SRPP et distorsion

[guytou]

Bonjour,

Un article qui expose que le SRPP , c'est pas top question décroissance régulière des harmoniques : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

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Un prise de position aussi sur les effets d'un taux élevé de contre-réaction .

[jaja75]

Bonjour

La non-linéarité de la fonction de transfert d'un étage d'amplification est dûe à celle propre au tube, au point de fonctionnement considéré et du montage (cathode commune, SRPP, PP, etc...) avec ses composants affectant la réponse en fréquence de l'étage et son alimentation HT qui peut varier (diminuer) avec l'amplitude du signal (cas des PP).

La distorsion harmonique est produite par cette non-linéarité sur un signal mono-ton : des harmoniques sont ajoutées au signal appliqué en entrée. Pour un même tube et un même montage, la distorsion harmonique peut varier selon la fréquence et selon la concepttion des circuits d'alimentation.

La distorsion d'intermodulation est produite par cette même non-linéarité dès que le signal comprend au moins 2 tons. Des produits d'intermodulation sont ajoutés aux signaux appliqués en entrée. Leur amplitude dépend de la distorsion harmonique produite par chaque composante (autrement dit en mono-ton). L'amplitude des produits d'intermodulation augmente deux fois plus vite que les harmoniques, lorsque l'amplitude du signal incident augmente.

Un signal audio réel est composé de multi-tons, chaque ton ayant son amplitude qui varie avec le temps.

La non-linéarité d'un étage va produire une grande quantités d'harmoniques, sur chaque composante du signal audio, et une grande quantité de produits d'intermodulation entre chaque composante du signal. Sur des passages musicaux d'amplitude élévée, qui de plus pompent sur l'alimentation,  l'amplitude des produits d'intermodulation l'emporte bien souvent sur la distorsion harmonique. D'où un rendu catastrophique. Et la CR n'arrange rien, bien au contraire.

En minimisant la distorsion harmonique sur toute la bande passante et pour les amplitudes max du signal, on minimise implicitement la distorsion d'intermodulation.

Bien souvent cela ne se voit pas à la mesure car en distorsion harmonique elle est limitée à quelques fréquences (voir une seule à 1 kHz) et en distorsion d'intermodulation, deux fréquences sont généralement utilisées (60Hz et 2 kHz par exemple) avec un rapport fixe entre leurs amplitudes.

Donc très fastidieux de faire des mesures complètes.

A signaler que le logiciel Room EQ Wizard (REW) peut réalser des mesures d'intermodulation multi-tons, à condition de bien régler les amplitudes d'entrée et sortie de la carte son pour que la mesure ne soit pas celle de la carte son !

Jean

[francis ibre]

Bonjour Guytou,

Un SRPP sans charge, ça sert à quoi ??????????
Le comportement est un peu différent quand on place une Rg en sortie, avec une capacité parasite non négligeable (grille de triode...).
Et avec une charge, les versions à sortie sur l'anode montrent des problèmes, et les versions sans condensateur aussi à cause d'une impédance de sortie 3 à 4 fois plus élevée !

Maintenant, si je regarde le dégradé harmonique du SRPP normal, celui avec sortie sur la cathode du haut et condensateur de découplage, je vois :

–34 / –56 / –96 / –95 / –92... et pour les rangs supérieurs je m'en fous parce qu'en dessous de –100...
C'est quand même pas mal, surtout qu'on est à 75 V d'excursion crête en sortie !

Et puis surtout, le plus important :
- ce spectre ne varie que très peu avec l'amplitude du signal : le dégradé est stable

- les résultats varient peu avec la charge, même réactive. Les autres circuits ne peuvent pas en dire autant...

Une remarque encore sur son circuit à transformateur :
- le secondaire n'est pas chargé ???
- quel est le rapport du transfo ?
- comment obtient-il le même gain avec ce circuit ?
- le dégradé décroit linéairement, mais montre des harmoniques impaires qui ressortent : la cause en est le circuit magnétique (démontré par Partridge dès 1936)...
- en quel matériau est son transfo ?

Son expérimentation qui voudrait passer pour rigoureuse est en réalité complètement approximative et trompeuse, et ne montre pas l'essentiel !

Francis

[trappeur]

Bien d'accord avec tout ce qui vient d'être dit ...

C'est compliqué la disto ..

Je vous reparle de la Cdiff peut être ...Non finalement .

A+

[guytou]

Merci Francis pour ces précisions .

Une triode en cathode commune suivie d'une triode en anode commune ne serait-elle pas bien placée au vu de ce que tu exposes ?

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[g2fl]

Bonjour,
L'exposé du lien vers "nutshellhifi.com" est intéressant et l'auteur a dû passer quelque temps à le mettre en forme. Ceci dit, je déconseille de prendre pour argent comptant ce qui y est écrit : c'est un joli plaidoyer pour les triodes de puissance et pour la 6SN7. Identifier les arguments qui y sont développés pour en faire une analyse dédiée serait long.
Juste deux points : affirmer très tôt dans le texte que la corrélation entre les mesures et ce qui est entendu par l'Audiophile est nulle, pourquoi pas? mais aller chercher des distorsions à - 100 dB ou faire référence aux 81 harmoniques de Crowhurst pour étayer l'argument est justement la logique opposée. En deux, l'histoire de la contre-réaction qui crée des harmoniques est une vision quasi stationnaire de la contre-réaction. Une vision qui n'apparaît pas dans le texte original de Black qui raisonne en asservissement de la tension de sortie à la tension d'entrée, donc une action instantanée, dynamique et non stationnaire.
Cordialement.

[guytou]

Bonjour  Gérard , si j'ai bien compris , cette histoire de CR qui créerait des harmoniques jusqu'à la 81ème apparaitrait dans le texte de Norman Crowhurst , et non pas dans celui de Harold S. Black .

[guytou]

et pour les rangs supérieurs je m'en fous parce qu'en dessous de –100...

... tu n'y vas pas un peu fort , là Francis ? à ce compte là on laisse tomber la résistance Charcroft machin , la Duelund truc , le condensateur à pas de prix qu'on sait pas dire pourquoi mais je peux tourner autour du musicien , bref .... Si les différences auditives se situaient en deçà des 100dB , ça fait longtemps qu'on l'aurait vu et que le problème serait réglé .

[francis ibre]

Guytou,

et bien justement, je m'intéresse à ce qui s'entend !

Quand je change certains composants, je l'entends...
Quand j'améliore la mesure des distorsions de rangs élevés... je l'entends mais en moins bien !

Francis

[guytou]

Bonjour Francis , je cherche à comprendre ce que tu veux dire et où se situe ta réponse par rapport à mon argumentation précédente , mais j'ai du mal .

Je ne peux à ce stade que te répéter ce que je disais un peu plus haut :

"Si les différences auditives ( sur par exemple ces composants passifs) se situaient en deçà des 100dB , ça fait longtemps qu'on l'aurait vu ( avec un simple analyseur de spectre ) et que le problème ( du son , ou pas , de ces composants) serait réglé ."

Donc on s'en fout , ou pas , de ce qui est sous les 100 dB ???

[francis ibre]

Guytou,

c'est bien pour ça que j'ai rappelé un peu plus haut que ce qui m'importe c'est la stabilité du spectre de distorsion : si ce spectre ne "change" pas, on l'oublie...

Mais s'il évolue constamment avec le contenu du signal, là ça s'entend.
Certains composants donnent des distorsions mesurées très basses, mais fluctuantes : je suis convaincu que c'est cela qu'on entend.
D'autres constituants donnent des mesures moins bonnes, mais non fluctuantes, et on trouve qu'ils sonnent plus naturel...

Une mesure, c'est un instantané, qui permet de translater dans le domaine visible quelque chose qui est du domaine du sonore, audible.
L'audible se développe sur l'axe du temps, et n'est pas accessible en instantané !
Le sonore ne prend du sens que grâce à ses variations temporelles, et la mesure instantanée ne peut donc rendre compte de ce qu'on entend.

Francis

[guytou]

D'accord , tu soulèves un point peu commenté finalement , cette variabilité des composantes de distorsion . ça me rappelle J. Hiraga qui analysait l'ultralinéaire dans l'Audiophile sous ce point de vue de la mouvance du spectre entre triode et pentode , si je me souviens bien . Mais du coup tu veux dire que si ça bouge sous les 100dB , on s'en fout , c'est ça ?

[g2fl]

Bonjour,
Effectivement, Harold Black parle d'harmoniques mais sans rien en dire d'autre que leur niveau est réduit dans la proportion de la réduction du gain par la contre-réaction. Mais rien qui ne parle de l'harmonique 81.
Quand Jean Hiraga parle d'une distorsion qui passe de la triode à l pentode dans l'ultra-linéaire, il parle d'un étage simple. En push-pull, l'un compense l'autre...as usual.
Cordialement.

[francis ibre]

Guytou,

Oui, ce qu'on entend se passe nécessairement quelque part entre –20 et –70 dB et sans doute pas en dessous.

Il faut se rappeler que la distribution de l'énergie d'un signal audio n'est pas "plate" mais montre un maximum dans le grave, le niveau des médium étant souvent –20 dB en-dessous, et le niveau des aigus encore –20 dB plus bas...

Les distorsions de fort niveau (H2 à H5...) créent des raies d'intermodulation dans tout le spectre, et dans l'aigu ces raies ne sont que... parfois 10 dB seulement en-dessous des signaux utiles !
Si ces distorsions fluctuent, le registre aigu est pollué, et le positionnement des sources (qui se fait sur les fréquences élevées) est perturbé : manque d'aération, effet brouillon.

Francis

[guytou]

Bonjour Francis et Gérard , le statique et le transitoire , Jean Hiraga en parlait déjà à l'époque ici :

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Merci à René conseil pour continuer à nous faire partager ces documents .

[jaja75]

Bonjour

Les distorsions de fort niveau (H2 à H5...) créent des raies d'intermodulation dans tout le spectre, et dans l'aigu ces raies ne sont que... parfois 10 dB seulement en-dessous des signaux utiles

Tout à fait. Ce sont les fréquences basses qui intermodulent les fréquences hautes (par principe de l'intermodulation). C'est donc le spectre basse fréquence audio qui brouille son spectre haut.

Le taux d'intermodulation reste quasi constant avec l'amplitude du spectre haut, mais augmente avec l'amplitude du spectre bas "modulant".

Ce qui exlique que certains amplis sur des masses orchestrales fortes (de fort contenu en spectre basse fréquence) rendent un passage musical désastreux. La distorsion harmonique augmente parce que l'amplitude du signal augmente et l'intermodulation vient s'y ajouter.

L'analyse de la distorsion harmonique sur la partie basse du spectre audio est rarement faite. C'est pourtant dans cette partie du spectre que le taux de distorsion harmonique souvent remonte, à cause des constantes de temps basse-fréquence (de liaison, d'alimentation, de TRS...).

Si ces distorsions fluctuent, le registre aigu est pollué, et le positionnement des sources (qui se fait sur les fréquences élevées) est perturbé : manque d'aération, effet brouillon.

Même si les distorsions harmoniques restent proportionnelles au signal l'intermodulation existe et peut polluer suffisamment le spectre haut.

Il faut toujours analyser la distorsion harmonique dans le bas du spectre audio, cela peut réserver quelques surprises. D'autant plus que des raies d'alimentation basses fréquences (multiples de 50 Hz) peuvent être présentes (insuffisamment réduites) et contribuer à l'intermodulation.

Jean

[g2fl]

Bonjour,
Ma première impression en lisant le texte de nutshellehifi était "on croirait du Hiraga". Eh bien, nous y voilà!
Toutes ces notions sont très au-delà de mes connaissances.
Cordialement.

[g2fl]

Bonjour,
La mise à disposition d’un article de Jean Hiraga m’a fait réagir trop simplement. Je ne visais que les deux articles expressément cités dans mon message. Désolé d’avoir mis de la confusion.
Comme punition, je me suis replongé dans l’article en question. L’argumentaire est bien identique à celui de « nutshellhifi », à savoir que les mesures ne rendent pas compte du ressenti des audiophiles. Et, dans l’article, ce sont toutes les mesures qui sont mises en cause, y compris celles de qualification des composants. Les constatations ont été faites sur des « imitations de préamplificateurs à tubes connus, des différences qui restaient même en retournant au circuit original ». Et on entendait « les composants eux-mêmes, les soudures mêmes ». Essayons d’imaginer la procédure de test : deux préamplificateurs identiques en tout point sont comparés, un restant dans son jus, l’autre se voyant affublé d’un composant donné. Meilleur ou plus mauvais, c’est l'objet du test. Et on recommence avec un autre composant, une résistance si on a commencé par un condensateur, l’inverse si on a commencé à l’inverse. Et on recommence encore avec les soudures. Et on recommence encore et encore avec un condensateur d’une autre technologie. Evidemment, aucun renseignement sur le préamplificateur en question. Aucun sur les composants visés. Les audiophiles qui se sont livrés à l’expérience n’ont pas que des oreilles d’or mais aussi une patience d’ange.
Et puisque les chiffres ne signifient rien, alors on énonce « des écarts subjectifs de plus de 8 dB », que le résultat final dépend à « 60% du schéma et composants actifs et de 40% des composants ».
Alors le FFT est arrivé. A la date, c’est le progrès des traitements numériques qui permettait une mesure plus rapide que celle au voltmètre sélectif, surtout aux fréquences très basses. Et 0,0001% serait nécessaire en statique pour se protéger des distorsions fugitives qui apparaitraient sur les transitoires. Et ultime preuve, une harmonique 3 à – 100 dB sur un signal à 10 kHz. Détecter du 30 kHz à ce niveau est l’exclusivité d’oreilles de…cristal.
Il est temps de s’arrêter. Et de partir rechercher des communications plus étayées sur les ennuis que peuvent poser les composants, lesquelles sont venues après les objections de certains…audiophiles.
Cordialement.

[guytou]

Ouille , pauvre Jean ! On était quand même en 1977 , époque de la CR magique et les composants passifs , bof ....

Je ne dis pas que c'est le meilleur article qu'il a fait , mais on peut je pense lui reconnaitre le mérite d'avoir mis le projecteur sur des sujets qui font largement consensus aujourd'hui , sauf chez PFB , en gros ....

[g2fl]

Jean Hiraga est un homme d'une énorme culture pour ce qui concerne la Haute fidélité. Respect. Par sa revue l'Audiophile qui a eu le mérite majeur d'exister, il a porté l'attention sur nombre de soucis jusque là jamais évoqués ou considérés comme secondaires. Il a relayé quelques beaux concepts comme les articles de Matti Otala. Bravo. Mais aussi, quelques envolées passionnées pas toujours étayées. Le document examiné est relu 35 ans plus tard, on a eu le temps de le digérer.
Avec mon ami et coauteur, nous aurions aimé écrire autant que lui. Cordialement.

[guytou]

"Mais aussi, quelques envolées passionnées pas toujours étayées"

Oui , voire quelques déclarations un peu surréalistes du genre : " si pas la bonne classe de gain transistor , le montage ne marche pas "

( classe de gain introuvable dans la référence , sauf peut-être au fin fond du Japon , à l'époque )

[g2fl]

Bonjour,

Retour à la distorsion d’amplitude qui se modélise simplement par le fait que la tension de sortie de l’amplificateur visé est donnée par un polynôme dans lequel chaque monôme est une puissance de la tension d’entrée affectée d’un coefficient propre : Vs = aVe + bVe2 + cVe3 + dVe4…, le terme en aVe étant l’amplification linéaire.

Les coefficients a, b… caractérisent la distorsion de l’ordre égal à la puissance à laquelle le terme en Ve est porté. Ils sont d’abord considérés comme constants. Si la fonction de transfert Vs = f(Ve) est infiniment dérivable, alors lesdits coefficients tendent vers 0 quand l’ordre du monôme tend vers l’infini.

Comme l’a rappelé Jean de jaja75, ces termes transforment un signal sinusoïdal pur en entrée en faisant apparaître des harmoniques, harmonique 2 avec le terme en bVe2, harmonique 3 avec le terme cVe3, etc.

Ils transforment deux signaux sinusoïdaux présents simultanément en entrée en faisant apparaître en plus des termes aux fréquences en somme algébrique des fréquences des signaux incidents. Ce sont ceux d’intermodulation.

Ces termes étant d’abord considérés comme constants, on retrouve le savoir commun qui indique qu’une augmentation de 1 dB du signal d’entrée Ve provoque à la sortie (Vs) 1 dB d’augmentation du terme en Ve, 2 dB d’augmentation du terme en Ve2, 3 dB d’augmentation du terme en Ve3….

Ce savoir commun s’exprime aussi en disant que 1 dB d’augmentation du signal incident provoque une dégradation de 1 dB du rapport entre terme en Ve2 et terme en Ve (la distorsion dite d’ordre 2), de 2 dB du rapport entre terme en Ve3 et terme en Ve (distorsion d’ordre 3) et ainsi de suite. Ceci n’est que le rappel de l’exposé de Jean.

Ce que nous avons relevé lors des mesures sur quantité d’étages amplificateur de tension est que cette loi de progression est largement respectée jusqu’à des tensions de sortie provoquant 1% de distorsion.

Ce qui montre que les coefficients de non linéarités a, b, c et suivants sont constants. Et donc à l’abri de la distorsion mouvante au gré du signal musical.

En pratique, un étage amplificateur de tension d’un préamplificateur distord pour moins de 0,1% (- 60 dB) à 2 V en sortie et cette distorsion est à forte dominante d’ordre2.

Le même étage installé dans un schéma avec une contre-réaction, préamplificateur SP6 d’Audio Research, ne montrera qu’une distorsion inférieure à - 80 dB (0,01%).

Cette contribution est le fait exclusif des tubes électroniques utilisés, les distorsions abyssales d’un composant passif étant alors totalement camouflées et étouffées.

La distorsion chiffrée ici est au signal d’amplitude maximale, elle est notablement plus faible aux signaux au niveau moyen de fonctionnement.

Ce seuil est normalement non détectable par le commun des mortels, au pire légèrement agréable aux oreilles d’or.

Cordialement.

[guytou]

Merci Gérard et Jean pour cette analyse poussée du phénomène .

[francis ibre]

Bonjour à tous,

si l'approche mathématique de Gérard correspondait aux résultats audibles, alors tous les circuits sonneraient pareil... et les changements de composants et d'implantation seraient inaudibles...

or l'expérience (de tous ceux qui en ont...) montre que ce n'est pas le cas...

Francis

[g2fl]

Guytou,

Oui, ce qu'on entend se passe nécessairement quelque part entre –20 et –70 dB et sans doute pas en dessous.
Il faut se rappeler que la distribution de l'énergie d'un signal audio n'est pas "plate" mais montre un maximum dans le grave, le niveau des médium étant souvent –20 dB en-dessous, et le niveau des aigus encore –20 dB plus bas...
Les distorsions de fort niveau (H2 à H5...) créent des raies d'intermodulation dans tout le spectre, et dans l'aigu ces raies ne sont que... parfois 10 dB seulement en-dessous des signaux utiles !
Si ces distorsions fluctuent, le registre aigu est pollué, et le positionnement des sources (qui se fait sur les fréquences élevées) est perturbé : manque d'aération, effet brouillon.

Francis

Bonjour,
Quel est le sous-entendu de "or l'expérience (pour ceux qui en ont...) montre..."? Le propos par lequel les distorsions à très faible niveau sont sous le seuil de détection n'est pas de moi. Le propos qui met en cause la pertinence des composants aux distorsions tellement faibles n'est pas de moi non plus.
Aux seuils de distorsion que j'ai cités, si quelque chose s'entend, il faut chercher ailleurs. Il est aisé de dire que la mesure de distorsion ne représente rien mais il est plus difficile de rechercher ce qui pourrait signifier quelque chose. Matti Otala s'y est collé avec la mise en évidence de la distorsion d'intermodulation transitoire et sa proposition de méthode de mesure.
Cordialement.

[francis ibre]

Gérard,

le message est simple : quand on constate régulièrement depuis des années que des circuits sonnent bien alors que les mesures de distorsions sont... quelconques, et que des circuits avec de très belles mesures ne sont pas très musicaux, quand en plus on modifie ces circuits et qu'ils se mettent à sonner mieux alors que les mesures n'ont pas évolués, ou ont même parfois été dégradées, et bien on se dit qu'il n'y a aucun moyen de tirer des conclusions à partir des mesures, ni même de raisonner sur celles-ci.

je crois qu'on peut simplement les oublier pour ce qui concerne l'évaluation finale.
Pour moi elles ne servent qu'à l'étape de la conception, pour vérifier que le fonctionnement du circuit réel est conforme aux prévisions : c'est un outil de conception, pas un outil d'évaluation de la satisfaction du besoin.

Francis

[g2fl]

Bonjour,
Pour revenir à l’exposé sur la modélisation par le développement polynomial, chacun a corrigé, Ve2 signifie la tension d’entrée Ve portée au carré, Ve3 la même tension portée au cube, et ainsi de suite. La difficulté des traitements de texte des supports.
Autre complément, la mesure de distorsion harmonique est un instrument de grande sensibilité. Il suffit de comparer avec un relevé comme le graphe de la tension de sortie en fonction de la tension d’entrée où une belle droite y est rassurante. Y détecter une erreur de 0,1%, soit 1 pour 1000, est très difficile. Et la mesure des harmoniques est capable d’aller chercher 1 pour 100 000, bien plus fin que le trait du crayon.
Complément encore, la distorsion est faible en sortie d’un préamplificateur car les 2 V maximum, moins de 4 V en crête, sont la variation ultime autour d’un point de repos qui est à 150 V. Un travail dit à petits signaux qui ne sollicite pas trop les courbures de la fonction de transfert. Cordialement.

[g2fl]

Bonjour,
S’il existe nombre de contributions d’audiophiles enthousiastes, il existe aussi nombre de contributions qui font référence au modèle du développement polynomial des non-linéarités. Nombre aussi qui mettent en avant la distorsion harmonique comme évaluation pertinente de la non-linéarité de la fonction de transfert. Au fil du temps, ces savantes contributions ont mis en évidence la sensibilité différentielle des harmoniques en fonction de leur rang. Leurs auteurs sont même allés jusqu’à rechercher un seuil de détection, seuil qui s’abaissait au fur et à mesure de l’évolution générale de la qualité des sources. Et pour cela, ils menèrent des campagnes d’essais subjectifs au protocole sévère. Enfin, la complexité des circuits des amplificateurs à transistors a conduit M. Otala à remettre au goût du jour les insuffisances de la contre-réaction et de montrer les angles morts des quatre ou cinq méthodes de mesures de la distorsion. Largement de quoi rendre le dispositif technique crédible.
De mon expérience, je retiens que la distorsion est très difficile à apprécier lors de la conception car la non-linéarité est très faible, 1 pour 1000 pour un équipement de bonne tenue. Elle se préfigure par le retour d’expérience de mesures antérieures, le sien propre ou celui du fabricant du tube exprimé dans sa fiche technique. Cordialement.