Electronique - Realisations - Melangeur audio passif 008

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Dernière mise à jour : 08/06/2014

Présentation

La présente réalisation est plus une base d'un reflexion qu'une réalisation à proprement parler (mais qui bien sûr peut passer à l'étape pratique). Elle concerne un mélangeur audio entièrement passif, doté de 6 entrées mono et de 8 envois AUX (auxiliaires) en plus de la sortie mixée principale. Ce type de mélangeur peut convenir pour des sources audio au niveau ligne et éventuellement pour des sorties casque, mais ne convient absolument pas pour des sources de type microphone ou guitare (les pertes de niveau engendrées auraient des conséquences catastrophiques). De même, on ne peut pas raccorder les entrées de ce mélangeur sur des sorties HP amplifiées de forte puissance.

Schéma

Le schéma peut sembler touffu mais si vous regardez bien, il n'y a vraiment pas grand chose et toutes les voies sont identiques.

Sommation

Chacune des six voies est dotée d'un certain nombre de potentiomètres (tous des logarithmique), huit de type rotatif pour les envois AUX et un de type rectiligne pour le fader dédié au mixage (sortie Out_Mix). Mais bien sûr on peut aussi utiliser un potentiomètre rotatif pour le MIX (comme je l'ai fait pour ma toute première table de mixage). Les neuf potentiomètres sont tous utilisés de la même façon, ils servent à doser la quantité de signal source qu'on souhaite envoyer sur chacun des bus de sommation. Si on regarde de près la façon dont les envois AUX sont réalisés, on se rend compte qu'on procède exactement de la même manière que pour le mixage général (bus MIX). Toutes les résistances jouent le même rôles, à savoir sommation et isolation entre les différentes voies, on en trouve une associée à chaque potentiomètre. Ces résistances, si elles ont une valeur faible, provoquent une atténuation moindre des signaux BF, mais induisent un mélange non désiré entre les voies (diaphonie) qui peut s'avérer gênant. Si on donne une valeur élevée aux résistances de sommation, l'isolation entre voies est meilleure mais l'atténuation est aussi plus élevée. Avec les valeurs adoptées ici (toutes résistances de 100 kO), la perte d'insertion (l'atténuation entre l'entrée et la sortie) est de l'ordre de 25 dB pour un potentiomètre monté à fond et pour une charge de sortie (entrée console par exemple) de 10 kO. Si l'impédance d'entrée de la "charge" est plus élevée, l'atténuation sera moindre (entre 18 dB et 20 dB sur charge 47 kO). Pour rappel, une atténuation de 20 dB correspond à un rapport en tension de 10 (si on rentre 500 mV, il ressort 50 mV). L'utilisation d'un tel mélangeur suppose donc que l'appareil qui fait suite est capable de rattraper le niveau perdu.

Beaucoup de potentiomètres en parallèle...

C'est ici inévitable puisqu'on veut disposer de huit envois AUX par voie. Comme tous ces potentiomètres se trouvent en parallèle, on est obligé de leur donner une valeur assez élevée pour disposer d'une valeur équivalente pas trop faible, afin que leur seule présence n'apportent pas déjà une atténuation trop élevée. Le reveil de la médaille, bien sûr, est que plus la valeur est élevée et plus le bruit de fond est élevé. Mais je vous rassure, ce bruit de fond reste relativement négligeable quand on travaille avec des sources audio d'amplitude élevée (comme ici, où on travaille en niveau ligne). Dans notre cas, on aboutit à une valeur équivalente voisine de 20 kO, ce qui est tout à fait correct. On peut aussi adopter des potentiomètres de 100 kO pour une valeur totale équivalente (par tranche) de 10 kO environ.
Remarques :
- si quatre départs AUX suffisent, vous pouvez réduire le nombre de potentiomètres. Par exemple 4 potentiomètres de 100 kO (ou 47 kO) au lieu de 8 potentiomètres de 220 kO.
- le nombre de potentiomètres peut être encore plus réduit, mais il existe un nombre minimal sous lequel il vaut mieux ne pas aller, au risque d'un confort d'utilisation moindre. Il s'agit bien sûr du nombre 0.

Condensateurs de liaison

Les condensateurs de liaisons C101 à C601 placés en série avec chaque connecteur d'entrée servent à empêcher toute composante continue éventuellement présente dans une source audio, d'arriver jusqu'aux potentiomètres. Ces condensateurs sont optionnels et peuvent être supprimés si vous êtes sûr que les appareils audio sources utilisés ne délivrent au repos aucune composante continue de valeur élevée (si elle n'est que de quelques mV, pas de soucis et pas besoin d'ajouter ces condensateurs encombrants, môches, inutiles et colorants).

Quelques mesures théorique

Non, pas de formule mathématique, je suis désolé. Juste quelques chiffres pour fixer les idées, avec des exemples pratiques où toutes les sorties AUX et MIX sont reliées à une entrée d'impédance 10 kO, et où toutes les sources présentent une impédance de sortie assez faible pour être négligée (disons inférieure à 100 ohms pour là encore fixer les idées).
1er cas : tous les potentiomètres sont à zéro, sauf RV101 qui est à fond (envoi AUX1). Dans ce cas, on retrouve sur la sortie AUX1, l'amplitude maximale du signal source appliqué à l'entrée J101/In1, avec un perte qu'on peut calculer mais qu'on ne va pas calculer et qui est voisine de 25 dB. Oh, et puis si, on va tout de même chercher à comprendre pourquoi on a une telle perte de niveau. Ca m'aidera à comprendre ce que j'écris. Suivons donc le trajet du signal audio : celui-ci arrive sur le potentiomètre RV101, ainsi que sur tous les autres potentiomètres qui sont câblés en parallèle. Comme le potentiomètre RV101 est à fond, son curseur sur trouve directement sur la ligne de la source d'entrée In1 (on considère le potentiomètre sans défaut). Le signal audio passe ensuite dans la résistance de sommation R101 pour aboutir au bus AUX1, lequel aboutit sur notre charge de 10 kO via le connecteur J1/Out_Aux1. On se trouve donc en présence d'un bête diviseur résistif qu'on pourrait compliquer en disant qu'il est constitué d'impédances et non de résistances. A vue de nez, comme ça, je serais tenté de dire que l'atténuation devrait être voisine de 20 dB, puisque le rapport de valeur entre les résistances RV101 (100 kO) et charge (10 kO) est de 10. Alors pourquoi trouve-t-on plutôt -25 dB et non -20 dB ? Eh bien, peut-être parce que sur le trajet du signal audio, on trouve aussi les résistances R201, R301, R401, R501 et R601, toutes de 100 kO et câblées pour le coup entre la sortie AUX1 et la masse (tous les autres potentiomètres sont à zéro, donc curseur à la masse). Finalement, en plus de notre charge de 10 kO, on a une charge supplémentaire de 5 * 100 kO en parallèle (20 kO), le tout équivaut donc à une charge Req de 6,66 kO (10 kO // 20 kO). L'amplitude du signal qu'on récupère sur la sortie AUX1 est donc :
Vs = Ve * Req / (R101 + Req)
Vs = Ve * 6600 / (100000 + 6600)
Vs = Ve * 0,056
le rapport entre sortie (Vs) et entrée (Ve) est donc de (valeur sans unité) :
Vs / Ve = 0,056
ce qui nous donne en log :
Att = 20 * log(0,056) = -24,9 dB.
Si vous n'arrondissez pas les valeurs comme je l'ai fait, vous trouverez un résultat très légèrement différent. Rappelez-vous (ou sachez) que quelques dixièmes de dB correspondent à de faibles variations que l'oreille ne peut discerner.
Maintenant, imaginons que les deux potentiomètres RV101 et RV201 sont tous deux montés à fond, c'est à dire qu'on retrouve sur la sortie AUX1, le mélange des deux sources In1 et In2. On pourrait être surpris de retrouver nos deux signaux source avec une atténuation qui est toujours de l'ordre de 25 dB, puisque cette fois le potentiomètre RV201 n'est plus à zéro mais à fond (donc résistance R201 plus à la masse). Mais dans la pratique, cette résistance qui effectivement n'est plus mise à la masse, se retrouve tout de même à un potentiel proche de la masse en régime dynamique, car elle aboutit sur l'entrée In2 qui elle-même est connectée à une source dont l'impédance de sortie est faible. Et puis, une résistance de 100 kO parmi 5 autres de même valeur, ne présente pas un "poids" si considérable que ça...
Notez donc que la valeur de l'atténuation dépend de plusieurs paramètres :
- valeur des résistances de sommation
- position du curseur des potentiomètres
- présence ou absence de source raccordées sur les entrées.
C'est justement parce les résistances de sommation ont une valeur élevée que les variations des valeurs d'atténuation en fonction des deux derniers paramètres, ne sont pas trop gênantes.
A ce sujet, que se passe-t-il si tous les envois AUX d'une même tranche sont poussés à fond ? Y a-t-il plus de pertes ? Non, justement parce que le cas le plus défavorable est celui où tous les curseurs sont à la masse. Si les curseurs sont tous montés à fond, les résistances mises en parallèle deviennent plus élevées car au lieu d'avoir uniquement les résistances de sommation (R101, R102, R103, etc), on a ces dernières plus les résistances d'entrée (ou impédance d'entrée) de l'appareil branché sur les sorties. Ce n'est pas forcément beaucoup plus, mais c'est plus.
Si maintenant on met à fond tous les potentiomètres AUX1 de toutes les tranches, le résultat sera quasi-identique. En effet, vu du seul bus de sommation AUX1, les résistances mises en parallèle sont celles de sommation (R101, R201, R301, etc) auxquelles s'ajoutes les résistances (ou impédances) de sortie des appareils source (qui elles sont bien plus faibles en règle générale).

Ajout d'une fonction Mute

Il est possible d'ajouter un bouton Mute sur chaque voie, comme le montre le bout de schéma suivant.

La résistance de 1 MO ajoutée à l'entrée (entre le condensateur de liaison et le bouton Mute) permet de fixer le potentiel de "repos" du condensateur de liaison à 0 V et de limiter le bruit de commutation (ce bruit sera atténué mais pas forcément totalement supprimé, c'est un problème récurrent des interrupteurs mécaniques utilisés de cette façon). Un condensateur de liaison qui se retrouve avec une patte en l'air est aussi instable que moi quand je saute à cloche-pied.

Rattrapage de gain ?

Peut-on envisager un petit ampli local pour compenser la perte de niveau liée au mixage passif ? Oui, bien sûr, mais dans ce cas évidement, on se retrouve face à un mélangeur actif ! Ceci dit, rien n'empêche de prévoir cet ampli d'appoint qui grâce à un bypass peut être mis en service seulement quand c'est vraiment nécessaire, cas par exemple si l'appareil qui fait suite ne dispose pas d'une marge de gain suffisante. Le schéma qui suit montre ainsi un petit ampli (pour une seule voie) qui peut être mis en service à volonté, et qui peut être alimenté par une simple pile 9 V.

Ce circuit correspond à un amplificateur audio classique à faible gain câblé en mode non-inverseur (la polarité du signal de sortie est la même que celle du signal d'entrée). L'alimentation est simple (non symétrique) ce qui simplifie l'usage avec des piles, mais impose l'ajout de condensateurs de liaison en entrée et sortie de l'amplificateur (C801 et C803). L'entrée [+] du circuit intégré reçoit en même temps le signal BF à amplifier (via C801) et une tension continue de polarisation égale à la moitié de la tension d'alimentation (R804 à R806 associées à C804) qui permet de centrer ce signal BF et de ne pas perdre ses alternances négatives. L'entrée [-] du même circuit intégré reçoit une fraction du signal de sortie amplifié, via les deux résistances R801 et R802. Le gain en tension est déterminé par le rapport de valeur de ces deux résistances R801 et R802, il est voisin de 10 (20 dB environ). Malgré la valeur de gain donnée à cet ampli qui est inférieure à la perte observée précédement de 25 dB, le signal d'entrée se retrouve pourtant légèrement amplifié en sortie. Pourquoi ? Tout simplement parce que l'impédance d'entrée de l'ampli est élevée et charge moins le bus AUX1 (et les autres aussi bien sûr), et dans ces conditions la perte n'est plus de 25 dB mais de 18 dB environ. La résistance montée en série avec la sortie protège l'AOP en cas de court-circuit permanent en sortie.
Commutation passif/actif : la petite difficulté consiste ici à bypasser la section ampli quand on veut que le montage soit entièrement passif. Certes on peut se contenter de simples inverseurs (SPDT) mais il en faut tout de même 9. Alors, des relais ? Avec un relais, un seul interrupteur suffit pour "traiter" toutes les voies en même temps (relais à faire coller en mode actif). Mais des relais consomment du courant et si l'alim se fait sur pile, c'est plutôt gênant (on pourrait utiliser des relais bistables qui ne consomment qu'au moment de la commutation, mais un simple interrupteur ne suffirait pas pour les piloter). Confier la commutation à des transistors FET est aussi envisageable, mais dans ce cas où prendre l'alimentation nécessaire à leur commande quand on est en mode passif ? Pour l'heure, je ne vois que la solution des interrupteurs mécaniques. Quoique... une autre solution peut aussi être envisagée : doubler le nombre de jacks de sorties. Une première rangée de 9 connecteurs pour les sorties passive, et une seconde rangée pour les sorties actives. En procédant ainsi, on peut se contenter d'un seul interrupteur simple pour mettre l'électronique sous tension. On peut même dans cette variante, utiliser les deux sorties passives et actives en même temps ! Mais attention alors dans ce cas de figure précis, le fait de charger le bus via les sorties passives fait chuter le signal de quelques dB... sur la voie active. Bien sûr, on peut envisager d'augmenter un peu le gain de l'ampli pour disposer à tout instant de la compensation de niveau souhaitée (+26 dB au lieu de +20 dB, il suffit de doubler la valeur de R801), mais dans ce cas l'ampli délivre un signal de 6 dB supérieur à celui d'entrée quand les sorties passives sont laissées libres. Vous avez de quoi réfléchir je pense ;-)

Distributeur casques pour musiciens en répétition silencieuse ?

En apportant quelques modifications, on peut utiliser un mélangeur de ce type pour effectuer des mixages indépendants pour des musiciens qui répètent au casque. On peut en effet raccorder les entrées du mélangeur sur des sorties lignes d'une console (Direct Out ou Send d'une prise Insert avec rebouclage sur Return pour ne pas couper la chaîne de traitement des tranches), et relier chaque sortie du mélangeur sur l'entrée d'un ampli casque individuel. Tel que présenté ici, cela se ferait bien sûr en mono, mais un traitement stéréo est aussi envisageable, il suffit de remplacer les potentiomètres simples par des doubles. Oui, ça augmente le câblage ! Les entrées du mélangeur peuvent aussi éventuellement être raccordées à des sorties casque, même si ce n'est pas fait pour ça à l'origine. Avec certains types d'amplis casque, la qualité n'est pas au rendez-vous quand l'impédance de la charge est trop grande (ici, même avec 9 potentiomètres en parallèle, on est loin des quelques dizaines d'ohms attendus). Le cas échéant, ajouter une résistance de faible valeur (10 à 22 ohms) en parallèle sur l'entrée concernée.

Historique

08/06/2014
- Ajout infos pour usage du mélangeur avec des sorties casque.
20/04/2014
- Première mise à disposition