Analyseur de distorsion harmonique
Il n’est pas de passionné de haute fidélité qui ne veuille connaître la distorsion de son amplificateur mais, pour satisfaire à cette curiosité, il est indispensable de dispo- ser d’un analyseur de distorsion. En suivant nos indica- tions, vous réaliserez, par vous-même, cet instrument de mesure.
Quel que soit l’amplificateur ou le préamplificateur dont vous disposez, qu’il ait une grande ou une petite puissance de sortie, qu’il ait été construit par vous-même ou choisi parmi les meilleures marques sur le marché, il présentera toujours un certain pourcentage de distorsion. C’est pourquoi, même s’il n’est pas dans vos intentions de fabriquer un analyseur de distorsion, connaître son utilité, son fonctionnement et savoir comment on utilise cet ins- trument, améliorera vos connaissances dans le domaine des signaux BF.
Commençons par préciser qu’en électroacoustique la distorsion est l’altération d’un son ou, si vous préférez, la déformation du signal pendant son exécution ou sa transmission. En appliquant un signal sinusoïdal à l’entrée d’un amplificateur, la distorsion est dite linéaire si le signal en sortie est encore de type sinusoïdal mais avec une amplitude ou une phase différente en fonction de la fréquence.
La distorsion est dite harmonique, si le signal en sortie
n’est plus de type sinusoïdal.
L'Analyseur de Distorsion, dont nous nous préoccupons dans cet article, mesure la Distorsion Harmonique Totale (THD) ou, en d’autres termes, mesure l’amplitude de toutes les harmoniques générées par la fréquence fondamentale.
Evidemment, plus leur amplitude est grande et plus le pourcentage THD de distorsion du son par rapport à la puissance de la fréquence fondamentale est important.
Pour mesurer l’amplitude des fréquences harmoniques, il faut éliminer la fréquence fondamentale de la bande audio à l’aide d’un filtre notch réglable.
Afin de pouvoir évaluer les capacités sonores d’un appareil HI-FI, il est nécessaire de connaître ses caractéristiques techniques : la distorsion harmonique mais aussi, pour que la donnée soit complète et juste, la puissance, la charge et, surtout, la fréquence à laquelle la distorsion a été mesurée.
Bien que la mesure de la distorsion soit normalement faite sur la fréquence standard de 1 000 Hz, nous avons voulu « exagérer », fournissant à nos lecteurs, le schéma d’un analyseur encore plus précis et plus fiable. En effet, dans notre instrument nous avons prévu trois gammes pour pouvoir contrôler le pourcentage de distorsion sur toute la bande audio, de 15 Hz à 23 000 Hz.
Schéma électrique
Pour réaliser notre analyseur de distorsion, nous avons utilisé 3 circuits intégrés type NE5532, chacun constitué de deux amplificateurs opérationnels.
Cela étant dit, nous pouvons analyser le schéma de la figure 3 et, pour l’explication de son fonctionnement, nous commençons par les deux opérationnels IC1/ A et IC1/ B.
Ceux-ci ont été utilisés pour réaliser le filtre notch, indispensable pour éliminer la fréquence fondamentale du signal d’entrée.
Le signal BF appliqué au potentiomètre R1, est prélevé sur son curseur pour être relié à l’entrée non inverseuse du filtre notch.
Pour éliminer une fréquence fondamentale comprise entre 15 et 230 Hz, on doit placer le double commutateur rotatif (2 circuits, 3 positions) S1/ A – S1/ B sur la première position. Pour éliminer une fréquence fondamentale comprise entre 150 et 2 300 Hz, on sélectionne la deuxième position. Pour éliminer une fréquence fondamentale comprise entre 1 500 et 23 000 Hz, on sélectionne la troisième position.
Une fois choisie la gamme de travail, on doit tourner le potentiomètre double R9/ R13 et celui du réglage fin, R15,
jusqu’à l’élimination de la fréquence fondamentale. Ne restent alors présentes, sur le curseur du commutateur S1/ A – S1/ B, que les fréquences harmoniques qui sont appliquées à l’entrée non inverseuse de l’opérationnel IC2/ A utilisé comme étage de séparation.
Sur cette entrée est aussi relié l’inverseur S2 (en position ON), qui, comme nous l’expliquerons par la suite, nous sert pour calibrer le multimètre à
fond d’échelle. Quand l’inverseur S2 ouvre le circuit (position OFF), la fréquence fondamentale est éliminée du signal appliqué à l’entrée d’IC2/ A. Quand il ferme le circuit (position ON), le filtre notch est exclu, donc le signal de sortie est identique au signal d’entrée.
Si la résistance R17 est reliée au condensateur électrolytique C15 à travers l’inverseur S3, le signal prélevé sur la broche de sortie d’IC2/ A est appliqué à l’entrée non inverseuse du second opérationnel IC2/ B, lui aussi utilisé comme étage de séparation ou bien comme étage préamplificateur.
Si l’interrupteur S3 ouvre le circuit (position x1), le signal appliqué à l’entrée d’IC2/ B se retrouve sur la broche de sortie 7, avec la même amplitude qu’il avait à l’entrée. Tandis que, si S3 ferme le circuit (position x10), le signal appliqué à l’entrée se retrouve sur la broche de sortie, amplifiée dix fois.
L’amplitude du signal de toutes les fréquences harmoniques, est appliquée sur les deux derniers opérationnels IC3/ A et IC3/ B, utilisés comme redresseurs.
Sur la broche de sortie 7 d’IC3/ B, on a donc une tension continue égale à la valeur de l’amplitude du signal alterné de toutes les harmoniques, tension que l’on peut mesurer avec un multimètre normal.
Réalisation pratique
La réalisation de cet analyseur de distorsion nécessite deux circuits imprimés. Sur le circuit imprimé LX.1392,
on monte tous les composants qui apparaissent en figure 4 et sur le circuit imprimé LX.1392/ B, tous les composants de la figure 7.
Vous pouvez commencer le montage en insérant sur le circuit imprimé LX.1392 les deux supports pour les intégrés et en soudant toutes leurs broches.
Passez ensuite aux résistances. Six d’entre elles, étant de précision, se distinguent des autres par les quatre premières couleurs de leurs corps que nous vous indiquons ci-dessous.
Le Marron étant pour toutes la cinquième couleur :
-résistance de 10 000 ohms (R3, R6 et R8) : marron, noir, noir, rouge,
- résistance de 20 000 ohms (R7) : rouge, noir, noir, rouge,
- résistance de 10 100 ohms (R17) : blanc, noir, blanc, rouge.
- résistance de 90 900 ohms (R18) :
blanc, noir, blanc, rouge.
Après avoir soudé toutes les résistances, vous pouvez insérer les deux condensateurs céramiques C3 et C16,
les polyesters et, en dernier, les électrolytiques en respectant leur polarité.
Puisque le signe + n’est pas toujours porté sur le corps d’un condensateur électrolytique, nous vous rappelons que la sortie « plus » est toujours plus longue que la sortie « moins ».
Maintenant, vous pouvez monter les trois potentiomètres, mais avant de les fixer sur le circuit imprimé, vous devrez raccourcir leurs axes à 24 mm. Idem pour le commutateur rotatif S1 qui doit voir son axe raccourci à 9 mm (voir figure 6).
Après avoir soudé leurs sorties sur les pistes du circuit imprimé (voir figure 5), retournez ce dernier pour insérer les trois inverseurs S2, S3 et S4. Enfin, soudez la diode électroluminescente (LED) DL1 à 11 mm du circuit sans oublier d’introduire la patte la plus longue dans le trou de gauche.
Cette opération terminée, installez dans leurs supports les deux circuits intégrés IC1 et IC2, en disposant leur encoche vers la droite.
Vous pouvez maintenant passer au second circuit imprimé LX.1392/ B, c’est-à-dire à l’étage d’alimentation. Avant tout, insérez le support pour le circuit intégré IC3 et, après avoir soudé toutes ses broches, soudez toutes les résistances.
Etant donné que sur ce circuit on trouve également 4 résistances de précision, nous vous indiquons les couleurs que vous trouverez sur leurs corps. La
Quel que soit l’amplificateur ou le préamplificateur dont vous disposez, qu’il ait une grande ou une petite puissance de sortie, qu’il ait été construit par vous-même ou choisi parmi les meilleures marques sur le marché, il présentera toujours un certain pourcentage de distorsion. C’est pourquoi, même s’il n’est pas dans vos intentions de fabriquer un analyseur de distorsion, connaître son utilité, son fonctionnement et savoir comment on utilise cet ins- trument, améliorera vos connaissances dans le domaine des signaux BF.
n’est plus de type sinusoïdal.
L'Analyseur de Distorsion, dont nous nous préoccupons dans cet article, mesure la Distorsion Harmonique Totale (THD) ou, en d’autres termes, mesure l’amplitude de toutes les harmoniques générées par la fréquence fondamentale.
Evidemment, plus leur amplitude est grande et plus le pourcentage THD de distorsion du son par rapport à la puissance de la fréquence fondamentale est important.
Pour mesurer l’amplitude des fréquences harmoniques, il faut éliminer la fréquence fondamentale de la bande audio à l’aide d’un filtre notch réglable.
Afin de pouvoir évaluer les capacités sonores d’un appareil HI-FI, il est nécessaire de connaître ses caractéristiques techniques : la distorsion harmonique mais aussi, pour que la donnée soit complète et juste, la puissance, la charge et, surtout, la fréquence à laquelle la distorsion a été mesurée.
Bien que la mesure de la distorsion soit normalement faite sur la fréquence standard de 1 000 Hz, nous avons voulu « exagérer », fournissant à nos lecteurs, le schéma d’un analyseur encore plus précis et plus fiable. En effet, dans notre instrument nous avons prévu trois gammes pour pouvoir contrôler le pourcentage de distorsion sur toute la bande audio, de 15 Hz à 23 000 Hz.
Schéma électrique
Cela étant dit, nous pouvons analyser le schéma de la figure 3 et, pour l’explication de son fonctionnement, nous commençons par les deux opérationnels IC1/ A et IC1/ B.
Ceux-ci ont été utilisés pour réaliser le filtre notch, indispensable pour éliminer la fréquence fondamentale du signal d’entrée.
Pour éliminer une fréquence fondamentale comprise entre 15 et 230 Hz, on doit placer le double commutateur rotatif (2 circuits, 3 positions) S1/ A – S1/ B sur la première position. Pour éliminer une fréquence fondamentale comprise entre 150 et 2 300 Hz, on sélectionne la deuxième position. Pour éliminer une fréquence fondamentale comprise entre 1 500 et 23 000 Hz, on sélectionne la troisième position.
Une fois choisie la gamme de travail, on doit tourner le potentiomètre double R9/ R13 et celui du réglage fin, R15,
jusqu’à l’élimination de la fréquence fondamentale. Ne restent alors présentes, sur le curseur du commutateur S1/ A – S1/ B, que les fréquences harmoniques qui sont appliquées à l’entrée non inverseuse de l’opérationnel IC2/ A utilisé comme étage de séparation.
Sur cette entrée est aussi relié l’inverseur S2 (en position ON), qui, comme nous l’expliquerons par la suite, nous sert pour calibrer le multimètre à
fond d’échelle. Quand l’inverseur S2 ouvre le circuit (position OFF), la fréquence fondamentale est éliminée du signal appliqué à l’entrée d’IC2/ A. Quand il ferme le circuit (position ON), le filtre notch est exclu, donc le signal de sortie est identique au signal d’entrée.
Si la résistance R17 est reliée au condensateur électrolytique C15 à travers l’inverseur S3, le signal prélevé sur la broche de sortie d’IC2/ A est appliqué à l’entrée non inverseuse du second opérationnel IC2/ B, lui aussi utilisé comme étage de séparation ou bien comme étage préamplificateur.
Si l’interrupteur S3 ouvre le circuit (position x1), le signal appliqué à l’entrée d’IC2/ B se retrouve sur la broche de sortie 7, avec la même amplitude qu’il avait à l’entrée. Tandis que, si S3 ferme le circuit (position x10), le signal appliqué à l’entrée se retrouve sur la broche de sortie, amplifiée dix fois.
L’amplitude du signal de toutes les fréquences harmoniques, est appliquée sur les deux derniers opérationnels IC3/ A et IC3/ B, utilisés comme redresseurs.
Sur la broche de sortie 7 d’IC3/ B, on a donc une tension continue égale à la valeur de l’amplitude du signal alterné de toutes les harmoniques, tension que l’on peut mesurer avec un multimètre normal.
Réalisation pratique
La réalisation de cet analyseur de distorsion nécessite deux circuits imprimés. Sur le circuit imprimé LX.1392,
on monte tous les composants qui apparaissent en figure 4 et sur le circuit imprimé LX.1392/ B, tous les composants de la figure 7.
Vous pouvez commencer le montage en insérant sur le circuit imprimé LX.1392 les deux supports pour les intégrés et en soudant toutes leurs broches.
Passez ensuite aux résistances. Six d’entre elles, étant de précision, se distinguent des autres par les quatre premières couleurs de leurs corps que nous vous indiquons ci-dessous.
Le Marron étant pour toutes la cinquième couleur :
-résistance de 10 000 ohms (R3, R6 et R8) : marron, noir, noir, rouge,
- résistance de 20 000 ohms (R7) : rouge, noir, noir, rouge,
- résistance de 10 100 ohms (R17) : blanc, noir, blanc, rouge.
- résistance de 90 900 ohms (R18) :
blanc, noir, blanc, rouge.
Après avoir soudé toutes les résistances, vous pouvez insérer les deux condensateurs céramiques C3 et C16,
les polyesters et, en dernier, les électrolytiques en respectant leur polarité.
Puisque le signe + n’est pas toujours porté sur le corps d’un condensateur électrolytique, nous vous rappelons que la sortie « plus » est toujours plus longue que la sortie « moins ».
Maintenant, vous pouvez monter les trois potentiomètres, mais avant de les fixer sur le circuit imprimé, vous devrez raccourcir leurs axes à 24 mm. Idem pour le commutateur rotatif S1 qui doit voir son axe raccourci à 9 mm (voir figure 6).
Après avoir soudé leurs sorties sur les pistes du circuit imprimé (voir figure 5), retournez ce dernier pour insérer les trois inverseurs S2, S3 et S4. Enfin, soudez la diode électroluminescente (LED) DL1 à 11 mm du circuit sans oublier d’introduire la patte la plus longue dans le trou de gauche.
Cette opération terminée, installez dans leurs supports les deux circuits intégrés IC1 et IC2, en disposant leur encoche vers la droite.
Etant donné que sur ce circuit on trouve également 4 résistances de précision, nous vous indiquons les couleurs que vous trouverez sur leurs corps. La
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