Quel est l'intérêt d'un préampli?

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Je parle dans le contexte des amplis de guitare, mais je suppose que cette question est pertinente pour tout type d'amplificateur audio.

Très souvent, dans les schémas d'amplification, je vois deux étapes d'amplification - d'abord, le signal est amplifié en plus petite quantité par un circuit de préampli, puis amplifié à nouveau par un circuit d'amplification de puissance.

Cela me semble redondant. Quel est l'intérêt d'amplifier un signal en deux petits pas plutôt qu'en une seule amplification à gain supérieur?

Ma première pensée a été: cette amplification à plusieurs étages aide-t-elle à réduire le bruit indésirable du signal? Mais plus j'y pense, moins cela a du sens, car le deuxième étage amplifierait sûrement le bruit aussi.

amplifier preamp

— Jacob Garby
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Il y a aussi le problème du gain de bande passante produit. Pour un amplificateur donné, plus de gain signifie moins de bande passante. Si vous utilisez trop de gain dans une étape, vous limitez la bande passante de cette étape. Cela peut entraîner une distorsion - il faut du gain et de la bande passante pour que la rétroaction négative compense la distorsion.

— JRE

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Vous ne voulez pas que les courants élevés (vers le haut-parleur) se trouvent à proximité du signal d'entrée provenant du micro de la guitare ou des signaux du disque vinyle.

— analogsystemsrf

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Le premier amplificateur dans n'importe quel chemin de signal est généralement celui qui ajoute tout le bruit au signal. Le préampli doit donc être conçu de manière à éviter d'ajouter plus de bruit au signal que nécessaire. Généralement, les dispositifs et les techniques de conception à faible bruit sont incompatibles avec les dispositifs et les techniques de conception à haute puissance.

— mkeith

@mkeith Je pense que votre commentaire est la meilleure réponse générale que j'ai jamais vue à ce sujet. Combiné avec la réponse de Dave Tweed, tout cela a du sens en termes d'amplification de guitare.

— Todd Wilcox

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Je l'appellerais l'étage d'entrée, pas un préampli, à moins qu'il n'y ait des circuits de mixage et de contrôle de tonalité, qui répondent à votre question par eux-mêmes.

— user207421

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Dans l'équipement audio, il est utile de faire la plupart de la manipulation du signal à un niveau standard, connu sous le nom de "niveau de ligne". Cela inclut le mixage, l'égalisation, la compression, etc.

Certaines sources de signaux (microphones, micros de guitare, etc.) ne produisent pas intrinsèquement des sorties de niveau ligne, donc un préamplificateur est utilisé pour amplifier le signal à ce niveau. Certaines sources de signaux (tourne-disques) nécessitent non seulement un boost, mais également une égalisation spéciale pour aplatir la réponse en fréquence.

Ensuite, une fois le traitement du signal terminé, un deuxième amplificateur de "puissance" est utilisé pour piloter le ou les haut-parleurs.

Ce type de modularité permet de mélanger et d'adapter librement les sources de signal, les étapes de traitement et différents types d'enceintes.

— Dave Tweed
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Dans le cas où quelqu'un en aurait besoin au niveau le plus simple pour les amplis de guitare électrique: le préampli prépare le signal pour les commandes de tonalité, puis après les commandes de tonalité, l'ampli de puissance le prépare pour le haut-parleur.

— Todd Wilcox

Oh, tu as raison. Je n'ai pas remarqué qu'il parlait d'amplis dans la même unité, ce qui était impliqué par le bit "dans la même partie schématique".

— DKNguyen

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Réponse rapide et sale:

La mise en mémoire tampon est une des raisons. Les interconnexions entre les choses peuvent avoir beaucoup de capacité et nécessitent beaucoup (comparativement) de courant pour fonctionner.

L'immunité au bruit en est un autre. Pensez à ce scénario: envoyez un signal à travers un fil où il capte, disons, 10mV de bruit, puis amplifiez-le par 100x: bruit total, 1000mV. Mais si vous l'amplifiez à la place par 10x, puis l' envoyez à travers le fil où il obtient 10mV de bruit, puis amplifiez par 10x, votre amplification totale du signal est toujours 100x, mais votre bruit total n'est que de 100mV.

— Foyer
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Voulez-vous dire que le bruit capté à l'intérieur du châssis de l'ampli serait égal ou supérieur au bruit capté par les micros de guitare dans le monde? Cela ne me semble pas juste. Dans le cas des guitares électriques, la partie de la chaîne de signal la plus sujette au bruit est la source (les micros), pas une interconnexion (les câbles ou les fils volants ou les traces sur un PCB).

— Todd Wilcox

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@ToddWilcox J'ai dit que c'était une réponse rapide et sale, et peut ne pas s'appliquer si bien au scénario spécifique que le demandeur pose. Ce n'est pas la meilleure réponse et nécessite beaucoup de travail, mais je n'ai pas le temps ni l'énergie pour y travailler en ce moment, et franchement, je suis étonné qu'il reçoive autant de votes positifs. Cela dit, la définition de "bruit" que j'utilise ici suppose implicitement que le signal que vous voulez est exactement ce que le transducteur émet, que le signal tel qu'il existe aux bornes du transducteur est par définition sans bruit.

— Foyer le

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F = 1 + \frac{N_{une ré ré je t je o n une l}}{N_{je n p u t} g} .

$F = 1 + \frac{N_\mathrm{additional}}{N_\mathrm{input}G}.$

F_{t o t une l} = F_{1} + \frac{F_{2} - 1}{g_{1}} + \frac{F_{3} - 1}{g_{1} g_{2}} + \frac{F_{4} - 1}{g_{1} g_{2} g_{3}} + \dots .

$F_\mathrm{total} = F_1 + \frac{F_2 - 1}{G_1} + \frac{F_3 - 1}{G_1 G_2} + \frac{F_4 - 1}{G_1 G_2 G_3} + \dots.$

F_{n}

$F_n$

G_{n}

$G_n$

Comme vous pouvez le voir, le facteur de bruit d'une étape donnée est divisé par le produit de gain de toutes les étapes précédentes. La première étape est donc la plus importante en matière de bruit. C'est pourquoi vous disposez d'un préampli à faible bruit comme tout premier composant de la chaîne de signal. Cette configuration a l'avantage supplémentaire de ne pas avoir à se soucier du facteur de bruit de l'amplificateur de puissance.

— user110971
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Et cela est vrai de DC à la lumière du jour, comme on dit. Le premier amplificateur définit le facteur de bruit est ce qu'ils disent en RF (en règle générale).

— mkeith

En d'autres termes, le premier étage amplifie la puissance, les étages suivants amplifient la tension. Les résistances génèrent un bruit thermique qui est de la puissance - la tension dépend d'autres facteurs - principalement de la valeur de la résistance. Le premier étage doit correspondre à l'impédance de la source pour maximiser la puissance entrant dans le premier étage. Cela permet de réduire le rapport SNR car il augmente la puissance du signal tandis que la puissance du bruit est plus ou moins constante.

— le_top

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Une des raisons principales pour les boîtiers séparés pour les préamplis et les amplis de puissance est les courants de masse et également le couplage magnétique. [il y a un exemple numérique, à 20KHz et 6 ampères pour les enceintes, à la fin de cette réponse, avec le préampli à seulement 10cm de l'amplificateur de puissance]

Supposons que vous ayez construit le préampli et le poweramp sur le même PCB. Pourquoi pas?

Une partie du courant de haut-parleur circulera sur la TERRE et finira par se combiner avec le signal d'entrée.

Pour minimiser cette "combinaison", rendez ce PCB long et fin, de sorte que les terrains PowerAmp soient loin des terrains PreAmp.

Comment améliorer cela? utilisez de longues régions minces entre le préampli et le Poweramp.

À l'extrême, un câble coaxial fournit une région longue et mince, pour assurer une très faible combinaison des courants d'entrée et de sortie.

Par exemple: pourquoi les avantages du JFET par rapport au MOSFET, ou pourquoi le JFET est-il toujours utilisé?

Étant donné les signaux faibles en millivolts d'une cartouche de disque magnétique Moving Magnet, ou même 0,5 millivolt des cartouches de bobine mobile, qui se sont amplifiés à des sorties audio de près de 100 volts, l'ensemble du système a besoin d'une isolation de ~ 100 000: 1. Et même cette isolation ne fournit que le rapport signal / bruit de l'unité qui empêche à peine l'oscillation; pour un rapport signal / rétroaction de 80 dB, l'isolement doit être amélioré de 10 000: 1 pour 1 partie par milliard.

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

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Quelle est la gravité de la diaphonie (champ magnétique) / de la rétroaction? supposons que le courant de sortie est de 6 ampères de pointe à 20 000 Hz. Le dI / dT est 6 * d (sin (2 * pi * 20,000 * Time)) / dT = 6 * 2 * pi * 20,000 * cos (2 * pi * 20000 * T)

ou dI / dT = 700 000 ampères par seconde.

Supposons que l'entrée du préampli (rappelez-vous qu'un signal de 1 millivolt de la cartouche et que vous voulez au moins 10 000: 1 SNR ou rétroaction tonale, donc 0,1 rétroaction de microvolt est le plancher souhaité) est à 0,1 mètre de la sortie du haut-parleur.

V_magnetic_induce = (2.0e-7 * Aire / Distance) * dI / dT

et nous supposerons que la zone de boucle d'entrée (signal à la masse) est de 1 cm par 4 cm.

Maintenant, lancez le calcul; rappelez-vous que nous voulons MOINS de 0,1 microvolt.

Vinduce *** = 2e-7 Henry / mètre * (zone de boucle de victime = 1 cm * 4 cm) / 10 cm * 700 000

Vinduce = 2e-7 * 0,0004 mètre / 0,1 mètre * 700 000

Vinduce = 2e-7 * 0,004 * 7e + 5

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56 milliVolts. [FAUX! erreur mathématique]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0,56 milliVolts [avait été 7e-5; corrigé à 7e + 5]

La rétroaction magnétique, causée par le fait que le Poweramplifer se trouve à proximité du préamplificateur, est de 0,56 mV / 0,1 microvolt ou 5 600 X plus forte que ce que la musique «propre» peut tolérer. (certains documents indiquent que la cochlée de l'oreille peut entendre jusqu'à -106 dBc, ce qui suggère qu'un autre facteur de propreté 20x est nécessaire)

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Comment le concepteur peut-il améliorer la fidélité de ces systèmes? DALLES DE MÉTAL dans des caisses en acier; câblage à paire torsadée pour les signaux de sortie (utilisez des câbles d'enceintes multi-fils tissés) et pour le câblage de la ligne électrique vers les boîtiers; Disposition des circuits imprimés pour acheminer le signal juste à côté de Return; câbles coaxiaux qui évitent le câblage de signal / masse lâche, utilisez plutôt des fiches enfichables dans le PCB pour une séparation minimale des flux de signal et de courant de terre; de grands réservoirs de charge dans les PowerAmps, placés près des bornes de sortie de haut-parleur, pour obtenir des boucles d'émetteur de zone minimale (le modèle à long fil droit utilisé dans l'exemple n'est qu'une partie d'un mouvement de sortie + courant de retour du monde réel); alimentations qui utilisent des inductances avec les diodes de redressement, pour ralentir les surtensions de la diode et éviter le son "chantant" mal des flux de puissance impulsifs (front rapide) 120Hz.

*** Vinduce utilise l'approximation non naturelle de couplage entre un long fil droit transportant le courant d'agresseur / émetteur avec dI / dT, et la boucle rectangulaire du circuit victime / récepteur. L'équation, à partir d'une combinaison de la loi d'induction de Faraday et de la loi de Biot-Savart, est

Vinduce = [MU0 * MUr * LoopArea / (2 * pi * Distance_wire_to_Loop)] * dI / dT

et nous ignorons les effets de second ordre qui nécessitent un logarithme naturel.

Cela suppose également le pire couplage entre le fil et la boucle. Ainsi le fil est dans le plan de la boucle. La chose merveilleuse à propos de cette équation est la découverte de trois degrés de liberté (en fait 4: l'intensité du champ, contrôlée par la profondeur de peau d'où le besoin d'acier dans le châssis du préampli). Les degrés de liberté sont

(1) orientation entre le fil et la boucle

(2) la zone de la boucle, d'où l'utilisation de paires torsadées ou d'une disposition PCB prudente ou de câbles coaxiaux

(3) plus de séparation entre le PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply et le préampli réel et / ou ses câbles coaxiaux d'entrée.

(4) le `` dI / dT '', nous disant de (a) FILTRER les temps de montée de l'agresseur, ou (b) réduire les principales forces de courant, ou (c) utiliser des plaques de cuivre ou des feuilles de fer ou d'acier, pour réduire considérablement la rétroaction du champ magnétique du signal audio; les très basses fréquences ont besoin de cuivre très épais (60 Hz nécessite 8 mm d'épaisseur) ou de boîtiers minces en fer / acier.

Ainsi, nous pouvons utiliser la formule pour suggérer des approches curatives.

— analogsystemsrf
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En plus de ce qui a déjà été dit, avec les amplificateurs de guitare, le scénario d'utilisation prévu introduit souvent intentionnellement une certaine distorsion en saturant l'amplificateur. S'il n'y avait qu'un seul bloc de gain, il n'y aurait aucune possibilité de le saturer à moins de le saturer dans son ensemble - ce qui entraînerait une usure accélérée de l'amplificateur et des haut-parleurs, et vous obligerait à jouer à un volume anti-social, brisant la fenêtre, assourdissant le voisin.

Pour les non-guitaristes: le mode Distortion ("overdrive") est ce dont vous avez besoin si vous voulez les sons buzz-buzz-buzz et whee-whee-whee et pas seulement les sons pling-pling-pling.

— rackandboneman
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Merci! C'est un point intéressant que personne d'autre n'a soulevé.

— Jacob Garby

Eh bien, actuellement, vous seriez probablement en train de saturer par un effet, pas en utilisant réellement votre préampli :-)

— yo '15

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Dans une certaine mesure, l'utilisation de préamplis séparés est une gueule de bois historique.

À l'époque, un système audio grand public pouvait consister en une platine vinyle et une platine à cassette, avec peut-être un tuner branché. L'entrée vinyle, qui n'était pas à distance une réponse en fréquence plate - était particulièrement intéressante - voir compensation RIAA. Ainsi, différents composants nécessitaient différentes chaînes d'amplification. Il est devenu courant de séparer les commandes d'amplification d'entrée / compensation de fréquence / tonalité dans une unité distincte de l'amplificateur de puissance, pour permettre le mélange et l'adaptation des niveaux de performance souhaités sans remplacer la chaîne électronique entière.

De nos jours, avec les platines tourne-disques à peu près un marché de niche et les magnétophones remplacés par des sources à semi-conducteurs, pratiquement tous les appareils que vous voudrez jouer auront un niveau de sortie de ligne et une réponse en fréquence plate, à l'exception notable des microphones. Pour la plupart, il n'y a pas vraiment besoin de préamplis séparés, sauf pour les audiophiles vraiment dévoués (et il semble y avoir une composante statut / marque considérable sur ce marché).

— WhatRoughBeast
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Il me semble que «préampli» était presque toujours un terme impropre, à moins qu'une cartouche phono ou une tête de bande ou un microphone ne soit connecté. À ce jour, la plupart des séparateurs de préamplis sont réellement utilisés comme atténuateurs dans la pratique, qu'ils soient actifs ou passifs: en effet, la simple existence de soi-disant `` préamplis passifs '' prouve le point. (Et oui, c'est un oxymore.) Certains préamplis comme les unités de valve de fuite étaient des atténuateurs même en théorie, si l'on considère les entrées tuner de 2V et les sensibilités d'amplificateur cible autour de 125mV. Une exception à laquelle je peux penser rapidement était le Quad 22: entrée 100 mV, sortie 1,4 V.

— user207421