1. Qu’est-ce qu’une DI?
Une boîte de direct (en anglais, DI-Box) est un outil utilisé principalement en studio d’enregistrement et en sonorisation. Celui-ci permet d’adapter l’impédance d’une source (micro capteur d’un instrument de musique, synthétiseur, etc.) à l’entrée micro ou l’entrée ligne d’une console. On l’appelle communément DI pour « Direct Injection » ou encore « Direct Input ».
Cet outil est destiné à :
- adapter l’impédance de la source à celle de l’entrée de la console.
- isoler (ou non) la masse de la source au récepteur afin d’éviter les problèmes de boucle de masse.
- rendre le signal symétrique pour limiter le bruit et les interférences.
- adapter le niveau de sortie de la source au niveau que peut recevoir la console.
Il existe des DI passive et active.
Une DI passive se compose généralement d’un transformateur audio convertissant un signal dissymétrique de haute impédance en un signal symétrique de basse impédance.
Une boite de direct active contient un préamplificateur. Elle est par nature plus complexe et plus polyvalente que les DI passives. Elle nécessite une source d’énergie, fournie par des piles ou une connexion AC (secteur), ou une alimentation fantôme fournie par la console. Sur certaines DI « évoluées », un circuit électronique permet une adaptation du signal, un atténuateur (pad) pour tenir compte du niveau de chaque source et un filtre passe-haut, ainsi que des sorties supplémentaires destinées à envoyer le signal vers un ampli, par exemple.
2. A quoi cela sert-il?
La conversion asymétrique/symétrique permet de renforcer l’immunité contre les parasites et les ronflettes (buzz). Celà est notement vrai pour l’utilisation sur scène d’un instrument de musique tel qu’une guitare ou un clavier de musique. Du fait de sa constitution, une liaison symétrique est en effet beaucoup plus robuste contre les perturbations externes (parasites secteur liés à l’utilisation d’un gradateur de lumière – dimmer – par exemple). Les ronflettes secteur (buzz) devraient être inexistantes si les câblages des masses et des terres sont bien réalisées, et que tous les équipements répondent aux normes de câblage en vigueur… ce qui avouons-le n’est pas toujours le cas !
Remarque : certaines boîtes de direct donnent de meilleurs résultats avec des guitares classiques qu’avec des guitares électriques (cela est principalement lié à la différences de capteurs / micros guitare entre ces deux catégories d’instrument).
L’adaptation de l’impédance permet le branchement d’un instrument qui devrait normalement être raccordé sur une entrée haute impédance, et que l’on souhaite raccorder sur une entrée faible ou moyenne impédance. Prenez par exemple le cas d’une guitare équipée d’un micro passif, c’est à dire non amplifié (que l’on reconnait aisement par l’absence d’alimentation). Cette guitare, dont l’impédance de sortie est relativement élevée (de l’ordre de 10 kΩ) devrait être raccordée sur une entrée haute impédance, de 100 kΩ au grand minimum (entrée appelée « Instrument » ou « High Z » d’un ampli guitare par exemple). Si vous souhaitez raccorder cette guitare sur une console de mixage dotée seulement d’entrées Micro/Ligne (pour une prise de son en direct, sans repiquage HP par microphone), il vous faut un boîtier pour effectuer l’adaptation d’impédance. Car une entrée Micro/Ligne possède une impédance trop faible pour le micro de la guitare, et occasionne une perte de qualité (baisse des aigus par exemple) et de niveau. Les guitares ne sont pas les seuls instruments qui peuvent trouver bénéfice à passer par une boîte de direct. Certains synthés ou expandeurs, même s’ils délivrent une amplitude normalement plus élevée que celle délivrée par un micro de guitare, possèdent en effet une impédance de sortie tellement élevée qu’on ne peut même plus les classer dans la catégories des sources à basse impédance. Cela peut sembler curieux, mais c’est ainsi, et dans de tels cas, l’utilisation d’une boîte de direct peut sensiblement améliorer la qualité du signal délivré par ces instruments, principalement sur scène (en studio ce n’est pas toujours nécessaire).
La DI possède donc une entrée haute impédance asymétrique, généralement matérialisée par un jack mono 6,35 mm, et dispose d’une sortie basse impédance symétrique, s’effectuant généralement sur une prise XLR 3 points. On peut trouver d’autres connecteurs en supplément de ces deux là (par exemple sortie Link).
3. Réaliser une DI
Cette boîte de direct est basée sur l’emploi d’amplificateurs opérationnels (AOP) pour assurer une impédance d’entrée élevée tout en permettant une sortie symétrique.
a. Alimentation
Le fait que cette boîte de direct soit active impose la présence d’une alimentation. Bien qu’il est possible d’utiliser une alimentation secteur dédiée, le choix s’est porté ici sur l’utilisation de deux piles 9V standards (piles rectangulaires format 6F22), ou sur l’utilisation d’une alimentation phantom. Le choix entre les deux sources d’alimentation s’effectue à l’aide de l’inverseur simple SW2, qui fait également office d’interrupteur général d’alimentation (en position alim phantom, la pile est totalement déconnectée). Les amplificateurs opérationnels utilisés nécessitent une alimentation symétrique pour fonctionner normalement. Une astuce consiste ici à utiliser une alimentation simple et à créer une tension de référence (VREF sur le schéma), qui servira de masse virtuelle. Cette tension de référence est élaborée à partir d’un banal pont diviseur constitué des deux résistances R11 et R12, d’égales valeurs. Une stabilisation par condensateurs (C9 à C12) permet à cette tension de référence de conserver une valeur qui fluctue le moins possible. Notez la présence d’un bouton poussoir SW3 « Test Alim » permettant en un coup d’oeil de s’assurer de la présence d’une tension d’alimentation suffisante pour le montage, en allumant la led D4 (de type faible consommation de préférence). Le câblage en continu de cette led n’est pas souhaitable pour économiser les piles, ou pour ne pas trop « tirer » sur l’alimentation phantom. La diode zener D1 de 24 V permet de limiter la valeur de la tension générale lorsque l’inverseur du choix d’alim est en position Alim phantom (48 V). Le courant circulant dans cette diode zener est limité à environ 3,5 mA par les résistances R9 et R10 de 6K8 chacune (il faut penser qu’il y a aussi deux résistances de 6K81 côté prise micro, voir page Utilisation alim phantom pour plus de détails). Le courant consommé par le TL072 est compris entre 1 et 2 mA, donc l’ensemble consomme grosso-modo 5 mA sans la led.
Remarque : vous pouvez retirer C3 et C6 si l’alimentation du montage se fait uniquement via une alim phantom. Dans ce cas, les deux condensateurs C2 et C5 (valeur 100 uF) doivent avoir le pôle + tourné côté sortie XLR!
b. Entrée
L’entrée permet, selon la position de l’inverseur double SW1, de recevoir des signaux BF provenant d’une source haute impédance dont le niveau se situe entre niveau micro et niveau ligne (SW1 en position haute sur le schéma) ou de recevoir des signaux BF provenant d’une source basse impédance de niveau élevé telle qu’une sortie amplifiée HP d’un ampli de sono (SW1 en position basse sur le schéma), avec un potentiomètre de réglage de niveau d’entrée (RV1) pour atténuer si nécessaire l’amplitude du signal d’entrée, qui pourrait être trop élevée et saturer l’étage d’entrée. Ici le pont diviseur constitué par R5 et RV1 apporte une atténuation minimale de 26 dB (potentiomètre au max de sa course) qui convient pour une puissance BF de quelques watts. Il est sage de ne pas raccorder cette boite de directe en sortie d’un ampli qui délivre une puissance supérieure à 100 W sur 8 ohms ou 200 W sur 4 ohms (amplitude électrique du signal d’environ 30 Veff dans les deux cas). Par la suite, un condensateur (C1) permet d’empêcher la tension continue provenant de VREF et passant par R1, de remonter vers la source. En même temps, ce condensateur évite toute tension continue éventuelle présente à la source, de venir décaller le point de fonctionnement du montage. L’impédance d’entrée est ici quasiment fixée par la valeur de R1, et avoisine ici les 700 KΩ.
c. Sortie
Le signal BF, après avoir traversé C1, arrive ensuite sur l’entrée non inverseuse de U1:A, monté en suiveur de tension : la sortie de cet AOP restitue en sortie la même chose que ce qu’il reçoit en entrée, mais sous basse impédance. Cette sortie constitue la moitié de la sortie symétrique, la sortie « positive ». En même temps, cette sortie est routée vers un second AOP, U1:B, qui lui non plus n’apporte aucun gain, mais qui par contre inverse la phase du signal. Ce second AOP fournit la seconde moitié de la sortie symétrique, à savoir la sortie « négative » (polarité opposée). Vous aurez sans doute remarqué la présence de plusieurs condensateurs sur la sortie de chaque AOP. Ces condensateurs sont bien sûr destinés à stopper la composante continue présente sur les sorties en question, puisque nous travaillons ici avec une alimentation simple et que la masse virtuelle VREF est égale à la moitié de la tension d’alimentation (les signaux BF évoluent autour de cette tension). En même temps, il n’est pas question qu’une alimentation phantom de 48 V parvienne sur ces sorties, elles n’aimeraient pas vraiment… Mais cela n’explique pas la présence de deux condensateurs polarisés montés tête-bêche. Rassurez-vous, la raison en est fort simple. Les condensateurs placés en sortie des AOP doivent être connectés avec leur pôle positif du côté de la prise XLR si le montage tire son énergie d’une alimentation phantom, mais doivent être connectés avec leur pôle positif du côté de l’AOP si le montage tire son énergie d’une alimentation par pile. Comme il est plutôt compliqué de commuter le sens des condensateurs en utilisation « live », deux condensateurs sont mis ainsi en série (avec polarités inversées) pour constituer un condensateur non polarisé. Ajoutons que deux condensateurs montés ainsi en série, s’ils sont de même valeur, constituent un condensateur équivalent de valeur moitié à l’un des deux (deux condensateurs de 220 uF en série équivalent à un seul condensateur de 110 uF). Voila ! Quant aux deux condensateurs C4 et C7, ils permettent juste une meilleurs réponse dans les fréquences élevées, et ne sont pas indispensables. Les résistances R6 et R7 permettent de limiter le courant de sortie des AOP en cas de court-circuit franc sur la sortie XLR. Diodes entre sortie AOP et +V : servent à protéger l’AOP contre l’apparition de tensions supérieures à la tension d’alim, susceptibles d’apparaitre à cause des condensateurs de liaison, lors de commutations de l’alim phantom.
Sources :
