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Contexte des relations

Ces trente dernières années, j'ai travaillé avec des amplificateurs à faible feedback et à zéro feedback. Au départ, j'étais convaincu que les amplificateurs de puissance audio devaient inclure certains éléments (comme la feedback négatif) pour contrôler la distorsion. Après avoir rencontré Robert Fulton du FMI (Fulton Musical Industries) à la fin des années 70, une image plus large a commencé à émerger. Robert Fulton insistait sur le fait que la qualité de la topologie venait en premier, puis la qualité des composants, et que si tout était correct, la distorsion serait déjà faible. Les feedback négatifs pouvaient être réduites ou éliminées.

À l'époque où l'on expérimentait le feedback, il était de notoriété publique qu'il s'agissait d'un compromis. Dans les décennies suivantes, il a été accepté comme un fait de la conception audio. Plus récemment, l'idée du feedback négatif a été remise en cause par la communauté de l'audio haut de gamme.

Mes propres explorations ont abouti à un amplificateur conçu pour réduire la distorsion de toutes les manières possibles sans feedback. De cette façon, il a été possible d'examiner les effets de feedback, puisque l'amplificateur était très fonctionnel sans feedback. Au cours de ce processus, j'ai également appris à connaître les pratiques d'ingénierie courantes qui ont tendance à freiner le développement dans des domaines tels que l'audio. Dans leur récent livre "Control Design And Simulation", Jack Golten et Andy Verwer abordent ce phénomène dans le deuxième chapitre, en ce qui concerne l'application des modèles mathématiques au monde réel : "...les modèles mathématiques impliquent invariablement une simplification. On fait des hypothèses concernant le fonctionnement, on néglige les petits effets et on suppose des relations idéalisées".

C'est la marque d'un bon ingénieur de savoir quand et quelles choses doivent être assumées, négligées ou idéalisées, et nous le voyons tout le temps en audio. Le problème ici est la nature humaine. Nous avons tendance à rester dans les limites ainsi fixées par les paradigmes existants et à résister aux changements qui menacent notre point de vue sur le monde. Lorsque quelqu'un d'autre remet en cause les paradigmes, il est normal aussi d'essayer de protéger sa propre vision du monde en empêchant la nouvelle idée de gagner du terrain.

Comme il a été mentionné précédemment, le feedback négatif s'est avéré être une solution inexacte à la distorsion de l'amplificateur. Cela est dû aux délais de propagation (le temps très faible mais mesurable qu'il faut à un signal pour passer de l'entrée d'un amplificateur à la sortie) qui sont un phénomène normal des amplificateurs. Pour que le feedback négatif fonctionne selon les règles mathématiques, il doit être appliquée pour contrer le signal d'entrée en temps réel. Le retard de propagation dans le circuit de l'amplificateur empêche cela ; le feedback négatif sera toujours en retard par rapport au signal d'entrée original. Ce retard entraîne des effets de sonnerie et une amélioration des harmoniques impaires que le système oreille/cerveau humain utilise pour mesurer l'intensité d'un son (en particulier les 5e, 7e et 9e harmoniques).

Dans les années 1960, General Electric a effectué divers tests, confirmant qu'une distorsion d'à peine quelques centièmes de pour cent était non seulement audible mais aussi irritante pour l'oreille humaine (à l'inverse, ils ont également constaté que l'oreille tolère assez bien la distorsion des harmoniques d'ordre inférieur). En d'autres termes, il existe une disparité entre la preuve mathématique d'un feedback négatif et son application réelle, et c'est un exemple des phénomènes d'ingénierie auxquels Golten et Verwer font référence. Malgré cela, le feedback négatif est communément acceptée dans le monde de l'audio, ce qui entraîne une faiblesse inhérente au paradigme de conception, de test et de mesure en vigueur.

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The Paradigme de la Tension

Le Paradigme de la Tension est le paradigme de conception, de test et de mesure qui règne pour les amplificateurs et les haut-parleurs, et que l'on retrouve dans de nombreux magazines audio. Il part du principe que la réponse en tension d'un amplificateur est le seul aspect de l'amplificateur qui compte. Si un haut-parleur est testé, les signaux de test seront des tensions (la puissance du signal de test n'est pas prise en compte). L'amplificateur idéal selon le Paradigme de Tension ne produit pas de distorsion, a une large bande passante et est "Imperméable à la charge".

Être "Imperméable à la charge" n'est pas exactement ce que l'on croit ! On dit qu'il est "Imperméable à la charge" car l'amplificateur produit la même tension quelle que soit la charge ; il a une caractéristique de "tension constante" (d'où le titre "Le Paradigme de la Tension"). Il fonctionne de la manière suivante : si un "amplificateur à tension constante" devait produire 100 watts sous 8 ohms, il pourrait produire 200 watts sous 4 ohms, éventuellement 400 watts sous 2 ohms (et 50 watts sous 16 ohms). Dans tous ces cas, la tension de sortie est d'environ 28,28 volts RMS. Ces caractéristiques, typiques des amplificateurs à semi-conducteurs, nous sont très familières. Dans ce modèle, pour être "résistant à la charge", l'amplificateur produit différentes puissances en fonction de l'impédance de la charge.

Les haut-parleurs conçus selon ce modèle sont dits "pilotés par tension", car ils s'attendent à ce que l'amplificateur qui les pilote produise une tension constante malgré l'impédance de charge variable du haut-parleur.

Les amplificateurs du Paradigme de la Tension utilisent par nature une quantité importante de feedback négatif. Cependant, comme General Electric l'a prouvé, le feedback négatif est désynchronisée par rapport aux règles de l'audition humaine, en raison de l'ajout d'une génération d'harmoniques en ordre impair. Cela peut sembler subtil, mais la façon dont nous détectons le volume sonore est sans doute la règle la plus importante de l'audition humaine. En d'autres termes, nous violons l'aspect le plus important de l'audition dans notre quête de "bonnes" spécifications de banc !

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Le Paradigme de la Puissance

Le Paradigme de la puissance suppose que les amplificateurs produisent de la puissance et que les haut-parleurs sont alimentés en énergie. Le courant produit par un amplificateur de puissance n'est pas ignoré et il est pris en compte dans la réponse de puissance de l'amplificateur. Selon ce modèle, l'amplificateur idéal produira la même puissance dans toutes les charges, 4, 8 et 16 ohms. L'amplificateur typique, dans ce cas, est un amplificateur à tubes qui fournit généralement sa puissance à ces charges par les prises de son transformateur de sortie. Il existe un petit nombre d'amplificateurs à transistors qui sont également conçus en tenant compte de ce comportement. Dans l'idéal, les amplificateurs de ce type ont peu ou pas de feedback. Le paradigme de la tension désigne ces amplificateurs comme des amplificateurs "source de courant", mais le terme n'est pas exact. En réalité, ce sont ce qu'on appelle des amplificateurs de puissance.

Les amplificateurs de puissance sans rétroaction ont connu une résurgence au cours des deux dernières décennies, principalement en raison de leur caractère sonore. Les adeptes du Paradigme de la Tension déclareront que ce caractère est basé sur la distorsion, mais la vérité est que ce qui est vraiment au cœur de ce phénomène est l'absence de distorsion que les humains trouvent répréhensible. En d'autres termes, cette approche est basée sur la réalité des règles de l'audition humaine, plutôt que sur une spécification de banc.

En plus d'une caractéristique de puissance constante, l'amplificateur idéal dans le cadre du Paradigme de la Puissance sera faible en distorsions répréhensibles, tout en ayant si possible des qualités similaires aux amplificateurs du Paradigme de la Puissance : une large bande passante en serait un exemple.

Les haut-parleurs qui fonctionnent selon les règles du Paradigme de la Puissance sont des haut-parleurs qui attendent une puissance constante, quelle que soit leur impédance. Parmi les exemples, on peut citer presque tous les pavillons (actuellement, l'Avantgarde Trio est la seule exception connue), les ESL, les rubans magnétiques, un bon nombre de modèles à bass-reflex et à suspension acoustique. Les pavillons, les ESL et les rybons magnétiques ne tirent pas leur courbe d'impédance de la résonance du système et bénéficient donc d'une caractéristique de puissance constante et, en fait, nombre de ces technologies de haut-parleurs sont bien connues pour correspondre aux conceptions d'amplificateur faisant partie du Paradigme de la Puissance.

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Distinctions

Les concepteurs de haut-parleurs travaillent généralement avec l'un des deux paradigmes en essayant d'atteindre certains objectifs, tels que la création d'un haut-parleur qui soit "compatible avec les tubes" ou, par défaut, de posséder un amplificateur à transistor communément accepté. En d'autres termes, ce choix n'est pas toujours conscient, bien qu'il existe des règles très concrètes qui régissent chaque paradigme. Dans certains cas, ce n'est pas important, mais dans le cas de la suspension acoustique et des conceptions bass reflex, la courbe d'impédance est souvent dérivée d'une combinaison d'éléments résonants dans l'enceinte et du filtre, de sorte que des performances correctes ne peuvent être obtenues dans ces cas qu'en appliquant une compréhension de ces règles.

Le débat objectiviste/subjectiviste fait rage dans les milieux audiophiles depuis près de trois décennies. Les objectivistes opèrent exclusivement dans le paradigme de la tension tandis que les subjectivistes ont tendance à opérer dans le paradigme de la puissance.

Dans le monde des haut parleurs, l'efficacité d'un haut parleur a été un problème que le camp de la tension a dû résoudre, car l'ancienne spécification du Paradigm de la Puissance de 1 watt/1 mètre était une "faille dans l'armure". La nouvelle spécification du Paradigme de la Tension, la sensibilité, illustre ce point : 2,83 V/1 mètre est la spécification, ce qui donne une pression sonore exprimée en db, tout comme la spécification Efficiency. 2,83 volts dans une charge de 8 ohms équivaut à 1 watt (en d'autres termes, les deux spécifications ont la même signification si le haut-parleur est de 8 ohms). 2,83 Volts dans une charge de 4 ohms est 2 watts. Ainsi, un haut-parleur peut avoir une cote de sensibilité qui semble identique à la cote d'efficacité, mais le haut-parleur peut être plusieurs décibels moins efficace si l'impédance est plus faible. C'est un moyen facile de dissimuler la quantité de puissance réellement nécessaire pour faire fonctionner un haut-parleur, et cela crée également une expression qui fait passer la question de l'efficacité dans la nomenclature du Paradigme de la Tension. Il semblerait également que cela crée une situation ubesque pour le client : il faut savoir interpréter les chiffres pour connaître la vérité.

Le débat Tubes contre transistors découle également du conflit entre les deux paradigmes. Les amplificateurs à transistors fonctionnent presque entièrement selon le Paradigme de la Tension, alors que la plupart des tubes sont de la technologie du Paradigme de la Puissance. Il semble que ce soit la principale distinction qui sépare les concepteurs d'amplificateurs du Paradigme de Tension de ceux du Paradigme de Puissance. L'utilisation de feedback négatif en est évidemment une autre.

Les spécifications des amplificateurs mesurés sous le Paradigme de la Tension ne vous diront rien sur la façon dont cet amplificateur sonne. Il est très facile de savoir comment un amplificateur sonne en utilisant des mesures basées sur le Paradigme de la Puissance car les mesures sont faites en tenant compte de la compréhension et du travail avec les règles de l'audition humaine.

Tout audiophile conviendra que la chose la plus précieuse qu'il possède en ce qui concerne son système audio est sa propre audition. En fait, l'audition humaine définit la réalité de l'audio. Au moment où ces mots sont écrits, l'industrie audio haut de gamme connaît un marché en déclin depuis plus de dix ans. Ce n'est pas une surprise - pour que le marché se développe, l'industrie doit toucher, déplacer et inspirer le marché avec la possibilité d'une vraie musique. Je suis convaincu que si nous voulons augmenter sérieusement les performances dans le monde de l'audio, les règles de l'audition humaine peuvent être notre seul guide.

Article initialement intitulé "Competing Paradigms in Amplifier and Loudspeaker Design, Test, and Measurement" par Ralph Karsten, fondateur et propriétaire de Atma-Sphere music systems, inc.

Les paradigmes de conception des amplificateurs

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The Paradigme de la Tension

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Le Paradigme de la Puissance

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