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Boucle de masse
Dernière mise à jour : 07/07/2024Voir aussi Masses virtuelles et masses réelles
Présentation
La problématique posée par les boucles de masse n'est pas nouvelle, on en parlait déjà en 1960 (avant ma naissance, ce dont tout le monde se contrefiche avec raison). Si après bien des années de tranquilité relative les boucles de masse ont refait surface, c'est principalement pour des raisons d'évolutions technologiques, de miniaturisation et de réduction des coûts. Un équipement mal conçu (mal câblé en interne) peut également être la cause d'un défaut qu'on mettra sur le compte d'une boucle de masse.
Le but de cet article est de vous faire comprendre l'origine "la plus évidente" d'une boucle de masse, de vous donner des pistes permettant de la localiser et de la supprimer s'il s'agit de la solution la plus appropriée.
Boucle de masse en contexte pro ?
Il ne faut pas croire que la problématique des boucles de masse n'existe que dans le domaine du grand public. Elle peut aussi casser les pieds de musiciens ou de techniciens dans le milieu professionnel de la scène ou des studios. Contrairement à une idée parfois reçue, les liaisons symétriques (très largement utilisées dans le monde pro) n'empêchent pas la formation de boucle de masse. Tout au plus ce type de liaison permet-il de réduire l'influence des parasites captés par les cordons de liaison.
Avant de mettre en place une solution corrective pour éliminer une boucle de masse fautive de troubles, il convient avant tout de comprendre le phénomène.
Naissance d'une boucle de masse
Une boucle de masse peut prendre naissance de différentes manières :
- quand deux équipements audio sont raccordés entre eux au moyen de plusieurs câbles audio (une liaison stéréo, par exemple)
- quand deux équipements audio sont raccordés entre eux par au moins deux chemins de masse ou de terre. Parfois en effet, masse (chassis, référence de tension 0 V) et terre (conducteur de protection du réseau de distribution électrique) sont reliés ensemble et forment une liaison électrique qui s'ajoute à celle déjà établie à travers le blindage d'un conducteur audio (ou vidéo).
L'illustration suivante montre un exemple de boucle de masse causée par la terre de protection du réseau de distribution électrique, un cas très classique.
L'effet néfaste le plus connu d'une telle boucle de masse est de pouvoir engendrer un ronflement 50 Hz (avec ses joyeuses harmoniques), mais on peut aussi rencontrer une remontée du bruit de fond (souffle), et même en de rares occasions des sifflements aigus.
Remarque : toutes les boucles de masse ne sont pas forcément problématiques. Le problème de la ronflette provient principalement de "fuites" de signaux alternatifs (liés au secteur 50 Hz) au sein de l'équipement, à travers des capacités parasites qui mènent au châssis et à la masse générale du montage (y compris la masse des connecteurs audio). Quand lesdits signaux parasites s'enfuient par la masse d'un câble audio, cela se traduit par une variation du potentiel supposé constant de 0 V... une catastrophe quand il s'agit d'une liaison asymétrique !
Pour éviter la création d'une boucle de masse problématique, il convient de couper l'une des deux liaisons créant la boucle. Mais attention ! pas question de couper la protection de terre ! La seule liaison qu'on a le droit de supprimer est la masse de la liaison audio, ce qu'on peut faire avec un transformateur BF.
Il est aisé de comprendre qu'il faut un
transformateur d'isolement individuel pour chaque liaison audio (deux pour une
liaison stéréo).
Remarque : pour éviter la formation de la boucle de masse, on pourrait très bien imaginer un interrupteur permettant au choix d'établir ou couper la liaison électrique entre la masse audio et le châssis relié à la terre. Un tel interrupteur pourrait s'appeler... Ground/Lift. Cela vous rappelle-t-il quelque chose ?
Localisation d'une boucle de masse problématique
Dans le texte qui précède, j'ai donné l'exemple d'une boucle de masse formée par la double liaison [masse audio] et [terre de protection]. Je suis donc parti du principe que l'on connaissait déjà l'emplacement idéal pour insérer le transformateur d'isolement.
Dans des situations plus complexes où sont installés de nombreux appareils, il n'est pas forcément facile de savoir par où commencer. Je dirais que cela n'est pas très important. Le plus important est d'être rigoureux, de prendre une grande feuille de papier, d'y inscrire le plan de câblage général (synoptique de l'installation) en incluant liaisons audio et distribution secteur, et de noter tous les essais effectués.
A cette étape de localisation de la boucle de masse, la notion de qualité sonore n'est pas critique. On peut installer provisoirement un isolateur audio de qualité standard, l'essentiel est de voir si cela change quelque chose (amélioration ou suppression du problème). J'ai moi-même développé plusieurs isolateurs audio avec différents types de connecteurs afin de faciliter la recherche de boucle de masse.
Utilisation de transformateurs audio bas de gamme ou pro, peu importe pour l'étape de localisation du problème...
Isolateurs audio 001 - avec transformateurs de bonne qualité, connecteurs XLR et jacks 6,35 mm
Isolateurs audio 002 - avec transformateurs standards, connecteurs XLR, jacks 6,35 mm et jacks 3,5 mm
Si vous ne vous vous sentez pas l'âme d'un bidouilleur, vous pouvez toujours acheter ce type d'équipement, il en existe plusieurs modèles que je vous laisse chercher (Monacor, Palmer, Behringer, etc).
Un exemple entre autres de "Hum destroyer"...
A noter qu'une boîte de direct passive (équipée d'un simple transformateur audio) ne fera l'affaire que si votre point de départ ou d'arrivée est en asymétrique... Pour des liaisons symétriques, vous devez impérativement utiliser un système d'isolation symétrique.
Suppression d'une boucle de masse
J'ai évoqué à plusieurs reprises l'utilisation d'un transformateur audio de niveau ligne pour "couper" une masse gênante. Ce composant doit de préférence posséder un rapport de transformation (ratio) de 1:1, sont but n'étant nullement d'amplifier ni d'atténuer le signal audio.
Il existe en réalité plusieurs façons d'isoler une liaison audio :
- avec un transformateur audio - ma façon de faire préférée, la plus simple à mettre en oeuvre mais pas la plus économique
- avec un optocoupleur analogique asservi - bande passante plus plate que celle offerte avec un transformateur audio, mais bien plus compliqué à mettre en oeuvre quand on veut de la haute qualité (sans parler du circuit actif qui nécessite 2 alimentations séparées)
- avec une condensateur en série avec la masse - solution la plus économique, mais guère efficace dans la pratique (tests nécessaires avec plusieurs valeurs, résultats très variables selon l'installation)
Le transformateur audio est un composant génial et pas si cher que cela, quand on voit l'économie de temps qu'il nous permet de réaliser en évitant de partir à la recherche de boucles de masse. C'est un composant qui était très utilisé dans les consoles de mélange audio et dans des racks de traitement audio, et qui remplissait parfaitement son rôle. Ce composant "presque idéal" (il ne peut pas l'être totalement) souffre de caractéristiques que les développeurs de solutions audio ont pris en grippe : encombrement élevé, poids élevé et coût élevé. Ca fait beaucoup, quand on est en concurrence avec d'autres fabricants et que les clients demandent des appareils de plus en plus discrets.
Oui, il existe des amplificateurs d'instrumentation (pour les entrées audio) et des drivers de ligne (pour les sorties audio) qui se targuent de performances plus élevées que celles des inélégants et lourds transformateurs audio. Mais si la bande passante de ces remplaçants est plus large et que leur taux de distorsion est plus faible aux niveaux élevés, il manquera toujours l'isolation galvanique et le filtrage naturel dans les hautes fréquences. Le transformateur audio n'est pas près de mourrir !
Boucles de masse bénéfiques ?
En contradiction avec ce qui a été dit ci-devant, on peut aussi constater que certains problèmes de ronflettes apparaissent de façon plus vive quand on connecte un appareil audio sans prise de terre à un appareil audio avec prise de terre, et que le fait de raccorder à la terre l'appareil qui ne l'est pas à l'origine peut réduire le ronflement. Cela se produit quand l'appareil sans terre présente des couplages capacitifs internes élevés entre les lignes d'alimentation et le châssis. Dans ce de figure en effet, les courants alternatifs parasites qui veulent s'écouler (partir de la boîte) utilisent la masse du câble audio qui est relié à l'appareil doté d'une connexion de terre.
Connexions idéales
L'idéal serait que tous les appareils audio reliés entre eux possèdent une unique masse équipotentielle, c'est à dire avec des différences de potentiel minimales (idéalement nulles) entre les divers châssis. Pour cela, il faudrait relier entre eux tous les châssis avec des conducteurs de très faible résistance ohmique et donc très épais ou de grande section (barres de cuivres, grosses tresses, etc). Cette approche est facilitée quand tous les équipements sont alignés dans une baie, mais est difficile à mettre en oeuvre quand les équipements sont éparpillés.
Historique
07/07/2024
- Ajout infos diverses.
22/10/2022
- Première mise à disposition.