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Dernière mise à jour : 07/09/2014

Présentation

Un transformateur audio est un transformateur dont le rôle principal est de créer une isolation galvanique entre équipements audio.

Transfos BF

Il s'agit de transformateurs destinés à travailler avec des niveaux de tensions relativement faibles, et dans une plage de fréquences qui peut s'étendre à la bande passante audio (20Hz à 20KHz), voir plus. La fabrication de tels transformateurs est relativement difficile si l'on veut des performances dignes de ce nom. C'est pourquoi ces composants coutent chers, peu de fabricants maitrisant parfaitement la technologie de fabrication. L'usage de tels transfos en audio est parfois critiquée à cause des "accidents"
qu'ils peuvent provoquer dans la bande passante (critique non justifiée quand le transfo est correctement choisi et que l'électronique qui l'entoure est bien étudiée) ou plus simplement à cause de leur encombrement. Le transfo permet des choses que ne permettra que difficilement l'électronique : une parfaite isolation galvanique (pas de risque de boucle de masse), un filtrage naturel dans les hautes fréquences (limitant la réception de radios sur les étages faibles niveaux), et surtout la possibilité d'apporter du gain, et ce sans aucun apport de bruit (souffle). Sur la photo ci-dessus, vous pouvez voir tout à gauche, un transfo BF (cylindrique) destiné à être directement intégré dans le corps d'un microphone. Les autres transfos sont destinés à usage avec des niveau audio d'amplitude ligne.

Le transformateur a-t-il une impédance propre ?

On peut bien se poser la question, puisque les fabricants vendent des transformateurs en spécifiant des valeurs d'impédances pour les enroulements primaires et pour les enroulements secondaires. Et en même temps, on entend dire ou on peut lire que l'impédance réellement vue par les équipements reliés au transfo peuvent varier selon ce qui est branché sur le transformateur lui-même. Avouez qu'il y a de quoi s'y perdre un peu...
Il faut savoir qu'un transformateur reflète vers le primaire la charge qu'il voit au secondaire, au carré du rapport de transformation près. Ca fait très formule mathématique, et nécessite quelques eclaircissements. Prenons un exemple avec un transformateur de rapport 1:1, (le carré de 1:1 est 1, ce qui simplifie les calculs), dont les "impédances caractéristiques" de primaire et de secondaire, données par son fabricant, sont de 600 ohms. Si l'on branche le primaire de ce transformateur sur une sortie ligne possédant une impédance de sortie de 20 ohms, la sortie de 20 ohms ne verra pas forcement une charge de 600 ohms (comme on pourrait le penser vu les données constructeur concernant l'impédance du transformateur), mais une charge dont la valeur dépendra de la charge reliée côté secondaire du transformateur. Le fait que les fabricants spécifient des valeurs d'impédance rend les choses un peu confuse, car on considère que si une valeur est spécifiée, c'est qu'elle est vraie et applicable dans tous les cas, tout comme quand on spécifie une impédance d'entrée ou de sortie sur un appareil audio tel qu'une console de mélange. Les schémas suivants montrent un même transformateur, donné comme modèle 600 ohms / 600 ohms (rapport 1:1) par un fabricant, dans des configurations de câblage différentes.

transfos_impedances_001a

On s'apperçoit que les équipements situés de chaque côté du transformateur "s'influencent" mutuellement, et que les impédances de 600 ohms annoncées ne représentent rien de vraiment "réel".
Schéma A
: les impédances vues côtés primaire et secondaire, d'environ 150 kO, sont bien plus grandes que les valeurs de soi-disant 600 ohms. Petite parenthèse : si on mesure la valeur ohmique des primaire et secondaire avec un ohmètre, la valeur lue est comprise entre 50 ohms et 100 ohms pour chaque enroulement. Mais cette valeur ohmique peut être toute autre, tout dépend de la puissance pour laquelle le transformateur a été conçu (un transfo de sortie présente une résistivité moindre qu'un transfo d'entrée, il autorise le passage d'un courant plus important).
Schéma B : le primaire est en court-circuit ou connecté sur une sortie à très faible impédance (sortie analogique d'une console de mixage Harris NetWave par exemple, qui est de 0,3 ohms). L'impédance vue côté secondaire est très faible, de l'ordre de quelques dizaines d'ohms. Là aussi, rien à voir avec les 600 ohms annoncés.
Schéma C : exemple de configuration classique, un ampli de sortie à basse impédance AMP (ici 20 ohms), attaque le primaire d'un transformateur dont le secondaire est relié sur une entrée ligne 47 kO d'un enregistreur multipiste, au travers une liaison filaire de quelques mètres. Vu côté secondaire (entrée ligne enregistreur), une impédance de quelque 100 ohms est observée. Et côté primaire du transformateur (sortie ampli AMP),
une impédance de quelque 47 kO est observée. Encore une fois, on est loin des 600 ohms.
Schéma D : exemple de configuration identique à celle du schéma C, mais avec une charge de 600 ohms au bout de la liaison établie sur le secondaire du transformateur, au lieu d'une charge de 47 kO. L'impédance vue côté ampli de sortie est plus basse que précédemment, ce qui montre bien que le transformateur en lui-même n'impose pas sa "propre impédance".
Schéma E : on ne voit pas de schéma E, mais imaginez maintenant un mélange de schéma B avec schéma D, et où l'impédance de charge côté secondaire, est un court-circuit : résistance non plus de 47 kO ou de 600 ohms, mais de 0 ohms. L'impédance vue de la sortie de l'ampli est alors de l'ordre de 80.

Alors, pourquoi spécifier des valeurs d'impédance pour le transformateur ?
Pour vous aider à choisir celui qui conviendra le mieux à votre application. En présentant des valeurs fixes, les constructeurs pensent (avec raison) que le choix du transformateur sera plus facile que s'ils disaient : "Prenez donc le transformateur que vous voulez, sans tenir compte des impédances, il conviendra dans tous les cas". Il faut, pour pouvoir choisir un transformateur, connaitre les points suivants :
- impédance des équipements (impédance des circuits électroniques) reliés côtés primaire et secondaire du transformateur.
- rapport (ratio) de transformation
- amplitude des signaux appliqués au transformateur (pour éviter de le saturer)
- bande passante désirée.
Ceci dit, on trouve de plus en plus de constructeurs qui spécifient des valeurs d'impédance de source et de charge optimales, par exemple :
- le transfo ligne Monacor LTR-110 est optimisé pour une source comprise entre 50 et 600 ohms et pour une charge supérieure à 5 kO.
- Le transfo ligne Neutrik NTE1 est optimisé pour une source comprise entre 200 et 600 ohms et une charge comprise entre 2 kO et 10 kO. On peut par exemple l'utiliser avec une source de 200 ohms et une charge de 2 kO, ou avec une source de 600 ohms et une charge de 10 kO.
- Le transfo ligne Neutrik NTL1 est clairement identifié pour usage avec source 600 ohms et charge 10 kO.
Notez bien le respect du rapport d'impédance 1/10 alors que le transfo est de type 1:1 (gain de 0 dB)... Sur certains transfos, c'est même marqué dessus, difficile de dire qu'on ne savait pas !

transfo_bf_032

Transformateur d'entrée ou de sortie ?
Finalement, ce qui fait la différence principale entre un transformateur dit "d'entrée" et un transformateur dit "de sortie", est la puissance qu'il est capable d'encaisser, et le type d'équipement auquel il sera raccordé.
- Un transformateur de sortie est utilisé en sortie d'un "émetteur" (sortie d'une table de mixage ou sortie d'un ampli BF à lampe, par exemple) et travaille avec des impédances généralement faibles (inférieures à 100 ohms), ce qui peut conduire à la circulation de courants assez élevés. Ces courants élevés imposent l'utilisation d'un fil assez gros pour les enroulements (pour obtenir une résistivité ohmique faible), ce qui limite le nombre de spires et en même temps grossit le physique du transfo.
- Un transformateur d'entrée est utilisé en entrée d'un "récepteur" (entrée ligne d'une table de mixage, ou entrée d'une boite de DI passive, par exemple) et travaille avec des impédances généralement élevées (supérieures à 10 Kohms). Les courants qui y circulent sont faibles, ce qui permet d'utiliser du fil de diamètre inférieur, et donc en premier lieu de réduire les dimensions physiques.
D'un point de vue fabrication, un transformateur de sortie n'est pas conçu de la même façon qu'un transformateur d'entrée, et pas seulement pour la question du type de fil utilisé et du nombre de spires. Des impératifs techniques imposent une parfaite maitrise de la réalisation, ce qui est bien assimilé chez les fabricants professionnels. Que l'on ne s'y trompe pas, un transformateur BF vendu 9 euros chez un installateur d'autoradio, ne présentera pas des performances équivalentes à un transformateur BF vendu 60 euros ou 100 euros chez Jensen ou Lunhdal.

Vous voulez en savoir plus ?
Je vous invite à lire cet excellent document (en anglais) : Jensen - Audio Transformers

Inductance, bande passante et résonnance

Les enroulements primaire(s) et secondaire(s) d'un transformateur sont constitués de fil électrique bobiné en plusieurs spires, et de ce fait peuvent en partie être comparés à des selfs. Ceci dit, un enroulement d'un transformateur, pris séparement, peut être comparé à une self, mais il ne faut pas faire l'erreur de dire qu'un transformateur à deux enroulements (un primaire et un secondaire) est équivalent à deux selfs montées en regard l'une de l'autre, quand ledit transformateur est relié à toutes ses extrêmités. Une inductance présente une impédance qui varie avec la fréquence : plus la fréquence du signal qui arrive sur l'enroulement est élevée, et plus l'impédance vue par la source de ce signal, est élevée. De plus, le comportement en fréquence d'un circuit comportant une inductance peut dans certains cas être critique, car pouvant "résonner" à une fréquence ou plage de fréquences précise. Cette résonnance doit être supprimée, sinon fortement amortie, ce qui peut être obtenu par ajout d'une résistance ou d'un d'un réseau résistance + condensateur en série, réseau en parallèle sur l'enroulement (secondaire par exemple) du transformateur. Avec un forte résonnance et l'absence de correction, vous risquez d'obtenir une suramplification à un endroit donné de la bande passante, plus souvent dans la zone des aigus.

Quelques exemples de transfos audio

Dans le domaine des transfos audio, on trouve un peu de tout. Des transfos de haut de gamme qui coutent la peau des fesses, et des transfos d'isolations audio vendus pour permettre le raccordement d'un lecteur MP3 sur une entrée ligne d'un autoradio, pour quelques euros... Voici quelques références utilisables pour des liaison de type ligne :
Monacor LTR-110 (10 euros environ), optimisé pour sources 50 à 600 ohms et charge > 5 kO.
OEP Z21806C (15 euros environ)
Neutrik NTE1 (25 euros environ), optimisé pour sources 200 à 600 ohms et charge 2 kO à 10 kO.
Neutrik NTL1 (70 euros environ), optimisé pour sources 600 ohms et charge 10 kO
Et pour étage d'entrée micro :
- OEP Z21805C (15 euros environ)
- OEP Z21808 (15 euros environ)
- Edcor RMX1 (30 euros environ) - optimisé pour microphone à ruban (rapport 1:37)
Lundahl LL2912 (60 euros environ) - optimisé pour microphone à ruban (rapport 1:37)
- Cinemag 9887/9888 (65 euros environ)
- optimisé pour microphone à ruban (rapport 1:35 ou 1:28)
Il existe un tas d'autres modèles que je ne connais pas du tout. Il faut dire que les quelques transfos que je possède viennent de récupérations diverses. J'ai dû en acheter 4 ou 6 en tout, et ce n'était pas ceux de la cour des grands dont font partie OEP, Neutrik ou Cinemag.

Examples de transfos d'entrée ligne "vintage"

Transfo BF 012 Transfo BF 016 Transfo BF 002

Examples de transfos de sortie ligne "vintage"

Transfo BF 001 Transfo BF 014 Transfo BF 011

Remarque : un transformateur audio ne peut que très rarement être ajouté "tel quel" entre deux équipements et donner un résultat parfait. Pour une utilisation optimum, il faudrait :
- s'assurer que la source (en asymétrique) dispose d'une réserve de courant suffisante pour attaquer correctement le transfo (certaines sorties conçues "avec légèreté" peuvent causer de la distorsion très audible si on y raccorde directement un transfo)
- ajouter un réseau RC de compensation (snubber) sur le secondaire du transfo, pour linéariser la bande. Dans certains contextes (dépannage rapide, adaptation dans un lieu où l'acoustique n'est pas corrigée) ce réseau peut être omis.
Un transfo BF peut résoudre rapidement un problème de ronflette ou de niveau, voire de sécurité, mais parfois au détriment d'un dégradation plus ou moins importante de la bande passante. Ceci dit, l'usage de tels composants m'a rendu de grands services dans certaines situations où il fallait corriger rapidement un problème :

transfo_bf_035 Isolation électrique entre téléviseur et console de mixage
Cablage de deux connecteurs jack 6,35 mm directement aux bornes de deux transfo BF de récup, pour liaison isolée entre sortie TV et entrée console, quand j'avais encore ça sous les doigts...
sym_desym_001_proto_001c Isolation électrique entre PC portable et équipements audio pro
Un symétriseur / désymétriseur que j'utilise principalement avec un PC portable.
Détail...
transfo_bf_036a
Isolation électrique entre ordinateur portable et chaîne hi-fi
Deux petits transfos BF donnés à mon papa, qui les a mis en boite avec quatre fiches RCA. Ce n'est pas du haut de gamme - surtout dans les basses, mais c'est toutefois nettement mieux que les bzzzz infernaux auquels il a droit quand le PC portable est relié au secteur.
Photo 1, Photo 2, Photo 3.
distributeur_audio_006_proto_001h Distributeur audio 2 voies (distributeur BF 006), une entrée / deux sorties par voie
Mise en oeuvre de deux transfos Girardin TS206.

On peut en fait accepter de perdre un peu en qualité de restitution sonore, si celà permet d'un autre côté de supprimer totalement un ronflement secteur et de gagner 20 dB en rapport signal à bruit ! Quand on ne travaille pas dans l'urgence, le choix du transfo doit être réfléchi, en tenant compte des impédances d'entrée et de sortie, ainsi que des niveaux mis en oeuvre, pour éviter toute saturation excessive.

Transformateur audio avec ou sans point milieu

On m'a un jour demandé quelles étaient les différences majeures entre un transfo BF sans prise intermédiaire (point milieu) et un transfo BF avec prise intermédiaire. Moi même avais bien constaté l'existence de ces deux types de transfo, avec la plupart du temps la mise à la masse du point milieu quand ce dernier existait. Mais j'étais bien incapable de dire ce qui pouvait les différencier, côté performances. Meilleur réjection de mode Commun (CMRR) ? J'avais des doutes, vu qu'il me semblait difficile - d'un point de vue construction - de faire des bobines rigoureusement identiques. Meilleurs performances en bande passante ? Je ne voyais pas pourquoi cela aurait pu être le cas. Mais quand on est un parfait ignorant dans un domaine, tout ce qui semble bizarre peut être finalement normal, et inversement. J'ai donc posé la question à des collègues de travail, qui ont plus de bouteille que moi et qui ont par le passé travaillé sur le sujet. L'un d'entre eux m'a expliqué qu'à l'époque, il était difficile de fabriquer des transfos BF qui possédaient une large bande passante et qui ne saturaient pas trop vite dans les basses fréquences, à cause des matériaux alors utilisés. Les transfos pouvaient donc être dotés de deux bobines mécaniquement "montées à l'envers" pour annuler plus ou moins les flux magnétiques, ce qui avait pour effet de repousser la limite de saturation des matériaux et d'accepter des signaux d'amplitude plus élevée. Une extrémité de l'une des deux bobines était reliée à une extrémité de l'autre, pour constituer le point commun. Aujourd'hui, et toujours selon mon "expert", de grands progrès ont été fait au niveau des procédés de fabrication et au niveau des matériaux (ferrites ou autres), qui ne se saturent plus aussi vite qu'avant. Je tiens à préciser que cette explication étant résumée par moi-même, elle peut être erronée, je ne suis pas du tout spécialiste des transfos BF, je me suis juste contenté par le passé (pas si lointain) de faire des tas d'essais avec pleins de transfos différents, un peu au pif.
Merci de votre indulgence.

Transfos BF récupérés à gauche et à droite :

Un peu de tout. Des tous petits pour microphone (LEM) avec une réponse dans les graves un peu limite, des gros pour niveau ligne (supportant +30 dBu) lourds et encombrants, mais d'une très bonne qualité. Et entre, des transfos "moyens" qui étaient utilisés dans des systèmes de surveillances audio. Ce sont ceux-là que j'ai le plus utilisé il y a quelques années quand j'avais encore mes baies remplies de matériel audio.

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Et j'en ai d'autres, qui sont encore soudés sur des circuits imprimés de distributeurs audio et de commutateurs audio, et que je n'ai pas encore testés.

Divers transfos BF Transfos BF grille Digitech

Je ne revends pas mes transfos BF !!!