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- Démonstration par la pratique
© Pierre Voyard -Dernière mise à jour - 11 septembre, 2013 17:54
Il est extrêmement difficile si ce n'est impossible de trouver un texte clair, exhaustif et accessible à tous (musiciens, autodidactes, et pourquoi pas, quelques techniciens curieux) concernant les liaisons audio qualifiées souvent à tort de "symétriques" et "asymétriques". Le désir de comprendre m'a incité à me lancer dans l'écriture (périlleuse) de cet article composé à partir d'informations "glanées" à travers un certain nombre d'articles généralement succincts, plus ou moins incompréhensibles et incomplets sur le sujet. La synthèse a été difficile. Ajoutez à cela une dose indispensable de réflexion personnelle, je vous en livre le résultat...
Ce document est un document de travail. Pour toute information le concernant, ou toute proposition de modification, adressez vos remarques en cliquant ICI
Les Câbles Conducteurs
Toute ligne Audio de type coaxial à 1 conducteur + masse
(blindage) est considérée comme ligne
Asymétrique.
Fig.1.
Toute ligne Audio composée de 2 conducteurs + masse (blindage) est généralement considérée (souvent à tort) comme ligne Symétrique. (Fig.2).
Fig.2.
Il est très important de faire la différence entre une ligne de type Symétrique et une ligne à masse Flottante. Si les deux utilisent 2 conducteurs plus masse pour transmettre le signal, leur principe de protection contre les parasites radioélectriques est totalement différent.
Les gros problèmes se présentent lorsqu'il est nécessaire de passer de l'un à l'autre de ces standards. En particulier, lorsqu'il s'agit de passer d'une ligne de type Symétrique à une ligne de type Flottante, et de l'une de ces deux techniques à une ligne de type Asymétrique, et l'inverse. Si rien ne différencie matériellement les deux premières (même nombre et type de conducteurs), elles n'en sont pas pour autant compatibles entre elles.
Ligne asymétrique
En termes mécaniques :
Le conducteur central est désigné sous le nom d'âme. La gaine métallique qui l'entoure est désignée sous le nom de blindage.
En termes électriques :
Le conducteur central est désigné sous le nom de point chaud, (Fig.1) puisqu'il sert de conducteur principal au signal électrique. C'est le point le plus sensible aux parasites et inductions diverses de la liaison de type Asymétrique. Cette sensibilité aux parasites est surtout critique dans le cas des lignes à faible niveau comme celles transmettant le signal issu d'un microphone (généralement compris entre 0,15 et 15 mV pour 94 dB SPL mesuré à 1m). Pour ce type de liaison, toute utilisation de câble long est absolument à proscrire.
La fonction de protection contre les parasites radioélectriques est dévolue
à la gaine de blindage qui entoure le conducteur point chaud,
et qui est désignée sous le vocable de masse. Elle est généralement
reliée à la masse électrique des appareils électroniques auxquels elle
est connectée, c'est à dire au châssis.
Cette gaine métallique dont l'une des principales fonctions est la protection
de l'âme (point chaud) contre tout rayonnement parasite, n'est malheureusement
pas à un potentiel nul puisqu'elle sert en même temps à boucler le circuit
électrique. Elle sert donc de circuit de retour. Le signal électrique transporté
ne sera pas parfaitement à l'abri des parasites induits sur sa tresse métallique.
Ligne "Symétrique"
En termes mécanique :
Elle est composée de deux conducteurs et d'une tresse métallique.
En termes électrique
On ne doit surtout pas user des vocables point chaud et point froid pour désigner ces deux conducteurs, ces termes devraient être réservés à la désignation des 2 conducteurs des lignes à masse flottante.
Prévue pour le transport sur de longues distances d'une modulation audio, la ligne symétrique présente la particularité d'utiliser un transformateur symétriseur en début de ligne, et un transfo. asymétriseur en fin de ligne (le même retourné). Fig.(6).
Fig.(6).
Dans les exemples qui suivent, pour des raisons de simplification, les transformateurs présenteront toujours un rapport de transformation égal à 1, le nombre de spires de l'enroulement secondaire est égal au nombre de spires de l'enroulement primaire. Ce qui signifie que si on entre 1V à l'Entrée, on retrouve 1V sur la Sortie.
Note : On nomme enroulement primaire d'un transformateur, l'enroulement dans lequel est injecté le signal. L'enroulement secondaire est celui dans lequel est induit le signal transformé.
Fig.(7). - Si on injecte un signal de fréquence quelconque dans le circuit Primaire (p1) d'un transformateur d'entrée, il induira dans le secondaire à point milieu de ce tranformateur (si on prend le point milieu comme masse et point commun) 2 signaux d'amplitude et de fréquence identique mais en opposition de phase (s1) (symétrie). Il suffit alors de raccorder ce circuit secondaire au primaire à point milieu d'un transformateur de Sortie (p2), et nous retrouverons dans le secondaire (s2) du transformateur de Sortie, la réplique exacte du signal injecté dans le primaire du transformateur d'Entrée.
Ce principe est utilisé dans le montage symétrique afin de protéger le signal contre les parasites radioélectriques.
Si ce type de montage présente la particularité de remettre en phase les 2 signaux en opposition de phase et de les sommer, il présente aussi l'avantage d'annuler tout signal (parasite) qui pourraient être induit (en phase ) au niveau de ces 2 lignes, par leur mise en opposition de phase et par la sommation de ceux-ci. Ce qui est le cas des parasites radioélectriques. Fig.(7).
Fig.7.
Ligne à "Masse Flottante"
En termes mécaniques
Les deux conducteurs centraux sont respectivement désignés par les noms de point chaud et point froid.
La gaine métallique qui les entoure est désignée par le nom de blindage.
En termes électriques
Dans
ce type de circuit, les transfos utilisés ne disposent
pas de point millieu. Le circuit électrique est réalisé entre le
Point Chaud (2) et le Point Froid
(3). La gaine de blindage n'est soumise à aucun potentiel électrique. Elle
est uniquement utilisée comme Cage de Faraday.
Celle-ci présente la propriété de faire écran aux parasites et autres ondes
radioélectriques.
Afin d'être parfaitement efficace, elle doit être reliée d'un côté à la masse
de l'appareil source ou au boîtier du microphone, et de l'autre, à la masse
de l'appareil auquel ce signal électrique est destiné. Fig.(8).
Fig.8.
Problèmes de raccordement entre lignes "Symétrique" et "Asymétrique"
Note : Dans les exemples qui vont suivre, le signal en entrée des circuits sera toujours de 1 Volt d'amplitude. Les circuits symétriques ou à masse flottante seront composés de transformateurs au rapport 1/1 : 1 Volt en entrée = 1 Volt en sortie.
Le problème rencontré lors du raccordement entre une ligne symétrique et une autre asymétrique peut se résoudre de trois manières différentes :
1 - On sait qu'on est en présence d'une ligne de type symétrique et on ne dispose pas de transformateurs nous permettant d'asymétriser cette ligne :
a) - On raccorde le conducteur 2 (point chaud en phase) de la ligne symétrique au point chaud de celle de type asymétrique.
b) - On laisse en l'air la broche 1 (point millieu du secondaire du transformateur symétriseur) et on raccorde le conducteur 3 (point chaud en opposition de phase) à la masse de la ligne asymétrique. Nous retrouvons bien ainsi les 1V que nous avions au départ. Fig.9. Ne peut s'utiliser que dans le cas de lignes courtes.
Fig.9.
2 - Dans le cas ou par mégarde on raccorde
a)
- Le conducteur 2 (point chaud en phase)
de la ligne symétrique au point chaud
de la ligne de type asymétrique,
b) - Le conducteur 3 (point chaud opp. de
phase) de la ligne symétrique à la masse de la
ligne de type asymétrique,
c) - La masse 1 de la ligne symétrique à la
masse de la ligne de type asymétrique. On court-circuite
ainsi la moitié basse de l'enroulement du secondaire du transformateur ce
qui provoque une perte de 0.5 V = -6 dB. Fig.(10).
Fig.10.
3 - Ce qu'il ne faut jamais faire
Lors d'une réduction de 3 à 2 conducteurs (que celle à 3 conducteurs soit de type symétrique ou à masse flottante) : Ne reliez jamais entre eux les conducteur n 2 et 3 de la première au point chaud de la seconde, et la masse de la ligne symétrique à celle de la ligne assymétrique !
Dans le cas d'une ligne symétrique : Ce montage somme (algébriquement) et court-circuite les signaux en opposition de phase issus du secondaire du transfo. (+0.5V)+(-0.5V)= 0V. (Fig.11)
Fig.11.
Dans celui d'une ligne à Masse Flottante : Ce montage court-circuite les signaux en sortie du secondaire du transformateur. (Fig.12bis).
(Fig.12)
Problèmes de raccordement entre ligne "à Masse Flottante" et ligne "Asymétrique"
Ce type de liaison n'est cependant pas adaptée aux lignes longues.
a)
- On relie le conducteur n° 2, dit aussi point chaud de
la ligne à masse flottante
au point chaud de la ligne asymétrique.
b) - On relie le conducteur n° 3, dit aussi point froid
de la ligne à masse
flottante au conducteur ayant la
même fonction électrique (retour) du circuit asymétrique,
c'est à dire la masse.
c) - On relie la masse (n 1) du circuit à masse flottante,
à la masse de la ligne asymétrique. Fig.(13).
Fig.13.
Liaison entre une ligne "Symétrique" et une ligne à"Masse Flottante"
Ce qu'il faut faire
Fig.14.
a)
- Raccordez le conducteur 2 de la ligne Symétrique au point chaud (2) de celle de type à masse flottante,
b) - Afin de boucler le circuit électrique, raccordez le conducteur 3 de la
ligne Symétrique, au point froid (3) de
celle à masse flottante. Laissez le point 1 du transfo. symétrique en l'air.
c) - Enfin : Reliez le point
froid (3) de la ligne à masse flottante à la gaine métallique (masse)
du conducteur.
Ce qu'il ne faut surtout pas faire !
Fig.15.
a) - Raccorder le conducteur 2 de la ligne Symétrique au point chaud (2) de celle de type à masse flottante,
b) - Afin de boucler le circuit électrique, raccorder la masse (1) de la ligne Symétrique, au point froid (3) de celle à masse flottante.
c) - Enfin : raccorder la masse (1) de la ligne Symétrique à la masse (1) de la ligne à Masse Flottante.
Ce type de câblage, s'il fonctionne, n'effectue plus aucune protection du signal envers les parasites induits parce qu'en fait cette liaison n'est plus ni du symétrique, ni de la masse flottante ! Ainsi, le transfo d'entrée à point central ne voyant pas de transfo de sortie à point central (condition sine qua none de la ligne symétrique), le procédé d'annulation des parasites par opposition de phase ne fonctionne pas, mais, qui plus est, le procédé de la cage de Faraday non plus ! Fig.(15).
Liaison entre sortie asymétrique et ampli opérationnel
Fig.15.
De plus en plus des constructeurs de console utilisent des amplis opérationnels en lieu et place des transfos d'entrée de voie. Si cette technique s'avère économique et cependant performante dans le cas de l'utilisation de composants de qualité, elle présente quelques inconvénients.
Ainsi, dans celui d'une adaptation entre une ligne asymétrique et une entrée de type 3 conducteurs sur l'ampli opérationnel (circuit OP), il est impératif de relier ces deux circuits en raccordant :
a) - Le point chaud de la ligne asymétrique (2) au point chaud (2) ou (+) de l'ampli OP.
b) - L'équivalent du point froid de la ligne Asymétrique (la masse) au point froid (3) ou (-) de l'ampli OP.
c) - Et la masse de la sortie asymétrique (1) à la masse (1) l'ampli OP.
Effet Capacitif
Autre problème : Les phénomènes de Capacité parasite liés à tous les liaisons par câbles en général, mais à ceux de type asymétrique en particulier. Surtout dans le cas de lignes longues et à haute impédance.
Fig.A
- Condensateur à armatures planes.
Fig.B - Condensateur à armatures concentriques.
Fig.C - Câble coaxial et similitude avec le condensateur de la Fig.A,
d'où : capacité parasite.
Fig.D - Câble symétrique et effet de capacité parasite.
Fig.E - Câble asymétrique et effet de capacité parasite.
Effet capacitif sur une ligne asymétrique, symétrique et à masse flottante
Fig.3a, 3b, 3c et 3d.
La particularité d'un condensateur (Fig.4a) est de présenter 2 surfaces conductrices (armatures) en vis à vis. Ces surfaces doivent être les plus importantes possibles, aussi proche que possible l'une de l'autre, n'offrir aucun point de contact entre elles, et enfin, la distance qui sépare ces armatures doit être égale en tout point (Fig.4a, et 4b). Certains de ces condensateurs ont leurs armatures disposées de manière concentrique. (Fig.4c) Ainsi les câbles asymétriques de type coaxial à cause de la configuration concentrique (Fig.4d) des deux conducteurs (âme et blindage) réunissent toutes les conditions nécessaires à la réalisation d'un condensateur monté en court circuit sur la ligne Fig.(4e).
Fig.4a, 4b, 4c, 4d et 4e.
Un condensateur monté dans ces conditions (entre point chaud et masse) réalisera un filtre qui atténuera en particulier les hautes fréquences. Il est dit : Coupe haut ou Passe bas. Reste à réunir les conditions électriques indispensables à son fonctionnement dans la zone du spectre audible.Fig.(5a et 5b).
Fig.5a et 5b.
Il est nécessaire pour cela que la ligne présente une impédance suffisamment élevée aux fréquences hautes, et que l'effet capacitif qui dépend des caractéristiques mécaniques (longueur, section, etc.) et électiques (résistance, capacité parasite, etc.) de cette ligne soit telle que la fréquence de coupure coupure du filtre ainsi réalisé soit contenu dans le spectre audible, et ainsi, que l'effet de filtrage devienne audible.
Exemple :
Impédance : 47 kohms
Capacité du câble :
Fréquence de coupure du filtre "coupe haut" :
Les magnétophones Nagra 4.2 et 4S (bien connus des amateurs éclairés et des professionnels) proposent des entrées microphones qui, selon configuration de straps, sont symétrisées par transformateurs symétrique à point milieu ou à masse flottante (suppression du point milieu).
Leurs entrées lignes sont dites semble-t-il à tort (?) symétriques flottantes.
Sur les TD9 de chez Stellavox, les entrées et sorties lignes sont du type à masse flottante, ainsi que les entrées de la console Schlumberger VLR 401 et autres magnétoscopes 3/4 BVU.
Ainsi, lorsqu'on regarde l'ensemble du parc audio/vidéo professionnel, le principe de la "masse flottante" parait l'emporter largement.
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