quelques rappels d’\u00e9lectronique audio<\/h2>\n\n\n\n
Avant de se lancer dans la th\u00e9orie pour expliquer ce qu’est le headroom et comment il va agir sur le circuit, on va faire un rappel sur les bases des signaux et de l’\u00e9lectronique audio.<\/p>\n\n\n\n
qu’est ce qu’un signal audio ?<\/h3>\n\n\n\n
Le signal audio est un signal alternatif, c’est \u00e0 dire qu’il va \u00e9voluer dans le temps de fa\u00e7on r\u00e9p\u00e9titive. On peut le caract\u00e9riser par plusieurs valeurs : son amplitude en Volts, et sa fr\u00e9quence en Hertz, c’est \u00e0 dire le nombre de fois que le signal va osciller ou se r\u00e9p\u00e9ter, par seconde. Le signal alternatif le plus classique est la sinuso\u00efde, que l’on utilise souvent pour repr\u00e9senter un signal audio.<\/p>\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/anasounds.com\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/Sinus_wave.svg.png\")
<\/a><\/figure>\n<\/div>\n\n\nLa sinuso\u00efde est un peu la brique \u00e9l\u00e9mentaire du signal audio. En effet, n’importe quel signal alternatif peut \u00eatre d\u00e9compos\u00e9 en une somme de sinus de diff\u00e9rentes amplitudes et fr\u00e9quences. C’est pour \u00e7a qu’on l’utilise si souvent pour simplifier la repr\u00e9sentation d’un signal audio.<\/p>\n\n\n\n Le signal de gauche provient d’une basse jouant une note \u00e0 55Hz. On voit que le motif entre 0 et 0,018s se r\u00e9p\u00e8te au cours du temps, c’est la p\u00e9riode du signal. Le signal ne ressemble pas du tout \u00e0 une sinuso\u00efde, mais il peut pourtant \u00eatre d\u00e9compos\u00e9 en une somme de diff\u00e9rents sinus. Pour visualiser la d\u00e9composition d’un signal alternatif, on fait ce qu’on appelle sa transform\u00e9e de Fourier.<\/p>\n\n\n\n Le graphique de droite repr\u00e9sente la transform\u00e9e de Fourier du signal de basse. Ce graphique montre la somme de tous les sinus qui composent le signal de gauche. Chaque pic indique un sinus, avec sa propre fr\u00e9quence et sa propre amplitude. Pour r\u00e9aliser une p\u00e9dale de boost ou de saturation, on va chercher \u00e0 amplifier le signal. On utilise pour cela ce qu’on appelle des composants actifs. Les composants actifs permettent d’amplifier les signaux en augmentant leur amplitude, mais ils ont besoin pour \u00e7a d’\u00eatre aliment\u00e9s. On peut retenir deux types de composants actifs utilis\u00e9s pour faire de l’amplification : le transistor et l’amplificateur op\u00e9rationnel (AOP).<\/p>\n\n\n\n Une chose \u00e0 savoir sur les composants actifs est qu’ils ne peuvent pas amplifier un signal au del\u00e0 de leur tension d’alimentation. Si un circuit est aliment\u00e9 en 9V, et qu’il amplifie un sinus de 1V d’amplitude d’un facteur 10, le signal en sortie ne pourra pas avoir 10V d’amplitude. La sortie ressemblera plut\u00f4t \u00e0 un sinus dont les bouts ont \u00e9t\u00e9 coup\u00e9s. Le signal en sortie ne peut pas aller au del\u00e0 de la tension d’alimentation du montage.<\/p>\n\n\n C’est ce que l’on appelle le clipping, qui est \u00e0 l’origine de la saturation d’un signal. Vu que le signal en sortie est toujours un signal alternatif, mais qu’il ne ressemble plus \u00e0 un sinus pur, on peut en d\u00e9duire que le montage a rajout\u00e9 des harmoniques au signal d’origine, et donc de la saturation. C’est le principe de base de n’importe quelle p\u00e9dale de saturation !<\/p>\n\n\n\n Le choix des composants va directement agir sur la fa\u00e7on dont le circuit va saturer, de fa\u00e7on plus ou moins brutale, et g\u00e9n\u00e9rer des harmoniques diff\u00e9rentes. Ces harmoniques vont faire le son caract\u00e9ristique des diff\u00e9rentes p\u00e9dales de saturation.<\/p>\n\n\n\n On a vu que le signal sature d\u00e8s que son amplitude s’approche de la tension d’alimentation. Suivant comment un circuit est con\u00e7u, cette saturation peut arriver assez vite, au moment d’attaquer les cordes de sa guitare. La limite \u00e0 partir de laquelle le signal va commencer \u00e0 saturer d\u00e9pend donc de la tension d’alimentation. C’est ce qu’on appelle le headroom.<\/p>\n\n\n\n En augmentant la tension d’alimentation d’un circuit, on peut donc reculer ce seuil de saturation. On fait ainsi saturer le circuit uniquement sur les attaques les plus fortes, gagnant ainsi en dynamique. Sur les montages \u00e0 transistor, la saturation vient directement du transistor qui est en limite d’amplification. L’alimentation va donc avoir une grande influence sur la dynamique du circuit.<\/p>\n\n\n\n C’est ce que l’on propose dans notre Tape Preamp, un boost \u00e0 transistor JFET, avec un circuit d’alimentation sp\u00e9cial qui permet de faire varier la tension de 3 \u00e0 27V. On peut ainsi contr\u00f4ler directement la dynamique de la p\u00e9dale gr\u00e2ce \u00e0 un potard, pour une grande polyvalence.<\/p>\n\n\n\n Autant les transistors sont connus pour offrir une saturation naturelle et chaleureuse, mais ce n’est pas le cas des AOP, qui saturent d’une fa\u00e7on assez brutale et peu musicale. C’est pourquoi on trouve souvent sur les AOP un montage avec des diodes de clipping, ayant pour but de limiter le signal et de le faire saturer bien avant d’atteindre les limites de l’alimentation.<\/p>\n\n\n\n Une diode est un composant avec une tension de seuil, c’est \u00e0 dire que la tension \u00e0 ses bornes ne peut pas d\u00e9passer une valeur donn\u00e9e. La tension de seuil varie suivant le type de diode. Pour donner un ordre d’id\u00e9e, la tension de seuil est d’environ 0,3V pour une diode germanium, entre 0,5 et 1V pour les diodes silicium, et jusqu’\u00e0 2 ou 3V pour les LEDs.<\/p>\n\n\n On met g\u00e9n\u00e9ralement 2 diodes dans des sens oppos\u00e9s, qui vont chacune couper les extr\u00e9mit\u00e9s n\u00e9gative et positive du signal. Et bien sur, on peut mettre plusieurs diodes en s\u00e9rie pour additionner leurs tensions de seuil et repousser le seuil de clipping. Mais aussi ne pas mettre le m\u00eame nombre de diodes dans un sens et dans l’autre, pour faire un clipping asym\u00e9trique.<\/p>\n\n\n\n Les deux montages les plus courants sont les circuits de soft et hard clipping. Le premier produit une saturation plus douce, tandis que l’autre va produire un clipping plus net avec plus d’harmoniques.<\/p>\n\n\n\n Lorsque l’on place des diodes de clipping, le signal ne peut donc pas atteindre la tension d’alimentation. On peut alors se demander l’int\u00e9r\u00eat d’augmenter la tension d’alimentation d’un AOP.<\/p>\n\n\n\n Mais les AOP ont une autre limite, qui s’appelle le slew rate, ou vitesse de balayage. Pour faire simple, la sortie d’un AOP ne peut pas reproduire des variations de signal trop br\u00e8ves. Lors d’un changement rapide en entr\u00e9e, par exemple avec un signal carr\u00e9, la sortie va avoir tendance \u00e0 r\u00e9agir avec une pente qui va progressivement atteindre la bonne valeur au bout d’un certain temps. Bien s\u00fbr, ce temps est extr\u00eamement court, et n’est pas perceptible sur des signaux basses fr\u00e9quences. Mais comme on l’a vu, un signal audio est bien plus complexe qu’une simple sinuso\u00efde, et peut pr\u00e9senter des pics brefs et des variations rapides, notamment au moment de l’attaque. Et c’est d’autant plus le cas dans une p\u00e9dale de saturation, qui a pour but de rajouter des harmoniques au signal. Un mauvais slew rate peut donc alt\u00e9rer la d\u00e9finition des hautes harmoniques et de l’attaque, l\u00e0 o\u00f9 l’amplitude est la plus \u00e9lev\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n Certaines p\u00e9dales ont jou\u00e9 avec ce ph\u00e9nom\u00e8ne pour produire un son caract\u00e9ristique, \u00e0 l’image de la ProCo RAT et son AOP LM308, connu pour son mauvais slew rate. Mais pour r\u00e9aliser une overdrive transparente qui respecte le signal d’entr\u00e9e, mieux vaut privil\u00e9gier un bon slew rate.<\/p>\n\n\n\n Lors du d\u00e9veloppement de la Klon Centaur, dont notre Savage<\/a> s’inspire, les ing\u00e9nieurs se sont aper\u00e7us que augmenter la tension d’alimentation de l’AOP am\u00e9liorait son slew rate. Ils ont ainsi d\u00e9velopp\u00e9 un circuit d’alimentation sp\u00e9cifique permettant de convertir en interne le 9V classique en 27V, pour alimenter une partie du circuit.<\/p>\n\n\n On ne va pas analyser le sch\u00e9ma de la Klon ici, \u00e7a fera peut \u00eatre l’objet d’un prochain article. Mais on peut remarquer cependant que seuls les AOP situ\u00e9s apr\u00e8s le clipping (D2 et D3) sont aliment\u00e9s en 27V. Ce qui permet de conserver un maximum d’harmoniques ajout\u00e9es lors du passage du signal dans la section de clipping.<\/p>\n\n\n\n Le headroom a donc aussi un int\u00e9r\u00eat sur les circuits \u00e0 AOP, mais en jouant cette fois sur la transparence et la fid\u00e9lit\u00e9 du signal, plut\u00f4t que sur la dynamique. Pour changer la dynamique d’un circuit \u00e0 AOP, on jouera plut\u00f4t sur les diodes de clipping, en choisissant diff\u00e9rentes tensions de seuil.<\/p>\n\n\n\n C’est le cas de la Ego Driver, qui s’inspire d’une overdrive verte bien connue utilisant un AOP et deux diodes de clipping. La Ego Driver offre non seulement une plus grande fid\u00e9lit\u00e9 et richesse gr\u00e2ce \u00e0 un headroom de 18V g\u00e9n\u00e9r\u00e9 en interne, mais aussi diff\u00e9rents niveaux de dynamique et de compression gr\u00e2ce aux multiples diodes de clippings interchangeables.<\/p>\n\n\n\n<\/a><\/figure>\n\n\n\n<\/a><\/figure>\n
On peut voir par exemple que le signal est compos\u00e9 d’un premier sinus \u00e0 55Hz, c’est la fondamentale. Puis d’un autre sinus \u00e0 110Hz et d’amplitude un peu plus faible, puis un autre \u00e0 165Hz plus fort, puis \u00e0 220Hz, etc… Ce sont les harmoniques du signal. Ces harmoniques font la signature du signal, c’est elles qui font le timbre d’un instrument, mais qui sont aussi \u00e0 l’origine de la saturation dans un signal.<\/p>\n\n\n\nl’amplification avec les composants actifs<\/h3>\n\n\n\n
<\/a><\/figure>\n\n\n\n<\/a><\/figure>\nles limites des composants actifs et la saturation<\/h3>\n\n\n\n
<\/a>le headroom dans les circuits \u00e0 transistor<\/h2>\n\n\n\n
le headroom dans les circuits de clipping \u00e0 aop<\/h2>\n\n\n\n
rappels sur le clipping<\/h3>\n\n\n\n
<\/a><\/a><\/figure>\n\n\n\n<\/a><\/figure>\nles aop et le slew rate<\/h3>\n\n\n\n
Plus le signal a une grande amplitude et pr\u00e9sente des changements brefs, plus l’effet du slew rate sera marqu\u00e9.<\/p>\n\n\n\n<\/a><\/figure>\n\n\n\n<\/a><\/figure>\nl’int\u00e9r\u00eat du headroom sur les aop<\/h3>\n\n\n\n
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