La popularité des tubes à vide ne cesse de croître

3rd September 2018
Posted By : Enaie Azambuja
La popularité des tubes à vide ne cesse de croître

En ce qui concerne les innovations techniques dans le domaine de l’électronique, notons que certains composants conservent leur valeur bien plus longtemps qu’on ne l’aurait imaginé. De nombreux lecteurs pensent sûrement aux circuits 555 ou 741, qui sont toujours intégrés aujourd’hui dans de nouvelles conceptions et dont les élèves entendent encore parler à l’école et à l’université, plus de 40 ans après leur lancement initial.

Par Mark Patrick, Mouser Electronics.

Le magnétron est un autre exemple : environ 70 ans après son introduction, il est toujours employé dans des fours à micro-ondes commerciaux et domestiques.

En réalité, le magnétron appartient à une plus large catégorie de produits connue sous le nom de « tubes à vide ». Ces tubes ont été relégués à des applications spécialisées suite à l’avènement du transistor. Comparés aux transistors, les tubes à vide étaient trop grands, généraient trop de chaleur et nécessitaient plusieurs rails à haute tension. Toutefois, malgré les nombreux avantages considérables de l’utilisation des semi-conducteurs, on trouve encore les tubes à vide dans une quantité d’applications audio haut de gamme, comme les amplificateurs et les préamplificateurs. Contre toute attente, le nombre actuel de conceptions basées sur les tubes à vide est en augmentation, et beaucoup de musiciens souhaitent que leur système amplificateur en comprenne. 

Si les tubes à vide suscitent un intérêt continu, c’est essentiellement parce que la musique a un son « plus chaud et plus riche » quand elle provient d’un amplificateur à tubes. Un transistor est tout simplement incapable de reproduire le son aussi fidèlement qu’un tube. Au fil des années, dans une tentative de déceler un fait scientifique derrière le mythe, les fabricants d’équipements audio (tels que Quad) ainsi que les universitaires du monde de la physique ont tenté d’analyser d’où viennent ces préférences.

D’un point de vue technique, les tubes à vide utilisés dans les dispositifs finaux d’un amplificateur audio affichent sans aucun doute une résistance électrique supérieure à celle des transistors. En cas de court-circuit ou de circuit ouvert, les tubes sont protégés par leur transformateur de sortie, tandis que les amplificateurs à transistor utilisent généralement les bobines haut-parleur comme charge. À moins d’utiliser des dispositifs de protection appropriés, les transistors peuvent être facilement détruits. Par ailleurs, ils ne résistent pas bien aux tensions transitoires et températures de service élevées, qui entraînent des conditions d'emballement thermique et de surintensité. Le circuit de protection est simple et facile à implémenter, mais augmente les dépenses de pièces (BoM) et il est plus encombrant.

Essayons maintenant de savoir pourquoi certains musiciens préfèrent les amplificateurs à tubes. Tout d’abord, il semble que la saturation de l’amplificateur génère un son plus chaud et plus naturel : c’est ce que font les guitaristes de rock pour créer une série d’harmoniques pairs. Ces harmoniques font partie intégrante des conceptions d’amplificateurs de classe A à orientation unilatérale. En revanche, ils ne sont pas très fréquents dans les amplificateurs « push-pull » de classe AB et B, pour lesquels le crossover (le point de basculement entre deux dispositifs) introduit une distorsion et des harmoniques d'ordre impair. Les harmoniques pairs ajoutent de la « chaleur » au son, tandis que les harmoniques impairs tendent à introduire une certaine « dureté » et une dissonance à la sortie, ce qui génère les sons saturés que les guitaristes de rock aiment tant. Afin de comprendre comment se produisent ces deux formes d’harmoniques, examinons les différences existant entre les classes d’amplificateurs.

Un amplificateur de classe A est toujours conducteur, utilisant du courant même quand il n’y a pas de signal d’entrée. Il n’est donc pas très économe en énergie. C’est ce que montre la figure 2, avec le signal d’entrée polarisé vers le point médian idéal de la courbe de fonctionnement du tube à vide. Veuillez noter que le signal de sortie ne descend jamais à zéro.

Un amplificateur à tubes de classe B fonctionne avec l’entrée de signal polarisée vers le point où le tube cesse presque d’être conducteur, créant seulement une sortie sur la partie positive d’un signal d’entrée. Ainsi, afin de reproduire précisément ce signal d’entrée, il est nécessaire de créer un étage de sortie correspondant pour l’autre partie - cela correspond à la partie négative de l’onde sinusoïdale représentée sur la figure 3.

Ainsi, ce mode « push-pull » requiert deux tubes. Comparé à la courbe de fonctionnement de classe A, vous noterez que l’amplificateur de classe B nécessite un signal d’entrée supérieur pour générer la même sortie, et peut donc plus difficilement être saturé. Bien qu’économe en énergie, cette méthode présente un inconvénient majeur. La distorsion est introduite au niveau du crossover de commutation entre les deux tubes (comme indiqué sur la figure 4). Dans le but de diminuer l’impact de la distorsion du crossover, l’amplificateur de classe AB emploie une configuration push-pull, mais les entrées sont polarisées légèrement au-dessus de la courbe de fonctionnement de chaque tube. Avec cette approche, les niveaux d’efficacité atteints sont nettement supérieurs à ceux d’un amplificateur de classe A et la distorsion de croisement est réduite.

Les sons saturés dont raffolent les guitaristes de rock s’obtiennent en poussant le signal d’entrée bien au-delà de la courbe de fonctionnement du tube, de sorte qu’il ne génère plus aucune sortie, aplanissant la sortie de crête ou écrêtant l’entrée. Les signaux d’entrée allant de moyens à très élevés finissent tous par être amplifiés au maximum, tandis que l’écrêtage ajoute également un mélange d’harmoniques à la sortie.

Les ajouts d’harmoniques et les distorsions saturées ne doivent pas forcément être introduits dans les dispositifs finaux d’un amplificateur, mais peuvent être créés dans le préamplificateur. Cette approche conduit à un concept d’amplificateur hybride. Généralement, un amplificateur hybride comprend un préamplificateur à tubes et un dispositif final à semi-conducteurs. La chaleur du son est introduite au niveau du préamplificateur, tandis que le dispositif à semi-conducteurs peu encombrant produit la puissance d’amplification brute requise. Cette approche hybride est presque devenue la norme dans le secteur de la musique, et les plus grandes marques d’amplificateurs telles que Marshall, ORANGE et VOX proposent toutes une gamme d’amplificateurs hybrides.

Il semble que le modeste tube à vide a encore de beaux jours devant lui. En réalité, le concept d’amplificateur hybride a même encouragé certains fabricants à réintroduire ou à étendre leur gamme d’amplificateurs de guitare à tubes, en utilisant les tubes à la fois dans le préamplificateur et dans les dispositifs finaux. Ainsi, dans son évaluation annuelle des meilleurs amplificateurs de guitare à un prix inférieur à 1 000 £ (1 100 €), le site de musique MusicRadar a indiqué que la plupart d’entre eux utilisaient des tubes. Ils sont nombreux à avoir intégré la pentode de puissance EL84 dans leurs dispositifs finaux et le tube EL34 ou ECC83 dans le préamplificateur. Étant donné que les tubes EL84 et ECC83 ont été introduits en 1954 et que l’EL52 est apparu en 1952, il est certain que les tubes ont dépassé les composants semi-conducteurs mentionnés plus haut en termes de durée de production.

Récemment, les développeurs d’un amplificateur haut de gamme ont même imité l’apparence physique d’un tube (le classique KT88) en fabriquant un amplificateur MOSFET de 200 W au nitrure de gallium (GaN) à l’intérieur de l’enveloppe en verre du tube. Toutes les connexions du GaNTube sont réalisées via la base octale de la prise d’origine du KT88, et des LED produisent la lumière ambre caractéristique du tube. Placé sur un châssis minimaliste, bien au centre, le GaNTube constitue le point de mire de l’amplificateur monobloc haut de gamme Vivace aux lignes épurées et élégantes. Et non, vous ne pouvez pas échanger un GaNTube avec un KT88.

Aussi bien les systèmes d’amplificateur complets que les appareils hybrides ou les dispositifs à semi-conducteurs tentent d’imiter son look rétro : le tube à vide conserve aujourd’hui encore une place de choix dans la technologie audio. Et si vous n’êtes pas encore convaincu de la popularité croissante des tubes, jetez un œil aux paramètres de l’égaliseur de musique de votre téléphone - il est très possible qu’il possède une option d’amplificateur à tubes.


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