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Dernière mise à jour : 28/05/2017

Présentation

Un transformateur audio permet de créer une isolation galvanique (isolation électrique totale) entre deux équipements audio, évitant - entre autres - les boucles de masse souvent source de ronflettes.

Transfos BF

Outre l'aspect isolation électrique et la possibilité de symétriser ou désymétriser une liaison de la façon la plus simple qui puisse exister, le transformateur audio offre des avantages que les composants électroniques "modernes" (amplificateurs différentiels dans le sens large du terme) ont parfois du mal à égaler. C'est ainsi qu'il offre de façon "naturelle" une bonne réjection de mode commun, un bon filtrage des signaux HF éventuellement perturbateurs et surtout, la possibilité d'apporter du gain sans ajouter de bruit (s'il est correctement blindé). Mais il présente aussi quelques inconvénients, tels que son prix, son poids et son encombrement.
On trouve globalement trois types de transfos BF :
- les transformateurs audio pour faibles signaux (issus d'un microphone ou d'une cellule de lecture pour disque vinyle, par exemple)
- les transformateurs audio pour niveau ligne
- les transformateurs audio de puissance pour étage de sortie d'ampli à lampe.
Quelle que soit la catégorie à laquelle ils appartiennent, les transformateurs audio sont censés traiter des signaux électriques alternatifs dans le domaine des fréquences audibles (bande passante de 20 Hz à 20 kHz, moins pour les applications téléphone, plus pour certains domaines audio spécifiques). La fabrication de tels transformateurs est difficile quand on recherche des performances élevées (surtout aux deux extrémités du spectre, dans les graves et les aigus). C'est pourquoi ils coutent cher, passé le seuil du domaine grand public. L'usage d'un transformateur audio est parfois critiqué à cause de son encombrement ou son prix, ou encore à cause des "accidents" qu'il introduit dans la bande passante - critique non justifiée quand le transfo est correctement choisi et que l'électronique qui l'entoure est bien étudiée. Mais ce sont parfois ces imperfections qui apportent une coloration que les professionnels du son apprécient.
Sur la photo en haut de cette page, vous pouvez voir tout à gauche un transfo BF cylindrique destiné à être intégré dans le corps d'un microphone (marque LEM). Les autres transfos, plus imposants, sont destinés à travailler avec des niveaux ligne.

Le transformateur a-t-il une impédance propre ?

Les fabricants vendent des transformateurs en spécifiant des valeurs d'impédances pour les enroulements primaire(s) et secondaire(s). Et en même temps, on sait (ou on apprend) que l'impédance réellement vue par les équipements reliés au transfo varie selon ce qui est branché de l'autre côté du transformateur. Avouez qu'il y a de quoi s'y perdre... Avant d'aller plus loin, précisons que les valeurs d'impédance spécifiées par les fabricants font la plupart du temps référence aux impédances de sources et de charges pour lesquelles le transformateur a été conçu, et pour lesquelles il offrira donc les meilleures performances.
Un transformateur reflète vers le primaire la charge qu'il voit au secondaire, au carré du rapport de transformation près. Cela fait très "formule mathématique" et nécessite quelques éclaircissements. Prenons un exemple avec un transformateur de rapport 1:1, (le carré de 1:1 étant égal à 1, cela simplifie les calculs) dont les "impédances préconisées" de primaire et de secondaire données par le fabricant sont de 600 ohms (transfo 600 ohms / 600 ohms). Si on branche le primaire de ce transformateur sur une sortie ligne possédant une impédance de sortie de 20 ohms, la sortie de 20 ohms de cet équipement source ne verra pas forcément une charge de 600 ohms (comme on pourrait le penser vu les données constructeur concernant l'impédance de l'enroulement primaire du transformateur) mais une charge dont la valeur dépend de l'impédance de charge reliée côté secondaire du transformateur. Le fait que les fabricants spécifient des valeurs d'impédance rend les choses un peu confuses, 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) dans des configurations de câblage différentes.

On s'aperçoit 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 600 ohms. Petite parenthèse : si on mesure la valeur ohmique des primaire et secondaire avec un ohmmètre, la valeur lue est bien plus faible que 600 ohms, par exemple 10 ohms ou 200 ohms (voir exemples donnés plus loin, au paragraphe "Impédance et résistance"). La valeur ohmique réelle dépend de la puissance pour laquelle le transformateur a été conçu (un transfo de sortie présente une résistivité moindre qu'un transfo d'entrée et permet le passage d'un courant plus élevé).
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 ohms.

Une petite formule pour éclairer ?
Le primaire d'un transformateur est le reflet de sa charge au secondaire.
Rapport de transformation (N1 / N2) = racine de (Z1 / Z2)
N1 = nombre de spires au primaire, et N2 = nombre de spires au secondaire
Z1 = impédance au primaire, et Z2 = impédance au secondaire
Exemple avec rapport Z1 / Z2 = 3500 ohms / 8 ohms = 437 => Rapport de transformation (N1 / N2) = Racine de 437 = 20,9
Transfo secteur 230 V / 12 V => Rapport (N1 / N2) = 230 / 12 = 19
En conclusion, un transfo d'alim 230 V / 12 V convient pour adapter un étage de sortie composé d'une 6L6 ou EL34 avec un HP 8 ohms.
Merci Guy pour ce rappel mathématique qui manquait, et pour cet exemple pratique additionnel ;-)

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, exprimé sous la forme x:y ou x/y (par exemple 1:4 pour un transfo de rapport 4)
- amplitude des signaux appliqués au primaire du 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 !

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'une source audio (sortie master 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 tel transfo doit être "piloté" par un étage suffisamment costaud (l'utilisation de transistors de puissance n'est pas rare).
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 moyennes ou élevées (1 kO ou plus de 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 une question de grosseur de fil et du nombre de spires. Des impératifs techniques imposent une parfaite maitrise de la réalisation, ce qui est bien assimilé chez les fabricants professionnels. Un transfo prévu pour travailler avec des niveaux faibles (transfo pour micro par exemple) est généralement mieux blindé contre les perturbations externes grâce à la présence d'un ou plusieurs écrans internes et d'un blindage extérieur. Que l'on ne s'y trompe pas, un transformateur BF "stéréo" vendu 9 euros chez un installateur d'autoradio n'égale pas les performances d'un transformateur BF de marque OEP, Jensen ou Lunhdal vendu 60 ou 100 euros.

Impédance et résistance ?

L'impédance du bobinage primaire ou secondaire d'un transformateur se mesure en ohms, l'unité est la même que celle qu'on utilise pour les résistances. Peut-on donc, en faisant une "analogie rapprochée" entre impédance et résistance, estimer que la résistance en continu mesurée avec un ohmmètre traditionnel sera quasiment équivalente à l'impédance indiquée par le fabricant ? Comme dit précédemment, l'impédance spécifiée est plus celle pour laquelle le transfo est prévue, qu'une impédance propre. Mais prenons des exemples concrets, avec des transfos de caractéristiques connues dont on mesure la résistance des enroulements en courant continu (méthode utilisée dans un ohmmètre). Les mesures qui suivent ont été réalisées sur des transfos BF complètement différents, hors circuit (enroulements primaire et secondaire en l'air) :

transfo BF #1 : marque inconnue, notifié 600 ohms / 600 ohms (pour ligne téléphonique)
transfo BF #2 : Girardin TS306, notifié 600 ohms / 600 ohms (pour ligne BF pro)
transfo BF #3 : TESA 47773, notifié 600 ohms / 23 kO
transfo BF #4 : TESA "yya", notifié 50 ohms / 20 kO
transfo BF #5 : Neutrik NTE1, notifié xx ohms / xx ohms
transfo BF #6 : Neutrik NTE4, notifié xx ohms / xx ohms
transfo BF #7 : Neutrik NTL1, notifié xx ohms / xx ohms
transfo BF #8 : Monacor LTR110, notifié xx ohms / xx ohms
transfo BF #9 : SAF TE1821, notifié Ze > 15 kO
transfo BF #10 : SAF TS2003, notifié Zs < 50 ohms
transfo BF #11 : Systel 5778, notifié 200 ohms / 22 kO
transfo BF #12 : marque inconnue, rien de noté sur le boîtier

Remarques :

Valeurs d'impédance spécifiées ou recommandées par le fabricant = en noir, mesures à l'ohmmètre = en vert
P = Primaire, S = Secondaire
Pour les transfos de référence inconnue, la notion de primaire et secondaire est ici arbitraire.
Quand le transfo possède plusieurs primaires et/ou plusieurs secondaires, mesures effectuées sur enroulements câblés en série.

Transfo #1 P : 600 ohms / 120 ohms S : 600 ohms / 120 ohms	Transfo #2 P : 600 ohms / 17 ohms S : 600 ohms / 17 ohms	Transfo #3 P : >600 ohms / 35 ohms S : 23 kO / 800 ohms	Transfo #4 P : 50 ohms / 1,6 kO S : 20 kO / 2,6 kO
Transfo #5 P : 200 ohms / 43 ohms S : 2 kO / 54 ohms	Transfo #6 P : 200 ohms / 50 ohms S : 10 kO / 260 ohms	Transfo #7 P : 600 / 1 kO S : 10 kO / 1,3 kO	Transfo #8 P : 600 ohms / 75 ohms S : >5 kO / 90 ohms
Transfo #9 P : >15 kO / 900 ohms S : ? / 650 ohms	Transfo #10 P : ? / 8 ohms S : <50 ohms / 8 ohms	Transfo #11 P : 200 ohms / 1,6 kO S : 22 kO / 1,6 kO	Transfo #12 P : ? / 800 ohms S : ? / 1,6 kO

Constats :

Les deux premiers transfos #1 et #2 sont donnés pour des impédances identiques (600/600) mais la résistance en continu des enroulements du second transfo est nettement plus faible. Ces deux transfos sont en effet prévus pour fonctionner dans des conditions d'utilisation complètement différentes, le premier ne doit pas tirer trop de courant sur la ligne tel, le second est fait pour attaquer des lignes de transmission de grande longueur. L'attaque de l'enroulement primaire du transfo #2 se fera difficilement avec un simple AOP...
Là aussi il est intéressant de comparer les valeurs des résistances en continu des transfos #3 et #4 par rapport aux impédances de source et de charge préconisées.
Pour les transfos #5 et #6 (Neutrik NTE1 et NTE4) on retrouve dans les mesures en courant continu, un rapport de résistance globalement équivalent au rapport de transformation (respectivement de 1:1 et 1:4).
Tout comme pour le transfo #2, le transfo #10 nécessite un étage de puissance apte à piloter correctement le primaire.
D'une manière générale, la résistance en continu des enroulements primaire(s) et secondaire(s) est inférieure aux impédances de source ou de charge recommandées par le fabricant.

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 séparément, 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 extrémités. 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 une 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 liaisons 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)
- OEP A262 (16 euros environ)
- E-9912 (14 euros environ), type 600 ohms / 10 kO
- E-9818 (14 euros environ), type 600 ohms / 600 ohms
- JQaudio DS2206 (24 euros environ), type 600 ohms / 10 kO (attention aux contrefaçons)
- 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"

Examples de transfos de sortie ligne "vintage"

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 :

	Isolation électrique entre téléviseur et console de mixage Câblage de deux connecteurs jack 6,35 mm directement aux bornes de deux transfos BF de récup, pour liaison isolée entre sortie TV et entrée console, quand j'avais encore ça sous les doigts...
	Isolation électrique entre PC portable et équipements audio pro Un symétriseur / désymétriseur que j'utilise principalement avec un PC portable. Détail...
	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 auxquels il a droit quand le PC portable est relié au secteur. Photo 1, Photo 2, Photo 3.
	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 cela 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. Meilleure 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. Meilleures 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 réalisés 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 tout 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 utilisés il y a quelques années quand j'avais encore mes baies remplies de matériel audio.

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.

Je ne revends pas mes transfos BF !!!