Conception du Midnight Voice Channel Strip !!
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offenbach
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Membre depuis 17 ans
Bonjour à tous,
Je suppose que pour les DIYer audio qui traînent par ici, le sujet suivant sur la conception de mon préampli micro le Midnight MicPre ne leur aura pas échapé, avec ses presque 310 000 vues
!!
https://fr.audiofanzine.com/construction-de-micros-amplis-pr/forums/t.553253,conception-pedagogique-d-un-petit-preampli-micro-pour-pas-cher-du-tout-du-tout.html
Comme je l'ai expliqué là-bas d'ailleurs, je suis en train de concevoir une "suite" logique à ce préampli, il s'agit d'une tranche de console DIY avec préampli et compresseur. Mon cahier des charges reste toujours le même, à savoir :
- simplicité du schéma pour une compréhension par un DIY plus ou moins débutant (et ainsi pouvoir utiliser ce projet pour améliorer sa compréhension de l'électronique analogique audio)
- coût le plus faible possible pour rendre la réalisation possible à un plus grand nombre de personne
- qualité élevée du produit final, pour une intégration dans une chaîne audio professionnelle.
Voici les spécifications prévu sur la machine finale :
Préampli micro :
- alimentation phantom +48V
- PAD -20dB
- entrée instrument DI
- Gain variable de +26db à +60dB
Compresseur :
- technologie VCA, en feedback
- détection RMS sur 2 constantes de temps (lent ou rapide)
- HPF dans le side chain
- Ratio de 1:1 à 1:10
- Threshold de -40dBu à +20dBu
- Out Gain de -20dB à +20dB
- VU mètre indiquant la réduction de gain.
A ce stade le projet est dajà largement bien avancé : le 1er prototype a été monté, et après quelques modifications mineures, des ajouts, etc... est à présent validé. Mais je souhaite reprendre toute la conception ici, car au final c'est une des choses les plus intéressante !!
Je vous propose de suivre le plan suivant :
A. Topologie générale
B. Le préampli micro
1. Le principe du Midnight MicPre
2. Ajout de l'entrée DI
C. Le compresseur
1. Topologie du compresseur
2. Principes du VCA et détecteur RMS (log vs linéraire...)
3. Circuit Audio
4. Circuit du Side Chain (Threshold, constantes de temps, ratio, knee...)
5. Vu metre (indication de la Réduction de Gain)
D. Ouverture et options possibles (indication du niveau de sortie sur le VU, ajout d'un LINE IN, d'un Link Stéréo, modification des constantes de temps...)
E. Réalisation pratique (alimentation, mise en boitier...)
Je réaliserai sans doute quelques petites vidéos sur tel ou tel point pour montrer le comportement du circuit sur le banc d'essai à l'analyseur, ce sera toujours plus parlant pour démontrer la théorie !
Mon but est vraiment de partager avec le plus grand nombre cette petite aventure ! N'hésitez pas à intervenir, à poser des questions. Il n'y a pas de questions bêtes, et même les choses les plus simples et élémentaires sont parfois bonnes à rappeler !
Je suppose que pour les DIYer audio qui traînent par ici, le sujet suivant sur la conception de mon préampli micro le Midnight MicPre ne leur aura pas échapé, avec ses presque 310 000 vues
!!https://fr.audiofanzine.com/construction-de-micros-amplis-pr/forums/t.553253,conception-pedagogique-d-un-petit-preampli-micro-pour-pas-cher-du-tout-du-tout.html
Comme je l'ai expliqué là-bas d'ailleurs, je suis en train de concevoir une "suite" logique à ce préampli, il s'agit d'une tranche de console DIY avec préampli et compresseur. Mon cahier des charges reste toujours le même, à savoir :
- simplicité du schéma pour une compréhension par un DIY plus ou moins débutant (et ainsi pouvoir utiliser ce projet pour améliorer sa compréhension de l'électronique analogique audio)
- coût le plus faible possible pour rendre la réalisation possible à un plus grand nombre de personne
- qualité élevée du produit final, pour une intégration dans une chaîne audio professionnelle.
Voici les spécifications prévu sur la machine finale :
Préampli micro :
- alimentation phantom +48V
- PAD -20dB
- entrée instrument DI
- Gain variable de +26db à +60dB
Compresseur :
- technologie VCA, en feedback
- détection RMS sur 2 constantes de temps (lent ou rapide)
- HPF dans le side chain
- Ratio de 1:1 à 1:10
- Threshold de -40dBu à +20dBu
- Out Gain de -20dB à +20dB
- VU mètre indiquant la réduction de gain.
A ce stade le projet est dajà largement bien avancé : le 1er prototype a été monté, et après quelques modifications mineures, des ajouts, etc... est à présent validé. Mais je souhaite reprendre toute la conception ici, car au final c'est une des choses les plus intéressante !!
Je vous propose de suivre le plan suivant :
A. Topologie générale
B. Le préampli micro
1. Le principe du Midnight MicPre
2. Ajout de l'entrée DI
C. Le compresseur
1. Topologie du compresseur
2. Principes du VCA et détecteur RMS (log vs linéraire...)
3. Circuit Audio
4. Circuit du Side Chain (Threshold, constantes de temps, ratio, knee...)
5. Vu metre (indication de la Réduction de Gain)
D. Ouverture et options possibles (indication du niveau de sortie sur le VU, ajout d'un LINE IN, d'un Link Stéréo, modification des constantes de temps...)
E. Réalisation pratique (alimentation, mise en boitier...)
Je réaliserai sans doute quelques petites vidéos sur tel ou tel point pour montrer le comportement du circuit sur le banc d'essai à l'analyseur, ce sera toujours plus parlant pour démontrer la théorie !
Mon but est vraiment de partager avec le plus grand nombre cette petite aventure ! N'hésitez pas à intervenir, à poser des questions. Il n'y a pas de questions bêtes, et même les choses les plus simples et élémentaires sont parfois bonnes à rappeler !
Site officiel et boutique en ligne du Studio Delta Sigma https://www.studiodeltasigma.com
[ Dernière édition du message le 25/08/2019 à 17:11:03 ]
offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
A. Topologie générale
Nous allons dans un premier temps voir les choses de loin, sans entrer dans le détail électronique, mais de manière à avoir une vue d'ensemble de notre machine. Il s'agit de déterminer la synoptique, le schéma général de principe, afin de valider l'ordre des choses pour répondre à notre besoin.
Ce n'est qu'une fois ce schéma bien établit, qu'il sera possible de rentrer dans le détail des circuits...
Je vous propose de nous attarder un moment sur le schéma de principe suivant :
Il semble évident que la première chose que fera notre signal en entrant dans la machine sera de traverser le préampli. L'entrée peut être l'entrée micro, ou l'entrée D.I. Ces 2 entrées n'ont pas les mêmes caractéristiques et il nous faudra nous adapter !
Ensuite se trouve le compresseur, et on voit bien comment celui-ci pourra être bypasser par un simple switch.
Enfin l'étage de sortie, dont le rôle est essentiellement de symétriser le signal avant qu'il sorte de la machine.
A ce stade, rien de bien méchant à comprendre, si ce n'est que cet ordre est le seul vraiment logique ! Je ne vous ai sans doute pas appris grand chose pour le moment, mais toute conception DOIT commencer par avoir une idée claire de l'ordonnancement des choses, sinon on a vite fait de s'y perdre par la suite...
Nous allons dans un premier temps voir les choses de loin, sans entrer dans le détail électronique, mais de manière à avoir une vue d'ensemble de notre machine. Il s'agit de déterminer la synoptique, le schéma général de principe, afin de valider l'ordre des choses pour répondre à notre besoin.
Ce n'est qu'une fois ce schéma bien établit, qu'il sera possible de rentrer dans le détail des circuits...
Je vous propose de nous attarder un moment sur le schéma de principe suivant :
Il semble évident que la première chose que fera notre signal en entrant dans la machine sera de traverser le préampli. L'entrée peut être l'entrée micro, ou l'entrée D.I. Ces 2 entrées n'ont pas les mêmes caractéristiques et il nous faudra nous adapter !
Ensuite se trouve le compresseur, et on voit bien comment celui-ci pourra être bypasser par un simple switch.
Enfin l'étage de sortie, dont le rôle est essentiellement de symétriser le signal avant qu'il sorte de la machine.
A ce stade, rien de bien méchant à comprendre, si ce n'est que cet ordre est le seul vraiment logique ! Je ne vous ai sans doute pas appris grand chose pour le moment, mais toute conception DOIT commencer par avoir une idée claire de l'ordonnancement des choses, sinon on a vite fait de s'y perdre par la suite...
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babaorum
6904
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Membre depuis 21 ans
En tout cas 1000 merci d'avoir opté pour une entrée DI 
Clip Ideal_Sound - 'Bleu orage' by Ideal Sound
offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
B. Le préampli micro
1. Le principe du Midnight MicPre
Intéressons-nous pour commencer au préampli micro.
Je ne vais pas ici redire tout ce que j'ai déjà expliqué en détail sur le sujet précédemment cité au sujet de la conception du Midnight MicPre... Mais je vais en reprendre la substance.
D'abord le GAIN. Nous avons besoin d'une réserve totale de 60dB. Ce gain est apporté en 2 étapes :
1. par le transformateur d'entrée, qui par son ratio 1:10 amène un gain "passif" de +20dB (au prix d'une augmentation par 100 de l'impédance... mais nous reviendrons plus loin sur cette question)
2. par le circuit actif, dont le gain est variable, de +6dB jusqu'à +40dB
Au passage, l'entrée micro symétrique est déssymétrisée grâce au câblage adopté pour le transformateur.
1. Le principe du Midnight MicPre
Intéressons-nous pour commencer au préampli micro.
Je ne vais pas ici redire tout ce que j'ai déjà expliqué en détail sur le sujet précédemment cité au sujet de la conception du Midnight MicPre... Mais je vais en reprendre la substance.
D'abord le GAIN. Nous avons besoin d'une réserve totale de 60dB. Ce gain est apporté en 2 étapes :
1. par le transformateur d'entrée, qui par son ratio 1:10 amène un gain "passif" de +20dB (au prix d'une augmentation par 100 de l'impédance... mais nous reviendrons plus loin sur cette question)
2. par le circuit actif, dont le gain est variable, de +6dB jusqu'à +40dB
Au passage, l'entrée micro symétrique est déssymétrisée grâce au câblage adopté pour le transformateur.
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[ Dernière édition du message le 25/08/2019 à 17:35:06 ]
offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
Nous allons ajouter petit à petit toutes les fonctionnalités à ce schéma de base, puis évidement préciser l'élément actif qui va apporter les 40dB de gain supplémentaire !
L'alimentation phantom !
Il s'agit d'une norme très pratique, qui envoie au micro, via le câble XLR, une tension de 48V continue pour faire fonctionner l'électronique du micro.
Comme la ligne XLR est symétrique, le signal est transporté en double (en bleu sur le dessin). En phase (= à l'endroit) sur le point chaud, et en opposition de phase (= à l'envers), sur le point froid.
Ce que l'on va faire, c'est superposer à la fois sur le point chaud et sur le point froid une tension de 48V continue.
La norme indique qu'il faut injecter +48V sur les 2 points (chaud et froid) au travers de résistances de 6K81. Ces résistances sont très importantes : elles doivent être très très proches en valeurs l'une de l'autre, afin de maintenir la symétrie dans la liaison. Si une résistance est un peu plus forte, alors on augmente le mode commun, ce qui n'est pas souhaitable...
J'utilise pour ma part toujours des résistances de précision à 1% dans tous mes circuits, mais pour ces 2 résistances, je peux descendre à 0.01%, ou bien trier une paire de résistance que je vais appairer...
Pour l'implémentation sur le préampli, cela donne tout simplement cela :
A noter la partie en bleu : lorsque l'alimenation 48V n'est pas activé il n'est pas bon de laisser les résistances en l'air, on va donc les relier à la masse.
L'alimentation phantom !
Il s'agit d'une norme très pratique, qui envoie au micro, via le câble XLR, une tension de 48V continue pour faire fonctionner l'électronique du micro.
Comme la ligne XLR est symétrique, le signal est transporté en double (en bleu sur le dessin). En phase (= à l'endroit) sur le point chaud, et en opposition de phase (= à l'envers), sur le point froid.
Ce que l'on va faire, c'est superposer à la fois sur le point chaud et sur le point froid une tension de 48V continue.
La norme indique qu'il faut injecter +48V sur les 2 points (chaud et froid) au travers de résistances de 6K81. Ces résistances sont très importantes : elles doivent être très très proches en valeurs l'une de l'autre, afin de maintenir la symétrie dans la liaison. Si une résistance est un peu plus forte, alors on augmente le mode commun, ce qui n'est pas souhaitable...
J'utilise pour ma part toujours des résistances de précision à 1% dans tous mes circuits, mais pour ces 2 résistances, je peux descendre à 0.01%, ou bien trier une paire de résistance que je vais appairer...
Pour l'implémentation sur le préampli, cela donne tout simplement cela :
A noter la partie en bleu : lorsque l'alimenation 48V n'est pas activé il n'est pas bon de laisser les résistances en l'air, on va donc les relier à la masse.
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offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
Voyons le PAD à présent.
Il s'agit d'atténuer un signal d'entrée trop puissant. Bon il y a quelque chose de paradoxal à atténuer un signal avant de l'amplifier... Cela a tendance à déteriorer le SNR (rapport signal/bruit). Mais parfois c'est bien pratique : niveau ligne à faire entrée dans un préampli micro, ou micro très sensible devant une source très puissante...
On comprend bien que cette atténuation doit avoir lieu au tout début de la chaîne audio. Si le signal est trop fort il pourrait saturer le transfo, ou même sature l'étage de gain actif qui suit. Et alors l'atténuer ne servirait plus à rien car le signal serait irrémédiablement distordu...
Il faut donc adopter cette topologie :
On voit bien que placé ainsi le PAD peut avoir tout son effet. J'ai tracé en dessous l'évolution du niveau dans la chaîne audio. En bleu sans le PAD, en vert avec le PAD. Ce type de schéma est particulièrement utile dans les machines très complexes ayant de nombreux étages de gains, comme une table de mixage par exemple...
Alors comment réaliser ce PAD ? Rien de sorcier... En fait il s'agit d'un petit atténuateur passif composé de 3 résistances. Il existe pas mal de manière de réaliser un tel atténuateur, je renvoie les currieux sur google, avec des mots clés tels que "L-PAD" "H-PAD" ou "T-PAD"...
Nous utilisons ici un H PAD, qui a l'avantage de rester simple tout en s’appliquant à une ligne symétrique, de cette manière là :
Il existe quantité d'outils qui peuvent calculer les valeurs de résistances pour une atténuation donnée. Il faut toujours garder à l'esprit que le PAD lorsqu'il est activé va modifier quelque peu l'impédance de l'entrée... Les valeurs des résistances sont choisies pour que cet effet ne soit pas gênant !
Il s'agit d'atténuer un signal d'entrée trop puissant. Bon il y a quelque chose de paradoxal à atténuer un signal avant de l'amplifier... Cela a tendance à déteriorer le SNR (rapport signal/bruit). Mais parfois c'est bien pratique : niveau ligne à faire entrée dans un préampli micro, ou micro très sensible devant une source très puissante...
On comprend bien que cette atténuation doit avoir lieu au tout début de la chaîne audio. Si le signal est trop fort il pourrait saturer le transfo, ou même sature l'étage de gain actif qui suit. Et alors l'atténuer ne servirait plus à rien car le signal serait irrémédiablement distordu...
Il faut donc adopter cette topologie :
On voit bien que placé ainsi le PAD peut avoir tout son effet. J'ai tracé en dessous l'évolution du niveau dans la chaîne audio. En bleu sans le PAD, en vert avec le PAD. Ce type de schéma est particulièrement utile dans les machines très complexes ayant de nombreux étages de gains, comme une table de mixage par exemple...
Alors comment réaliser ce PAD ? Rien de sorcier... En fait il s'agit d'un petit atténuateur passif composé de 3 résistances. Il existe pas mal de manière de réaliser un tel atténuateur, je renvoie les currieux sur google, avec des mots clés tels que "L-PAD" "H-PAD" ou "T-PAD"...
Nous utilisons ici un H PAD, qui a l'avantage de rester simple tout en s’appliquant à une ligne symétrique, de cette manière là :
Il existe quantité d'outils qui peuvent calculer les valeurs de résistances pour une atténuation donnée. Il faut toujours garder à l'esprit que le PAD lorsqu'il est activé va modifier quelque peu l'impédance de l'entrée... Les valeurs des résistances sont choisies pour que cet effet ne soit pas gênant !
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Ancienement appelé The Koala
offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
Parlons un peu des impédances.
Pour être dans la "norme", notre préampli doit avoir une impédance d'entrée capable de recevoir un micro. On table en général sur une valeur de 150R (R est le symbole "pratique" pour Ohms, vu qu'on a pas de touche omega sur le clavier
). La sortie du micro est donc à 150R et comme chacun sait (ou pas
) il nous faut respecter un rapport de 10 entre l'entrée et la sortie afin de garantir une bonne transmission du signal. On peut le voir de cette manière, selon notre bon vieux diviseur de tension :
la connexion entre le micro et le préampli peut se résumer à ce schéma, lui-même "résumable" à un diviseur de tension (en bas du dessin). Il est tout à fait clair que Zs doit être petit et Zc grand pour que le maximum de tension soit transmise. On considère donc qu'un rapport de 10 est suffisant.
Donc si le micro sort à 150R il nous faut une entrée à 1500R. Hors le transformateur d'entrée est d'un ratio 1:10, ce qui veut dire qu'il augmente les tensions x10, mais les impédances sont augmentées x100 ! C'est pour cela que nous placerons après le tranfo une résistance de charge de 150K, laquelle, à travers le transformateur sera "reflétée" comme une charge de 1500R sur l'entrée du préampli. CQFD
Pour être dans la "norme", notre préampli doit avoir une impédance d'entrée capable de recevoir un micro. On table en général sur une valeur de 150R (R est le symbole "pratique" pour Ohms, vu qu'on a pas de touche omega sur le clavier
). La sortie du micro est donc à 150R et comme chacun sait (ou pas ) il nous faut respecter un rapport de 10 entre l'entrée et la sortie afin de garantir une bonne transmission du signal. On peut le voir de cette manière, selon notre bon vieux diviseur de tension :la connexion entre le micro et le préampli peut se résumer à ce schéma, lui-même "résumable" à un diviseur de tension (en bas du dessin). Il est tout à fait clair que Zs doit être petit et Zc grand pour que le maximum de tension soit transmise. On considère donc qu'un rapport de 10 est suffisant.
Donc si le micro sort à 150R il nous faut une entrée à 1500R. Hors le transformateur d'entrée est d'un ratio 1:10, ce qui veut dire qu'il augmente les tensions x10, mais les impédances sont augmentées x100 ! C'est pour cela que nous placerons après le tranfo une résistance de charge de 150K, laquelle, à travers le transformateur sera "reflétée" comme une charge de 1500R sur l'entrée du préampli. CQFD
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offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
Nous pouvons à présent éclaircir l'étage actif...
Il s'agit dans le Midnight MicPre d'un Amplificateur Opérationnel de très bonne facture, un OPA134. Celui-ci est monté en amplificateur non inverseur. L'entrée audio se fait donc sur l'entrée non inverseuse (+). L'entrée inverseuse (-) quant à elle est reliée à la sortie (contre réaction négative) avec un diviseur de tension.
Le gain sera réglé simplement par le rapport des 2 résistances :
R sera fixe, et nous ferons varier Rg avec un potentiomètre de manière à ajuster le gain du préampli.
Dans le Midnight MicPre original, la résistance Rg était commuté par un switch rotatif. L'avantage est de pouvoir appairer le gain entre plusieurs préamplis, mais l'inconvénient est la complexité du câblage, et le coût d'un tel switch.
J'ai donc opté ici pour un potentiomètre. Voici le schéma final de la partie active du préampli :
Il s'agit dans le Midnight MicPre d'un Amplificateur Opérationnel de très bonne facture, un OPA134. Celui-ci est monté en amplificateur non inverseur. L'entrée audio se fait donc sur l'entrée non inverseuse (+). L'entrée inverseuse (-) quant à elle est reliée à la sortie (contre réaction négative) avec un diviseur de tension.
Le gain sera réglé simplement par le rapport des 2 résistances :
R sera fixe, et nous ferons varier Rg avec un potentiomètre de manière à ajuster le gain du préampli.
Dans le Midnight MicPre original, la résistance Rg était commuté par un switch rotatif. L'avantage est de pouvoir appairer le gain entre plusieurs préamplis, mais l'inconvénient est la complexité du câblage, et le coût d'un tel switch.
J'ai donc opté ici pour un potentiomètre. Voici le schéma final de la partie active du préampli :
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offenbach
7192
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Membre depuis 17 ans
2. Ajout de l'entrée D.I.
Il ne nous reste plus qu'à évoquer cette fameuse entrée D.I.
De quoi s'agit-il exactement ? Si on connecte une basse ou une guitare directement sur une entrée micro (ou entrée ligne...) le rapport de 10 que nous avons évoqué plus haut pour une bonne adaptation d'impédance en tension ne sera pas respectée. Sachant que la sortie des bobinages d'une basse ou d'une guitare tourne autour 5 à 10K en général. Sur une entrée à 1K5 de notre entrée micro on est loin du compte... Il nous faudrait une entrée ayant une impédance au moins égale à 50K ou 100K...
Hors nous avons fixé l'impédance d'entrée de notre étage actif à 150K. C'est donc à ce point-là qu'il faudra connecter l'entrée instrument ! Finalement, l'ajout de cette entrée D.I. ne necessite pas d'autre composant que le jack lui-même
L'usage en général c'est d'utiliser un jack avec coupure automatique : quand rien n'est branché le signal traverse le jack, et lorsqu'un connecteur est inséré, c'est lui qui prend le dessus. Ainsi lorsqu'on branchera une basse ou une guitare sur la prise D.I., l'entrée micro sera automatiquement désactivée.
Il ne nous reste plus qu'à évoquer cette fameuse entrée D.I.
De quoi s'agit-il exactement ? Si on connecte une basse ou une guitare directement sur une entrée micro (ou entrée ligne...) le rapport de 10 que nous avons évoqué plus haut pour une bonne adaptation d'impédance en tension ne sera pas respectée. Sachant que la sortie des bobinages d'une basse ou d'une guitare tourne autour 5 à 10K en général. Sur une entrée à 1K5 de notre entrée micro on est loin du compte... Il nous faudrait une entrée ayant une impédance au moins égale à 50K ou 100K...
Hors nous avons fixé l'impédance d'entrée de notre étage actif à 150K. C'est donc à ce point-là qu'il faudra connecter l'entrée instrument ! Finalement, l'ajout de cette entrée D.I. ne necessite pas d'autre composant que le jack lui-même
L'usage en général c'est d'utiliser un jack avec coupure automatique : quand rien n'est branché le signal traverse le jack, et lorsqu'un connecteur est inséré, c'est lui qui prend le dessus. Ainsi lorsqu'on branchera une basse ou une guitare sur la prise D.I., l'entrée micro sera automatiquement désactivée.
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