qui permet une réalisation simple et de bonne qualité. Notez pour finir que je n'ai placé aucun condensateur de liaison ni à l'entrée ni à la sortie du proto, il n'y a que celui intégré à l'entrée de l'ampli qui m'a servi pour l'écoute (petites enceintes monotoring amplifiées Fostex).

Fonctionnement OK du premier coup ?
Je vous laisse cinq secondes pour deviner... A la première mise sous tension, un superbe ronflement grave en sortie du préampli, et pas d'audio utile du tout. Je débranche tout, je vérifie le câblage (ce que bien sûr j'avais déjà fait) et ne constate aucune erreur. Ah, juste un petit détail : la borne 5 du THAT1510 n'était raccordée à rien et laissée en l'air... Une fois connectée cette broche à la masse, ça allait nettement mieux !

Alimentation

On utilise ici une alimentation symétrique, vous pouvez prendre exemple sur le schéma de l'alimentation symétrique 001. Attention à la valeur max, qui ne devra jamais excéder +/-20 V. Le fabricant indique sur le datasheet que la valeur max recommandée est de +/-20 V, mais en même temps il indique que cette valeur est la valeur maximale à ne pas dépasser sous risque de destruction. En règle générale, il existe une marge entre les deux préconisations, ce n'est pas le cas ici. Je recommande donc de fixer la valeur max à +/-18 V, tout en conservant une valeur "minimale" de +/-15 V pour une dynamique correcte sans distorsion audible en cas de fort gain avec signaux d'entrée d'amplitude élevée.

Circuit imprimé

Non réalisé.