Le projet est de construire un ampli pour guitare de haute qualité, en m’appuyant sur les réalisations précédentes, avec des composants spécifiques à l’audio et des schémas éprouvés, sans m’interdire d’y apporter des nouveautés inédites. Je l’ai appelé « Ultime ».
(la photo ci-contre, c’est celle du dernier ampli, pas du prochain évidemment puisqu’il est en projet ! 😉
Cahier des Charges
Je désire un ampli de haute qualité, de puissance raisonnable, et moins volumineux que les précédents. Sans aucune concession sur la qualité, en utilisant les composants électroniques les plus performants, avec des schémas efficaces, éprouvés et parfois innovants si besoin.
Ayant déjà fabriqué de nombreux amplis pour guitare ou pour systèmes audio domestiques, je compte m’appuyer sur cette expérience pour en retenir les meilleurs éléments et éliminer ce qui est de moindre qualité.
– Matériau :
Pour le coffret, je choisis un bois brut, d’aspect naturel, autorisant un usinage propre et sans éclats. Ce choix exclut les résineux tels que le pin, le sapin, l’épicéa, essences très courante dans les magasins de bricolage. J’ai trouvé un fournisseur de bois de lutherie qui m’a proposé du frêne, ce sera donc du frêne ! Il me l’a envoyé découpé et dégauchi, il me reste à assembler les morceaux. L’ensemble devant être de dimensions réduites, j’ai limité l’épaisseur du bois à 16 mm ce qui allègera encore le tout.
– Préampli :
le schéma de préampli utilisé dans mes dernières réalisations ayant donné toute satisfaction, je décide de le reconduire, moyennant quelques adaptations marginales.
– Ampli :
ici encore, le schéma d’application du TDA7293 me convient bien, on ne change pas une équipe qui gagne !
– Haut-parleur :
Pour réduire l’encombrement sans perdre la qualité du son et la pêche, je recherche un haut-parleur spécial guitare, de 10 pouces au lieu de 12, avec un rendement d’au moins 95 dB, dans une marque reconnue pour sa qualité : ce sera Celestion, Eminence ou Jensen.
– Les options intégrées :
- Distorsion, Saturation Je souhaite intégrer dans ce projet la possibilité d’avoir, en plus de l’effet clair, une saturation de profondeur réglable. Plutôt que de placer deux canaux comme on le trouve sur certains modèles, je préfère un seul canal sur lequel un commutateur permet de passer d’un effet à l’autre. Je verrai au fil de la conception si j’ajoute ou non la possibilté de commuter à distance avec une pédale.
- Réverbération C’est un effet incontournable sur un ampli guitare. La plupart des premiers modèles intégraient une réverbération à ressorts. Mon choix s’est porté sur un modèle numérique moins encombrant et plus facile à mettre en oeuvre. Je prévois la possibilité de réglage de la profondeur de l’effet par un simple bouton rotatif.
- Sortie symétrique. Je souhaite avoir la possibilioté de brancher la sortie du préampli sur une console de mixage, qui pourra être assez distante et nécessitera donc un signal symétrique.
- Sortie casque. Indispensable pour jouer seul sans déranger les voisins ! Ce sera un simple atténuateur commuté juste avant le haut-parleur par l’introduction du casque dans la prise.
- Boucle d’insert. Une innovation pour moi dans ce domaine, en offrant la possibilité d’introduire une boucle d’effets après le préampli et le correcteur, donc après l’éventuelle saturation qui doit toujours rester en début de chaîne d’effet.
Caractéristiques générales de l'ampli guitare
- puissance : 50W RMS
- une entrée guitare sur jack 6,35mm avec commutation clean/crunch
- réglages : Taux de saturation / gain / grave / medium / aigu / volume / reverb
- sortie casque sur jack 6,35 mm avec coupure du HP
- sortie « ligne » symétrique sur RCA et XLR
- alimentation par transfo torique 230v/2x22v, 150VA.
- Protections :
- sécurité thermique et électrique intégrées au TDA7293
- mise en service retardée du HP (anti-cloc)
- 8 coins de protection
- grille métallique pour le haut-parleur.
- couvercle amovible par 2 vis six pans creux
- dimensions hors-tout (l x h x p) : 352 x 352 x 220) mm.
- poignée de transport
Fabriquer cet ampli, ça vous tente ?
C’est parti !
La section qui suit vous permettra de fabriquer cet ampli de A à Z,
en mettant à votre disposition :
- Tous les schémas électroniques, avec les valeurs de chaque composant. ;
- les dessins d’implantation des composants de chaque module ;
- les masques de tous les circuits imprimés (typons) ;
- Les explications pour chaque module ;
- les méthodes de fabrication tant pour la partie ébénisterie que la partie électronique.
- NB : La fabrication des circuits imprimés est très facile et moins coûteuse qu’on pourrait le croire !
- Voir pour cela mon article sur le processus de fabrication de mes circuits imprimés de manière très artisanale, à faible coût mais très efficace !)
1. Les schémas électroniques
1. Le préampli
Un préampli spécial guitare qui pourra dévoiler toutes ses qualités en choisissant des composants adaptés à l’audio : résistances métalliques, condensateurs polyester MKP et mica argenté pour les petites valeurs, condensateurs chimiques à très faible impédance pour les condensateurs polarisés.
On notera qu’un condensateur non-polarisé de faible valeur est adjoint systématiquement à chaque condensateur chimique polarisé.
L’ amplificateur opérationnel sera un NE5534 qui est vraiment LA référence en matière d’audio, avec des caractéristiques à très faible bruit.
Modifications et améliorations
Par rapport à l’ampli guitare précédent, j’ai ajouté quelques éléments comme mentionné dans le cahier des charges.
- le module de saturation. Il est inséré à la place de la résistance de contre-réaction, entre les broches 2 et 1 de CI1-A. Un interrupteur bascule de la position « clean » à la position « crunch ».
- En position « Clean », la boucle de contre-réaction est constituée de P1 et R3, simple amplification de valeur réglable. Notons qu’en tournant P1 au maximum, on obtient un tout début de saturation, si le micro de la guitare est à haut niveau ou lui-même déjà amplifié (micro actif). Ce procédé permet d’adapter le gain du préampli au niveau de sortie de la guitare, qui peut être électrique ou électroacoustique.
- En position « crunch », le couple résistif P1 – R3 est court-circuité. Une saturation douce est apportée par les LEDs L1 et L2 montées tête-bêche, un classique. C’est alors P2 qui ajuste le gain, c’est-à-dire ici la profondeur de saturation.
- Le commutateur bascule en même temps un deuxième circuit qui met en fonction la LED L3 en série avec R12, indiquant la mise en service de l’effet de saturation (crunch)
- la boucle « send/return ». C’est la boucle d’insertion d’effet. Elle est insérée entre la sortie du correcteur de fréquences et l’entrée de l’étage de sortie du préamplificateur.
- Si on branche la prise « send » vers l’entrée d’une chaîne d’effets (flanger, phaser, chorus, écho …) et la prise « return » à la sortie de cette chaîne, le signal traverse d’abord Rs et Cs, puis la série d’effets, puis revient par « return » et traverse une cellule de filtrage (Rr1-Cr1-Cr2-Rr2) avant d’attaquer l’étage final du préamplificateur. Les diodes Zener de 3,3v montées en opposition permettent une limitation du signal, précaution indispensable pour éviter la saturation de CI1-B quand les modules extérieurs d’effets ont un niveau de sortie excessif.
2. L’alimentation du préampli
La tension d’entrée est prélevée à la sortie de l’alimentation de l’ampli ±35v. Les diodes Zener 15v limitent le différentiel entre les tensions d’entrée et de sortie des régulateurs, donc la puissance qu’ils auront à dissiper.
Le condensateurs de 2200µF est doublé en parallèle par un modèle non-polarisé, de préférence MKT, d’une centaine de nanofarads.
Le reste du schéma est très classique, c’est une application des régulateurs ajustables LM317 et LM337. La tension régulée est ajustée par le pont diviseur constitué de R2 et l’ajustable de 4,7 kΩ. La tension de ±15v en sortie doit être le plus symétrique possible, l’ajustement se fait grâce aux trimmers 4,7 kΩ 25 tours qui permettent un réglage très précis sur chaque régulateur. On effectuera cet ajustement au voltmètre avant la mise en service du préamplificateur.
Fabrication des circuits imprimés
C’est très facile et moins coûteux qu’on pourrait le croire ! Voir pour cela mon article sur le processus de fabrication de mes circuits imprimés de manière très artisanale, à faible coût mais très efficace !)
3. L’ampli
Ce schéma est pratiquement le même que celui donné par le constructeur du TDA7293.
Dans les notes d’application, le constructeur indique une variante du système de standby/mute qui permet de temporiser la mise en service de la sortie lors de la mise sous tension, évitant d’envoyer un bruit dans le haut-parleur. C’est le rôle du réseau R6-D1. Ajouté au système d’origine R5-C3, il retarde la mise à 1 de la broche 10 lors de la mise sous tension, ce qui maintient le mode MUTE environ 2 secondes. R4-C4 font de même avec le mode STBY (standby).
J’ai aussi ajouté un système pour gérer automatiquement le mode MUTE. Ainsi, l’ampli reste absolument silencieux tant qu’aucune guitare n’est branchée. Pour cela, j’utilise la broche de coupure de la prise jack, qui met les broches 9 et 10 à la masse, donc en mode MUTE, quand la guitare n’est pas branchée. R7 évite le court-circuit entre la masse et le +32v. Le fait de brancher une guitare permet aux broches 9 et 10 de passer progressivement au potentiel +32v, ce qui désactive le mode silencieux.
Autre modification, j’ai augmenté les valeurs des condensateurs C6 et C8 (donnés à 1000 µF), à 4700 µF pour assurer un meilleur filtrage d’alimentation.
4. L’alimentation de l’ampli
L’alimentation est souvent un élément trop négligé par les producteurs d’amplificateurs d’entrée de gamme — et même de moyenne gamme ! — souvent pour des raisons économiques. Or, la qualité d’un ampli se juge aussi sur sa dynamique. C’est essentiellement l’alimentation qui va donner cette dynamique. Les éléments essentiels sont aussi les plus coûteux : le transformateur et les condensateurs de filtrage. Pour un amplificateur terminé, le coût de l’alimentation est souvent très supérieur à la moitié du coût global.
- Le transformateur : Il doit pouvoir fournir une puissance double de celle souhaitée pour l’ampli. Pour un ampli à TDA7293 donné pour 100W, on peut attendre 75 watts réels, il faut donc un transfo de 150 VA. On choisira un modèle spécial audio, soit de type « R », soit torique. L’alimentation étant symétrique, il faut un double bobinage, ou avec un point milieu qui sera relié à la masse.
- Le pont redresseur : Pour éviter les surprises, prendre une bonne marge de sécurité avec un modèle supportant des courants de 6A sous de fortes tensions. On trouve parfois des schémas audiophiles avec un condensateur d’une dizaine de nanofarads en parallèle sur chaque diode. Il serait facile de les ajouter ici sans de trop grandes modifications.
- Les condensateurs de filtrage : Il est très important de choisir de fortes capacités pour avoir une bonne réserve de courant lors des appels de puissance. 4700µF pour les condensateurs chimiques est un minimum, on peut aller jusqu’à dix fois plus, en gardant toujours un condensateur non-polarisé de quelques centaines de nanofarads en parallèle pour améliorer les transitoires.
- On peut améliorer la stabilité et limiter les risques de bruits de masse en isolant la terre du secteur et la masse de l’ensemble par une résistance de faible valeur ohmique (10Ω / 1W)
5. La réverbération
Schéma réalisé à partir de celui de ma pédale de réverbération, qui comprenait 3 réglages : la durée, la profondeur de l’effet, et la tonalité.
J’ai simplifié le schéma pour n’avoir qu’un seul réglage : plus ou moins de réverbération dans le signal. J’ai donc supprimé le réglage de tonalité en supprimant un condensateur et une résistance. Pour supprimer le réglage de durée de la traînée, j’ai procédé par essais successifs avec une résistance ajustable ; j’ai mesuré la valeur donnant l’effet qui me semblait le plus adapté. La valeur correspondante était d’environ 3 kΩ. J’ai donc remplacé le potentiomètre entre les broches 7 et 8 par une résistance fixe de 3,3 kΩ. (Rr). Chacun pourra modifier cette valeur selon ses goûts !
J’ai dû également modifier l’alimentation pour qu’elle utilise les 15 volts disponibles dans l’ampli. Il fallait pour cela garder le régulateur de 5v pour le BTDR-3 et créer un point milieu pour les amplificateurs opérationnels. C’est chose faite avec le pont diviseur Ra-Rb. La stabilisation est assurée par C1.
6. Le module « anti-plop »
Le circuit de mute/standby prévu sur le TDA7293 ne me satisfaisait pas entièrement, il subsistait un bruit assez conséquent à la mise sous tension. J’ai donc ajouté ce petit module pour retarder franchement la connexion de la sortie de l’ampli au haut-parleur. De plus, en prenant un interrupteur double pour le bouton marche/arrêt, on utilise le second circuit pour couper le haut-parleur quand on éteint l’ampli. On évite ainsi le bruit de décroissance de signal pas toujours agréable, pendant les quelques secondes qui suivent l’extinction de l’ampli.
On peut intercaler entre la sortie (amp out) et le haut-parleur le deuxième circuit de l’interrupteur marche/arrêt, ce qui permet de couper le haut-parleur dès l’extinction de l’ampli.
Fonctionnement :
Le montage est alimenté en alternatif, directement par le secondaire du transformateur.
La diode D1 effectue un redressement monoalternance, suffisant pour la polarisation des transistors, montés en darlington pour un gain plus élevé et donc un courant suffisant pour faire coller la bobine du relais.
R1 limite le courant dans la bobine du relais et C1 stabilise la tension.
Au repos, le relais est ouvert (contact Repos activé) le haut-parleur est déconnecté de la sortie de l’ampli.
R2-C2 constituent la cellule de retard. À la mise sous tension, C2 est déchargé, la base du transistor T1 est donc à zéro volt, il est bloqué. Aucun courant ne circule dans la bobine du relais, qui reste en position Repos, le haut-parleur est coupé. La constante de temps fixée par R2-C2 permet à C2 de se charger lentement jusqu’à atteindre les 0,7 v nécessaires à la mise en conduction de T1. Un courant peut alors s’établir dans le circuit de collecteur à travers la bobine du relais, qui bascule en position Travail, et établit le contact entre la sortie de l’ampli et le haut-parleur.
D2 est la diode de roue libre, qui détourne le courant de relâchement de la bobine quand on coupe le courant, épargnant ainsi les transistor d’une importante surtension.
On peut augmenter le temps de retard en augmentant la valeur de R2, ou inversement en la diminuant. La valeur sur le schéma donne un retard d’environ 1,5 seconde, ce qui est suffisant pour s’assurer que le pic de courant, produit à la mise sous tension, est passé.
7. L’atténuateur de signal (prise casque)
La prise Jack de sortie casque est un modèle à coupure 1 RT
L’atténuation se fait par un pont de résistances de puissance. On a ici un rapport de 1 à 10, on peut prévoir plus si on craint pour ses oreilles mais en principe c’est bon en jouant sur le volume de sortie de l’ampli.
L’atténuateur est mis en fonction quand on introduit le connecteur jack du casque. Quand aucun casque n’est branché, le signal venant de l’ampli est dirigé vers le haut-parleur.
Le câblage des 2 résistances se fait directement sur le jack, pas besoin d’un circuit imprimé.
Si on le désire, on peut utiliser un interrupteur manuel à la place du jack à coupure, ou encore laisser le signal se diriger vers le casque et le haut-parleur en même temps.
2. Les circuits imprimés
1. Le préampli et son alimentation
Le circuit imprimé est inspiré de celui de l’ampli précédent. Pour limiter le nombre de modules périphériques et le donc le nombre de câbles de liaison, j’ai choisi de placer sur la même plaque de circuit imlprimé :
- le connecteur de la LED de mise en fonction ;
- le connecteur du voyant de mise en fonction de la saturation ;
- les composants permettant l’effet de saturation ;
- le circuit complet de la réverbération.
Les 2 régulateurs (LM317 – LM337) sont munis chacun d’un petit dissipateur fabriqué dans une cornière alu. Simple précaution, au cas où. Mais en principe les courants en jeu ne sont pas très importants et l’échauffement devrait être minime.
Le potentiomètre de taux de saturation est à l’extérieur, de même que la boucle send/return qui fait l’objet d’un circuit imprimé à part.
Concernant la réverbération, le BTDR-3 est positionné côté cuivre, enfiché dans un connecteur 10 broches alignées, soudé au circuit imprimé. Le potentiomètre est situé à la même distance de celui de volume que les autres potentiomètres, pour garder le même pas sur l’ensemble de la façade.
2. La boucle « Send / Return »
Le circuit imprimé de ce module accueille les deux jacks et les composants traversés par le signal entre la sortie du potentiomètre de volume et l’entrée non-inverseuse de l’étage final.
3. L’ampli, le module anti-plop et le symétriseur de sortie
Pour gagner de la place et ne pas multiplier le nombre de modules et les câblages qui les relient, j’ai choisi de placer sur le même ciruit imprimé :
- le module amplificateur
- le module « anti-plop »
- le symétriseur de sortie.
Ainsi, l’ensemble sera plus compact et nécessitera moins de câbles de liaison, souvent sources de problèmes.
L’interrupteur général de mise sous tension étant à double circuit, on peut intercaler entre la sortie de l’ampli et le haut-parleur le deuxième circuit de cet interrupteur, ce qui permet de couper le haut-parleur dès l’extinction de l’ampli.
Concernant l’ampli à TDA7293, j’ai ajouté un trimmer en entrée pour limiter le niveau, de manière à ce que la puissance en sortie ne dépasse pas celle que le haut-parleur peut encaisser. Un dissipateur thermique conséquent est indispensable, avec son kit de fixation/isolation électrique.
4. L’alimentation de l’ampli
