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Electronique > Réalisations > Boîte de direct 001 (passive)

Dernière mise à jour : 01/09/2006

Présentation

Cette page présente quelques exemples simples de réalisation de boîtes de direct passives. Tous proposent une entrée asymétrique haute impédance sur jack mono 6,35mm, et une sortie symétrique basse impédance sur XLR mâle. Pour plus d'informations concernant l'utilité de ce type d'accessoire, merci de vous reportez à la page de Présentation de la boîte de direct. 

Pour une version active (alimentée par piles 9 V ou par alim phantom), merci de vous téléporter vers la page Boîte de direct 002. La référence des transfos n'est pas toujours indiquée sur les schémas, mais plusieurs références sont proposées en fin d'article (§ Choix du transformateur).


Boîte de directe passive simple

Une boîte de direct passive repose sur l'emploi d'un transformateur BF, et ne requiert aucune alimentation pour fonctionner, d'où sa qualification de passive. Comme vous pouvez le constater, ce montage peut ne faire appel qu'à très peu de composants et est donc extremement simple à réaliser.


DI passive - A  DI passive - B  DI passive - C 

Ces trois schémas qui s'appuient sur une même base (un transformateur BF comme seul élement principal) ne diffèrent

Interrupteur Lift/Grounded (Ground/Lift)

Cet interrupteur permet d'isoler ou de relier la masse de sortie et la masse d'entrée. Il permet d'éviter les problèmes de boucle de masse dans certaines configurations de câblage. Comme le nombre de configurations d'installation est grand, il est impossible de dire précisement ce qui est le mieux, et il faudra donc comparer les résultats pour les deux positions de cet interrupteur, afin de déterminer celle qui convient le mieux. En temps normal, cet interrupteur doit être en position ouverte. Notons au passage qu'il ne devrait en théorie pas y avoir d'interrupteur de ce type sur une boite de direct passive, puisque l'un de ses interêts majeurs est de permettre une isolation galvanique totale entre entrée et sortie. Il est montré ici parce qu'on le rencontre parfois. Dans le schéma A, les masses d'entrée et de sortie sont isolées ou reliées directement entre elles grâce à l'interrupteur SW1. Dans les schémas B et C, une résistance (R1) et un condensateur (C1) sont ajoutés. L'association de ces deux composants permet une meilleur "adaptation" de la connexion de masse, d'un point de vue RF (radio-fréquence) au bout du câble qui arrive sur l'entrée (appelons celà la terminaison du câble), et contribue à une meilleur rejection des fréquences radio qui pourraient être ensuite détectée. On peut donc trouver ces trois "configurations" dans les DI du commerce.

Important : Le jack d'entrée doit impérativement être de type isolé si votre boitier est métallique. Si ce n'est pas le cas, c'est à dire si vous utilisez un jack d'entrée non isolé, la masse d'entrée se trouve en contact avec le boitier (metallique) de la DI. Si en sortie la borne 1 de la XLR est reliée à la masse mécanique (ce qui devrait être le cas), l'interrupteur n'a plus aucun effet ! Pour cette unique raison, je vous invite à utiliser un modèle isolé.


Amélioration du schéma de base

Les schémas tels qu'ils ont été présentés ci-avant sont certes simples, mais cette simplicité peut parfois se payer par de petits désagrements. Nous allons maintenant voir comment apporter quelques modifications pour s'assurer d'un bon fonctionnement dans un plus grand nombre de situations.


Couplage d'entrée

On y revient décidement toujours ! Ce fameux condensateur de liaison, que l'on cherche le plus souvent à éliminer du trajet du signal audio, va devoir une fois de plus montrer le bout de son nez. S'il est parfois possible de s'en passer dans un montage électronique actif en adoptant des topologies de schéma adéquates, cela est plus difficile dans un montage tout passif. On serait bien tenté de penser "Mais pourquoi mettre un condensateur pour stopper une composante continue, alors que le transformateur va de toute façon la bloquer ?". Vous avez raison, le transformateur ne laisse passer que les signaux alternatifs. Mais qui vous dit qu'il va bien aimer recevoir en permanence une tension continue ? Car le problème est bien là. 

S'il est vrai que le transformateur ne transmet pas sur son secondaire la tension continue présente sur son primaire, il ne reste pas pour autant inactif face à la présence d'une telle tension. Une bobine de transformateur crée un champs magnétique quand elle est parcourue par un courant. Et qui dit tension, dit courant. Il est donc important de prévoir un condensateur en vue de bloquer toute composante continue qui pourrait venir de la sortie instrument que l'on raccorde à l'entrée de la boite de direct. Faut-il systématiquement en mettre un ? Si votre boite de direct est destinée à rester à demeure connectée sur une sortie micro guitare passive, non, ce n'est pas nécessaire. Si par contre elle est susceptible d'être raccordée en sortie d'un synthé, oui, c'est nécessaire. Nous pouvons même généraliser en disant que la présence d'un condensateur de liaison est nécessaire dès l'instant où l'on raccorde l'entrée de la DI sur la sortie d'un équipement alimenté par pile ou par le secteur, car on ne sait pas si cet équipement est doté ou non d'un condensateur de liaison sur sa sortie. Le schéma suivant montre où et comment ajouter ce condensateur.


DI box passive 001f

Mais, il n'y a pas qu'un seul condensateur, sur ce schéma ! Exact, il y en a trois.

C1 et C2 sont montés tête-bêche, afin de se comporter comme un unique condensateur non-polarisé. Bien entendu, vous pouvez utiliser un condensateur non polarisé de 22uF à la place de ces deux condensateurs de 47uF, mais cela vous coutera sans doute bien plus cher et plus de temps de recherche. Un condensateur non-polarisé (abbréviation NP) est en effet moins bien distribué par les revendeurs de composants car il s'agit d'un composants assez spécifique et peu demandé dans le monde du grand public. Le condensateur C3 de 100nF n'est pas obligatoire, mais permet un meilleur transfert des transitoires (fréquences élevées). Si vous le montez, choisissez un modèle de bonne qualité, au polypropylene. La résistance R1 permet de fixer le potentiel "gauche" du condensateur à zéro volt, ce qui limitera fortement les plops lors de la connexion / déconnexion de la prise jack en entrée (voir polarisation des condensateurs de liaison).

Et à quoi sert R2 ? A deux choses : d'une part à atténuer le risque de saturation du transfo, et d'autre part à ne pas connecter directement la sortie BF d'un équipement électronique à une bobine (ici le primaire du transformateur). Certaines sorties audio n'aiment pas qu'on leur raccorde une charge selfique en sortie, surtout quand il n'y a pas de résistance en série avec ladite sortie. Ce simple ajout ne coute pas grand chose et là aussi présente un interêt dont il serait dommage de se passer, surtout si vous souhaitez raccorder la boite de direct sur une sortie de synthé. Cette résistance peut cependant tout à fait et sans risque être omise si vous comptez raccorder l'entrée de la boite de direct à une sortie micro passif de guitare, ou si vous savez que le niveau max avant saturation du transfo ne sera pas atteind avec vos appareils.


Atténuateur d'entrée

Il est possible d'atténuer le signal d'entrée avant de l'appliquer sur le primaire du transformateur, mais dans ce cas attention il faut utiliser un atténuateur en L plutôt qu'un atténuateur en T. L'atténuateur en L augmente l'impédance d'entrée, tout en diminuant l'impédance de la source vue par le primaire du transformateur. A cet endroit de la chaîne, un atténuateur de seulement 6 dB ou 10 dB n'apporte rien de bon. En effet, une source inductive (comme la bobine d'un micro de guitare) se sent bien mieux face à une très haute impédance d'entrée, et un primaire de transfo (inductif) se sent mieux avec une source basse impédance. Cela est compatible avec un atténuateur en L de 30 dB ou 40 dB.



Atténuateur de sortie

Il est des cas où l'adjonction d'un atténuateur fixe (pad) en sortie (et pas en entrée, ce n'est pas une erreur) peut être nécessaire :

- quand le niveau ligne du signal d'entrée est très elevé, et que le transfo supporte encore ce niveau élevé et ne sature pas encore (s'il risque de saturer, un pad doit alors être installé en entrée)
- quand la longueur du cable en sortie est grande et de très moyenne qualité (plus de 5 mètres)

DI Box passive 001g

Comme vous pouvez le constater, il s'agit d'un atténuateur (pad) traditionnel. Les valeurs des composants données ici (R3 à R5) lui confère une atténuation de l'ordre de 15 dB. Cette atténuation s'ajoute bien sûr à l'atténuation déjà provoquée par le transformateur BF, qui est de l'ordre de 20 à 40 dB selon le transfo (la valeur de l'atténuation d'un transfo est en partie liée au rapport des impédances primaire / secondaire). Bon, on peut bien comprendre qu'il faut un atténuateur pour diminuer un signal trop fort, mais pourquoi est-ce nécessaire pour de grandes longueurs de cable ? Et bien pour la simple raison que le câble possède une capacité parasite qui est d'autant plus élevée que sa longueur est importante (la capacité parasite du premier cm de câble s'ajoute à la capacité parasite du second cm de câble, etc). Et un bobinage (un secondaire de transformateur par exemple) placé en parallèle avec un condensateur constitue un circuit résonnant. Et un circuit résonnant à la particularité suivante : il possède une fréquence de résonnance. Si on applique un signal BF sur un tel ensemble et que la fréquence de résonnance se situe dans la partie audible, les fréquences situées sur et autour de la fréquence de résonnance vont être augmentées dans des proportions parfois importantes. A moins de vouloir prendre ce risque pour voir ce que celà donne, il est nécessaire d'éviter cette entrée en résonnance, en intercalant un circuit résistif "amortisseur" entre la bobine du transfo et le condensateur (la capacité) du câble de liaison de sortie.

Remarque : Un atténuateur de sortie, tel que décrit ici, ne doit pas systématiquement être prévu ! En pratique, cela fonctionne parfaitement sans dans la grande majorité des cas, et c'est heureux. L'usage d'un câble audio de très bonne qualité limite sérieusement le risque de problèmes de tous genres. Le problème potentiel évoqué ici fait mention d'un défaut qui peut ne pas s'entendre de façon évidente, car s'il s'entend, ce n'est que sur une partie de la bande passante et dépend donc du spectre du signal audio qui transitera dans la liaison. Ce n'est pas comme une  ronflette qui s'entend tout le temps. C'est un défaut plus subtile. Si vous ne prévoyez pas ce pad, cela ne signifie pas que cela fonctionnera mal; et si un petit défaut apparait, il n'est même pas certain que vous l'entendrez. C'est typiquement le genre d'ajout qui fait causer : "Mais que raconte-t-il donc, je n'ai jamais vu de pad en sortie !" ;-).


Exemple de boîte de direct passive

Nous avons assez discuté pour pouvoir fabriquer une petite boîte de direct. Le schéma suivant regroupe ce qui a été dit avant, on y retrouve le couplage d'entrée par condensateur et l'atténuateur de sortie à résistances (qui je le rappelle n'est pas obligatoire dans 95% des cas).


DI Box passive 001fg

Si vous souhaitez disposer de l'interrupteur Ground / Lift, rappelez-vous qu'il faut impérativement utiliser un connecteur jack chassis dont la masse est isolée, afin d'éviter qu'elle ne rentre en contact électrique avec le boîtier métallique et donc avec la broche 1 de la XLR de sortie, qui elle doit être raccordée au boitier.


Utilisation sur une sortie de forte puissance

La connexion d'une boîte de direct sur une sortie amplifiée (par exemple la sortie HP d'un amplificateur de 100 W), si elle est construite selon les indication précédentes, n'est pas possible. Il est nécessaire d'atténuer au préalable le signal amplifié afin de le rendre compatible avec le transformateur BF et avec le niveau micro. Une sortie amplifiée procure en effet une énergie bien trop importante pour pouvoir être digérée telle quelle, et nécessite une atténuation conséquente, disons de 50 dB pour fixer l'ordre de grandeur (l'atténuation requise dépend bien sûr de la puissance réelle appliquée au HP). Cette atténuation peut s'effecteur à l'aide d'un simple pont diviseur résistif, comme le montre le schéma qui suit.


DI Box passive 001h

Les deux résistances R1 et R2 constituent le pont diviseur en question. Avec les valeurs adoptées sur le schéma, l'atténuation est de l'ordre de 50 dB. Si vous souhaitez une atténuation moindre, il vous suffit d'augmenter la valeur de la résistance R2 (1,8 kO pour 40 dB d'atténuation, par exemple). Il est important de choisir pour R1 et R2 des résistances capables de dissiper de la chaleur plus qu'à l'habitude, c'est surtout vrai pour R1 qui devra absorber la plus grosse partie de l'énergie. C'est ainsi, que tout naturellement, le choix de cette dernière se portera sur un modèle 2 W.

L'atténuation d'un signal d'amplitude élevé provenant d'une sortie symétrique est également envisageable. Il suffit de remplacer le pont résistif par un atténuateur adapté, comme celui visible sur le schéma suivant.


DI Box passive 001i

Nous retrouvons ici le même rapport d'atténuation que précédement avec l'entrée asymétrique, mais cette fois, la chute de tension se répartie également sur deux résistances (R1 et R2) au lieu d'une seule. C'est la raison pour laquelle ces deux résistances ont une valeur moitié de celle que l'on avait précédement. Il en est de même pour la puissance qu'elles devront toutes deux dissiper, ce qui justifie l'emploi de modèles 1 W.


Choix du transformateur

Un des principaux problème auquel on peut se trouver confronté lorsqu'on veut faire soi-même une DI box passive, réside dans la difficulté de trouver un bon transformateur (qui, en dehors des chiffres purement techniques, procure une bonne sonorité). Ce type de composant est en effet très cher s'il est de bonne facture (sans jeu de mot). Vous pouvez essayer avec divers types de transformateurs, dont ceux de marque Cinemag, Sowter, Jensen ou Lundhal (liens vers les sites internet de ces constructeurs dans la page Liens), mais il existe bien sûr d'autres constructeurs dont les produits peuvent également être testés (Monacor, Neutrik, Triad, etc) - quelques références sont proposées un peu plus loin. 

Le rapport de transformation primaire/secondaire doit être de 10:1 ou 12:1 (éventuellement 5:1), impédance élevée au primaire et faible au secondaire (par exemple 10k/600). Le primaire doit supporter un signal d'amplitude assez élevée sans saturer (par exemple +10 dBu ou plus). Pour connaitre le seuil de saturation du primaire, vous devez impérativement consulter le datasheet (document technique du constructeur) du transformateur. Généralement, il vous faudra choisir un transformateur pouvant accepter des niveaux de +15 dBu ou plus, surtout dans le cas où la DI est utilisée avec des sources audio d'amplitude élevée (cas de certains synthés). Notez que le type de transformateur requis pour ce type d'application apporte une atténuation telle qu'au niveau console on travaille au niveau micro et non ligne, mais que celà n'est pas critique du fait de la robustesse plus grande contre le parasitage lié à la symétrisation du signal. Sur le schéma ci-avant, le transformateur n'est pas représenté avec le ou les écrans qu'il peut posséder. Le cas échéant, relier ces écrans à la masse (écran sur masse d'entrée s'il n'y en a qu'un, écran d'entrée sur masse entrée et écran de sortie sur masse sortie s'il y en a deux).

On préfèrera un transformateur doté d'un blindage en mu-métal, c'est plus cher certes, mais tellement mieux armé contre les perturbations électromagnétiques ! L'écran mu-métal doit lui aussi être relié à la masse.


Allez, quelques références de transformateurs BF pour votre DI passive...

L'une des plus grande différences entre les références de transformateurs BF qu'on peut préconiser pour les application "microphone" ou "DI", réside dans leur immunité au bruit. Ou, dit autrement, dans leur sensibilité aux parasites et rayonnements environnants. Quand on travaille à haute imépdance et/ou faible niveau, le transformateur doit être correctement blindé, avec un ou plusieurs "écrans". Un transformateur pour entrée microphone, câblé "à l'envers" convient généralement pour fabriquer une DI.

Les vieux transformateurs "un peu gros" peuvent provoquer un peu plus de pertes dans les aigus, mais ils bénéficient d'un seuil de saturation plus élevé et donc d'une marge de manoeuvre plus grande. Petite phrase qui risque d'en agacer certains : la boîte de direct passive est drôlement simple à réaliser, mais pour une guitare passive, il vaut mieux (cas général) privilégier une boîte de direct active (dont l'impédance d'entrée est plus élevée).


Ajout d'une sortie LINK

La sortie LINK n'est ni plus ni moins qu'une prise câblée en parallèle sur l'entrée, et se retrouve donc sous forme asymétrique.


DI - Link

Ce type de reprise ne pose pas de problème si la prise Link est reliée sur l'entrée haute impédance d'un ampli guitare utilisé localement. Dans ce cas de figure bien particulier, il sera nécessaire de jouer avec le bouton Ground/Lift et rester sur la position qui offre le minimum de bruit de fond ou ronflette (hum).


Circuit imprimé

Aucun dessin de circuit imprimé n'est proposé, ce dernier doit être conçu en fonction du transformateur BF utilisé. Dans bien des cas, un montage en l'air (sans support physique pour les composants) est possible et n'est pas très contraignant, car le nombre total de composants à câbler reste faible.


Historique

01/09/2006
- Première mise à disposition.