Conception du Midnight Voice Channel Strip !!
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offenbach
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Membre depuis 18 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 !
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[ Dernière édition du message le 25/08/2019 à 17:11:03 ]
offenbach
7192
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Membre depuis 18 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 22 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 18 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 18 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 18 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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offenbach
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Membre depuis 18 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
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Membre depuis 18 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
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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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[ Dernière édition du message le 25/08/2019 à 19:12:25 ]
offenbach
7192
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Membre depuis 18 ans
Voilà pour le préampli. Ce design est éprouvé et fonctionne parfaitement bien.
Nous attaquerons donc bientôt la conception du compresseur, qui lui est un peu plus complexe mais rien d'impossible non plus !!
A suivre très très vite !
Nous attaquerons donc bientôt la conception du compresseur, qui lui est un peu plus complexe
mais rien d'impossible non plus !!A suivre très très vite !
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offenbach
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Membre depuis 18 ans
Bonsoir,
Nous allons ce soir commencer à parler de la conception du compresseur.
Quand on parle compression, on sait qu'il existe pas mal de technologies différentes qui peuvent être utilisées : opto, FET, Zener, Vari-Mu, VCA... Chaque technologie possède ses particularités, on pourrait même dire sa "signature sonore"...
Pour ma conception, je voulais trouver quelque chose de pas trop complexe à mettre en oeuvre, et capable de donner de très bons résultats. J'ai donc opté pour un compresseur VCA. J'ai déjà pas mal expérimenté autour de l'opto qui peut être aussi très chouette, mais possède un côté moins facilement prédictible à cause de l'optocoupleur. le FET nécessite un circuit assez complexe de compensation pour ne pas être bruyant, c'est pareil avec les ponts de diode (j'ai quelques expériences de ce côté là qui sont très probantes ! mais c'est pour maintenir un rapport Signal/Bruit décent que c'est compliqué...). Le Vari-Mu nécessite des tubes, grosses alims, transfos, etc... bref trop coûteux et trop dangereux pour le DIY débutant !
Le VCA est donc la technologie la plus appropriée pour ce projet. On décrit souvent les compresseurs VCA comme très précis, détaillés, manquant parfois de chaleur... Moi, selon mes nombreuses expériences avec cette technologie, je peux vous garantir que tout est dans la manière de le mettre en oeuvre ! Ce qui est fabuleux avec un VCA, c'est qu'outre la couleur que lui-même va apporter, la façon dont on va définir les constantes de temps, l'adoucissement de l'accrochage du seuil, et la topologie générale du compresseur, on peut obtenir des résultats allant vraiment d'un extrême à l'autre, allant d'une compression ultra douce et transparente, à un effet "in the face" très prononcé, en passant par un limiteur bien coloré... Qu'on pense à un SSL Bus compresseur, un API2500, un dbx160... des personnalités si différentes, mais toujours sur un VCA
Nous allons ce soir commencer à parler de la conception du compresseur.
Quand on parle compression, on sait qu'il existe pas mal de technologies différentes qui peuvent être utilisées : opto, FET, Zener, Vari-Mu, VCA... Chaque technologie possède ses particularités, on pourrait même dire sa "signature sonore"...
Pour ma conception, je voulais trouver quelque chose de pas trop complexe à mettre en oeuvre, et capable de donner de très bons résultats. J'ai donc opté pour un compresseur VCA. J'ai déjà pas mal expérimenté autour de l'opto qui peut être aussi très chouette, mais possède un côté moins facilement prédictible à cause de l'optocoupleur. le FET nécessite un circuit assez complexe de compensation pour ne pas être bruyant, c'est pareil avec les ponts de diode (j'ai quelques expériences de ce côté là qui sont très probantes ! mais c'est pour maintenir un rapport Signal/Bruit décent que c'est compliqué...). Le Vari-Mu nécessite des tubes, grosses alims, transfos, etc... bref trop coûteux et trop dangereux pour le DIY débutant !
Le VCA est donc la technologie la plus appropriée pour ce projet. On décrit souvent les compresseurs VCA comme très précis, détaillés, manquant parfois de chaleur... Moi, selon mes nombreuses expériences avec cette technologie, je peux vous garantir que tout est dans la manière de le mettre en oeuvre ! Ce qui est fabuleux avec un VCA, c'est qu'outre la couleur que lui-même va apporter, la façon dont on va définir les constantes de temps, l'adoucissement de l'accrochage du seuil, et la topologie générale du compresseur, on peut obtenir des résultats allant vraiment d'un extrême à l'autre, allant d'une compression ultra douce et transparente, à un effet "in the face" très prononcé, en passant par un limiteur bien coloré... Qu'on pense à un SSL Bus compresseur, un API2500, un dbx160... des personnalités si différentes, mais toujours sur un VCA
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[ Dernière édition du message le 26/08/2019 à 20:01:28 ]
offenbach
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Membre depuis 18 ans
C. Le compresseur
1. Topologie du compresseur
Un compresseur n'est finalement qu'un amplificateur dont le gain sera modulé par le niveau du signal lui-même. Il y a donc 2 parties distinctes dans un compresseur : le circuit audio (qui va amplifier le signal avec un gain variable), et le circuit du Side chain (qui va mesurer le niveau du signal, et définir en fonction quel gain sera appliqué au signal).
Il y a 2 topologies qui sont utilisées pour réaliser un compresseur. On parle de Feedforward ou de Feedback selon qu'on va prélever le signal à mesurer à l'entrée du compresseur ou en sortie :
C'est sans doute le choix de la topologie qui est le plus primordial dans la manière dont va sonner le compresseur.
Dans mon cas je voulais créer une compression plutôt douce et chaleureuse, idéale pour une voix par exemple. Pour obtenir ce côté plus "typé" vintage dans le comportement du compresseur je me suis tourné vers un compresseur Feedback. Il s'agit là d'un choix très personnel pour ce qui me semble le plus en adéquation avec le son que je cherche à obtenir.
Il important de comprendre que lorsqu'on conçoit une machine audio, il y a des choses qui sont dictées par les lois physiques, et d'autres qui sont des choix personnels. Nous aurions très bien pu réaliser un compresseur Feedforward. Le schéma en aurait été radicalement différent et le son aussi !
1. Topologie du compresseur
Un compresseur n'est finalement qu'un amplificateur dont le gain sera modulé par le niveau du signal lui-même. Il y a donc 2 parties distinctes dans un compresseur : le circuit audio (qui va amplifier le signal avec un gain variable), et le circuit du Side chain (qui va mesurer le niveau du signal, et définir en fonction quel gain sera appliqué au signal).
Il y a 2 topologies qui sont utilisées pour réaliser un compresseur. On parle de Feedforward ou de Feedback selon qu'on va prélever le signal à mesurer à l'entrée du compresseur ou en sortie :
C'est sans doute le choix de la topologie qui est le plus primordial dans la manière dont va sonner le compresseur.
Dans mon cas je voulais créer une compression plutôt douce et chaleureuse, idéale pour une voix par exemple. Pour obtenir ce côté plus "typé" vintage dans le comportement du compresseur je me suis tourné vers un compresseur Feedback. Il s'agit là d'un choix très personnel pour ce qui me semble le plus en adéquation avec le son que je cherche à obtenir.
Il important de comprendre que lorsqu'on conçoit une machine audio, il y a des choses qui sont dictées par les lois physiques, et d'autres qui sont des choix personnels. Nous aurions très bien pu réaliser un compresseur Feedforward. Le schéma en aurait été radicalement différent et le son aussi !
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2. Principes du VCA et détecteur RMS (log vs linéraire...)
Le VCA, quésaquo ? Voltage Controled Amplifier. Il s'agit d'un amplificateur dont le gain est contrôlé par une tension.
Regardons ce graphique :
La courbe verte représente par exemple notre signal d'entrée (sinus à 1KHz)
La courbe bleue le signal de commande (sinus à 100Hz)
La courbe jaune représente la sortie du VCA : on retrouve notre signal d'entrée, mais l'amplitude est modifiée en fonction du signal bleu de commande.
On peut réaliser un VCA à partir de transistors... Mais il en existe de tout fait et très performant pour l'audio
C'est la société dbx qui dans le temps a développé cette technologie pour les compresseurs, mais à présent c'est THAT Corp. qui a reprit le flambeau.
A présent que nous savons comment faire varier l'amplitude du signal avec le VCA, il nous faut trouver comment produire la tension de commande !
C'est là qu'entre en jeu un circuit important : le circuit de détection de niveau RMS.
Le signal électrique qui représente le son est par nature alternatif. Donc la tension du signal change en permanence, et sa valeur moyenne est quasiment tout le temps nulle puisqu'il y a en général autant d’occurrence positive que négative. Alors comment avoir une idée précise du niveau du signal ? C'est là que la notion de RMS intervient.
Un signal électrique, quelque soit sa nature (alternatif ou pas...) va produire, sur un temps donné, une certaine dissipation d'énergie dans une résistance. On définit la valeur RMS d'une tension alternative comme la valeur fixe de tension qu'il faudrait appliquer sur cette même résistance pour produire la même dissipation d'énergie pendant le même temps.
Sans rentrer dans des considérations mathématiques trop abstraites (qu'on trouve d'ailleurs facilement sur internet en cherchant valeur efficace, RMS...) on peut simplement noter qu'il s'agit d'une sorte de moyenne du signal, mais non pas directement la moyenne de la valeur instantanée, mais la racine carré de la moyenne du carré de la valeur instantanée, sur un temps donné, une période du signal par exemple.
Dans certains cas particuliers, on peut simplifier les mathématiques de cette façon :
- la valeur RMS d'une sinusoïde d'amplitude maximum A est tout simplement A/√(2)
- dans le cas d'un signal triangulaire la valeur RMS du signal est A/√(3)
- pour un signal carré, la valeur RMS est identique à la valeur instantanée. En effet un signal carré n'est qu'une alternance de tensions continues : la moitié du temps à la valeur A, l'autre moitié à la valeur -A. La dissipation d'énergie dans une résistance n'est pas affectée par le sens du courant, ou la polarité de la tension... Donc au final c'est équivalent à une tension continue constante de valeur A.
Si la nature du signal entrant dans le détecteur de niveau RMS était connue (par exemple sinusoïde pure, ou triangle....), il serait alors très facile d’appliquer un coefficient (√(2) ou √(3)...) à la valeur de crête mesurée pour obtenir la valeur RMS.
Malheureusement ce cas est assez rare, et n'arrive pour ainsi dire jamais ! La musique serait bien triste si elle n'était que pure sinusoïde ou triangle !!....
On voit bien alors la nécessité d'un circuit spécifique pour réaliser cette mesure du niveau RMS. On peut réaliser un tel circuit avec des diodes, des condensateurs, etc... Mais là encore THAT corp. nous simplifie la tâche, en produisant un circuit intégré capable de produire une tension continue proportionnelle au niveau RMS mesuré en dB sur l'entrée !
Le THAT 4305 contient dans un seul boitier à la fois un détecteur RMS et un VCA faciles à mettre en oeuvre. Ce composant est donc parfait pour notre projet !
La suite au prochain épisode
Le VCA, quésaquo ? Voltage Controled Amplifier. Il s'agit d'un amplificateur dont le gain est contrôlé par une tension.
Regardons ce graphique :
La courbe verte représente par exemple notre signal d'entrée (sinus à 1KHz)
La courbe bleue le signal de commande (sinus à 100Hz)
La courbe jaune représente la sortie du VCA : on retrouve notre signal d'entrée, mais l'amplitude est modifiée en fonction du signal bleu de commande.
On peut réaliser un VCA à partir de transistors... Mais il en existe de tout fait et très performant pour l'audio
C'est la société dbx qui dans le temps a développé cette technologie pour les compresseurs, mais à présent c'est THAT Corp. qui a reprit le flambeau.
A présent que nous savons comment faire varier l'amplitude du signal avec le VCA, il nous faut trouver comment produire la tension de commande !
C'est là qu'entre en jeu un circuit important : le circuit de détection de niveau RMS.
Le signal électrique qui représente le son est par nature alternatif. Donc la tension du signal change en permanence, et sa valeur moyenne est quasiment tout le temps nulle puisqu'il y a en général autant d’occurrence positive que négative. Alors comment avoir une idée précise du niveau du signal ? C'est là que la notion de RMS intervient.
Un signal électrique, quelque soit sa nature (alternatif ou pas...) va produire, sur un temps donné, une certaine dissipation d'énergie dans une résistance. On définit la valeur RMS d'une tension alternative comme la valeur fixe de tension qu'il faudrait appliquer sur cette même résistance pour produire la même dissipation d'énergie pendant le même temps.
Sans rentrer dans des considérations mathématiques trop abstraites (qu'on trouve d'ailleurs facilement sur internet en cherchant valeur efficace, RMS...) on peut simplement noter qu'il s'agit d'une sorte de moyenne du signal, mais non pas directement la moyenne de la valeur instantanée, mais la racine carré de la moyenne du carré de la valeur instantanée, sur un temps donné, une période du signal par exemple.
Dans certains cas particuliers, on peut simplifier les mathématiques de cette façon :
- la valeur RMS d'une sinusoïde d'amplitude maximum A est tout simplement A/√(2)
- dans le cas d'un signal triangulaire la valeur RMS du signal est A/√(3)
- pour un signal carré, la valeur RMS est identique à la valeur instantanée. En effet un signal carré n'est qu'une alternance de tensions continues : la moitié du temps à la valeur A, l'autre moitié à la valeur -A. La dissipation d'énergie dans une résistance n'est pas affectée par le sens du courant, ou la polarité de la tension... Donc au final c'est équivalent à une tension continue constante de valeur A.
Si la nature du signal entrant dans le détecteur de niveau RMS était connue (par exemple sinusoïde pure, ou triangle....), il serait alors très facile d’appliquer un coefficient (√(2) ou √(3)...) à la valeur de crête mesurée pour obtenir la valeur RMS.
Malheureusement ce cas est assez rare, et n'arrive pour ainsi dire jamais ! La musique serait bien triste si elle n'était que pure sinusoïde ou triangle !!....
On voit bien alors la nécessité d'un circuit spécifique pour réaliser cette mesure du niveau RMS. On peut réaliser un tel circuit avec des diodes, des condensateurs, etc... Mais là encore THAT corp. nous simplifie la tâche, en produisant un circuit intégré capable de produire une tension continue proportionnelle au niveau RMS mesuré en dB sur l'entrée !
Le THAT 4305 contient dans un seul boitier à la fois un détecteur RMS et un VCA faciles à mettre en oeuvre. Ce composant est donc parfait pour notre projet !
La suite au prochain épisode
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offenbach
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Je vous propose de commencer par étudier de près ce composant, et nous verrons ensuite comment le mettre en oeuvre dans la conception de notre compresseur !
Voici le lien de la datasheet http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_4305_Datasheet.pdf
Tout ceci pourrait sembler aride et complexe à lire ! Mais nous allons y aller pas à pas et focaliser notre attention sur ce qui nous sera vraiment nécessaire, donc pas d'inquiétude
Voici le lien de la datasheet http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_4305_Datasheet.pdf
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Le THAT 4305 se présente sous cette forme :
Voyons tout de suite la manière dont il doit être utilisé préconisée par le fabricant :
Nous allons nous attarder un petit moment sur ce schéma "simplifié"...
* La partie gauche représente le VCA, à droite le détecteur RMS.
* Le VCA :
- le VCA ne prend pas une tension en entrée, mais un courant. Idem pour sa sortie. Pour convertir notre tension d'entrée en courant c'est très simple : une résistance ! c'est R3 qui va jouer ce rôle.
- En sortie il va nous falloir un convertisseur courant/tension, qui est en fait un bête montage d'un AOP en inverseur, mais sans la 1ere résistance. C'est l'amplificateur opérationnel U2 qui va se charger de cette tâche.
- Finalement si on fait abstraction du VCA, on retrouve le schéma classique d'un AOP monté en inverseur, donc le gain total est unitaire (à l'inversion de polarité près) :
(mais sachant que le VCA lui-même inverse aussi la polarité, au final le signal est à l'endroit )
- quelques mots sur les composants autour du VCA :
* R3 convertit la tension d'entrée en courant. Si R3 est faible, une tension donnée donnera un grand courant sur l'entrée du VCA. Au contraire une grande résistance pour la même tension donnera un plus petit courant. On ajuste donc la valeur de R3 en fonction du niveau d'entrée prévu. La valeur donnée de 20K est bien et fonctionnera pour nous sans soucis.
* C2 bloque toute composante continue qui pourrait subsister de l'étage précédent. C'est important car une tension continue à cet endroit peut largement détériorer les performances du VCA.
* C5 et R4 ont un rôle particulier... Elles établissent un circuit de compensation qui permet une meilleure stablilté du VCA. Cette compensation n'est pas nécessaire si R3 a une faible valeur (<5K). Dans notre cas avec R3 = 20K cette compensation est nécessaire.
* C3 est le condensateur habituel qui permet de limiter le gain de l'AOP à haute fréquence et évite que celui-ci puisse partir en oscillation !
* Voyons le Détecteur RMS !
- Comme pour le VCA, le Détecteur a besoin d'un courant en entrée. R1 se chargera de convertir la tension en courant, exactement comme R3 pour le VCA.
- C1 joue le même rôle : bloquer toute éventuelle composante continue qui fausserait le mesure RMS du signal !
- R5 représente la charge en sortie du détecteur, mais cette résistance sert ici surtout à "schématiser" la suite du montage, pour ne pas laisser la sortie du détecteur en l'air.
- C4 est une recommandation du constructeur pour éviter des fuites de courant dans la masse du circuit qui pourraient "baver" et s’entendre à d'autres endroits.
- Ctime est un condensateur qui va régler la constante de temps utilisé par le détecteur pour effectuer sa mesure RMS.
Le signal musical est imprévisible, mais malgrès tout on peut remarquer qu'à petite échelle (on va dire de l'ordre de 10 à 100ms) qu'il est toujours périodique et alternatif. On peut donc en première approximation modéliser ce signal par un signal sinusoïdal. Dans ce cas il nous suffira d'une seule période de l'onde pour déterminer le niveau RMS.
Donc la question est de savoir pendant combien de temps on demande au détecteur de faire sa mesure. Si on veut un résultat très précis il faut une constante de temps très courte. Mais dans ce cas aux basses fréquences la constante est si courte qu'elle ne couvre plus une période ! le résultat sera de la distorsion... La solution est de définir une constante de temps adaptée pour les plus basses fréquences qui nous seront utiles. Tout ceci peut se calculer, mais je vous épargne les formules
La valeur de 10uF répond à cette contrainte
Voyons tout de suite la manière dont il doit être utilisé préconisée par le fabricant :
Nous allons nous attarder un petit moment sur ce schéma "simplifié"...
* La partie gauche représente le VCA, à droite le détecteur RMS.
* Le VCA :
- le VCA ne prend pas une tension en entrée, mais un courant. Idem pour sa sortie. Pour convertir notre tension d'entrée en courant c'est très simple : une résistance ! c'est R3 qui va jouer ce rôle.
- En sortie il va nous falloir un convertisseur courant/tension, qui est en fait un bête montage d'un AOP en inverseur, mais sans la 1ere résistance. C'est l'amplificateur opérationnel U2 qui va se charger de cette tâche.
- Finalement si on fait abstraction du VCA, on retrouve le schéma classique d'un AOP monté en inverseur, donc le gain total est unitaire (à l'inversion de polarité près) :
(mais sachant que le VCA lui-même inverse aussi la polarité, au final le signal est à l'endroit
)- quelques mots sur les composants autour du VCA :
* R3 convertit la tension d'entrée en courant. Si R3 est faible, une tension donnée donnera un grand courant sur l'entrée du VCA. Au contraire une grande résistance pour la même tension donnera un plus petit courant. On ajuste donc la valeur de R3 en fonction du niveau d'entrée prévu. La valeur donnée de 20K est bien et fonctionnera pour nous sans soucis.
* C2 bloque toute composante continue qui pourrait subsister de l'étage précédent. C'est important car une tension continue à cet endroit peut largement détériorer les performances du VCA.
* C5 et R4 ont un rôle particulier... Elles établissent un circuit de compensation qui permet une meilleure stablilté du VCA. Cette compensation n'est pas nécessaire si R3 a une faible valeur (<5K). Dans notre cas avec R3 = 20K cette compensation est nécessaire.
* C3 est le condensateur habituel qui permet de limiter le gain de l'AOP à haute fréquence et évite que celui-ci puisse partir en oscillation !
* Voyons le Détecteur RMS !
- Comme pour le VCA, le Détecteur a besoin d'un courant en entrée. R1 se chargera de convertir la tension en courant, exactement comme R3 pour le VCA.
- C1 joue le même rôle : bloquer toute éventuelle composante continue qui fausserait le mesure RMS du signal !
- R5 représente la charge en sortie du détecteur, mais cette résistance sert ici surtout à "schématiser" la suite du montage, pour ne pas laisser la sortie du détecteur en l'air.
- C4 est une recommandation du constructeur pour éviter des fuites de courant dans la masse du circuit qui pourraient "baver" et s’entendre à d'autres endroits.
- Ctime est un condensateur qui va régler la constante de temps utilisé par le détecteur pour effectuer sa mesure RMS.
Le signal musical est imprévisible, mais malgrès tout on peut remarquer qu'à petite échelle (on va dire de l'ordre de 10 à 100ms) qu'il est toujours périodique et alternatif. On peut donc en première approximation modéliser ce signal par un signal sinusoïdal. Dans ce cas il nous suffira d'une seule période de l'onde pour déterminer le niveau RMS.
Donc la question est de savoir pendant combien de temps on demande au détecteur de faire sa mesure. Si on veut un résultat très précis il faut une constante de temps très courte. Mais dans ce cas aux basses fréquences la constante est si courte qu'elle ne couvre plus une période ! le résultat sera de la distorsion... La solution est de définir une constante de temps adaptée pour les plus basses fréquences qui nous seront utiles. Tout ceci peut se calculer, mais je vous épargne les formules
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Nounoutt'
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AFicionado·a
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Rémy M. (chimimic)
14262
Modérateur·trice thématique
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Citation de chimimic :
Bonjour Dominique,
as-tu prévu d'implanter le THAT4305 tel quel, ou par le biais d'un adaptateur DIL standard pour garder la compatibilité avec le THAT4301 (désormais obsolète, mais qu'on peut encore trouver) ?
Je vais l’implanter directement sur le PCB. A vrai dire l'inverse serait plus pertinent à mon sens :
- le 4301 nécessite pas mal de composant supplémentaire pour fonctionner, et comporte en son sein des AOP spécialisés dont un en particulier pour la conversion courant/tension en sortie du VCA. Donc utiliser un 4301 dans un circuit conçu pour un 4305 me semble être un peu dommage... Il faudrait en plus ajouter des composants pour régler la symétrie, etc.. ce qui n'est pas nécessaire avec la nouvelle puce. Le 4305 se trouve facilement. Le seul inconvénient est qu'il est en CMS. Mais on peut s'en sortir ! La preuve sans matériel spécifique j'ai réussi à l'installer sur mon PCB.
- réaliser un adaptateur à base de 4305 et quelques AOP serait plus intéressant pour remplacer le 4301 qui n'est plus fabriqué ! C'est la solution que j'envisage pour mon gros compresseur de Mastering dont le prototype a été monté avec un 4301. J'en parlerai sans doute le moment venu de celui-là
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Rémy M. (chimimic)
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Juste pour info :
https://www.sonelec-musique.com/electronique_realisations_clone-that4301-4305.html
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Formateur en techniques sonores ; électronicien ; auteur @ sonelec-musique.com
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j'aurais pu ( du ? ) rajouter
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[ Dernière édition du message le 27/08/2019 à 22:05:25 ]
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ED/ mauvaise saisie des balises.
Hit ! - THREAD "Le Rendez-vous des Belges". / THREAD "Les Conneries publiques" (anecdotes non musicales).
[ Dernière édition du message le 28/08/2019 à 00:26:00 ]
offenbach
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C'est super ça
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