Signaux électriques analogiques
Un article de AudioLexic.
Dès que l'on fait de la musique chez soi, on découvre qu'il existe toute sorte de types de signaux qui ne fonctionnent pas très bien ensemble : on essaie de brancher la guitare d'un(e) ami(e) ou un tourne-disque sur une entrée de sa chaîne, et ça ne marche pas...
Le but de cet article est d'énumérer les différents types de signaux que l'on peut rencontrer et d'expliquer les contraintes et possibilités associées. Ces explications s'adressent aux débutants, aux musiciens ou à ceux qui connaissent un peu l'électricité mais pas les standards de l'audio.
(les paragraphes limités à quelques mots ne sont pas terminés... ;-) de plus je ne suis pas expert donc ceux qui repèrent des erreurs peuvent les signaler ou les corriger)
Sommaire |
[modifier] Les caractéristiques de ces signaux
Dans ce paragraphe on explique les concepts utilisés par la suite. C'est une sorte de lexique / introduction théorique pour les curieux un peu "scientifiques", mais les autres peuvent sauter cet exposé rébarbatif !
Dans la vie quotidienne on est déjà sensibilisé à quelques caractéristiques électriques : le 220 Volts alternatif du secteur, les petites tensions (5 à 12 volts) continues des alimentations...
[modifier] L'amplitude
Pour la musique, on doit d'abord considérer l'amplitude des signaux. Cette notion est proche de la puissance, comme la distinction entre le 220V alternatif de nos prises murales, les 12 volts alternatifs de l'alternateur de notre voiture, et les quelques volts alternatifs de la dynamo d'un vélo.
En gros on rencontre des petits signaux (de très petits à assez petits) avec les différentes sortes de microphones, les platines disques... Il y a des signaux moyens appelés "niveau ligne" : sortie son de clavier / synthétiseurs, lecteur de CD... Des signaux puissants, après amplification, qui permettent d'alimenter des enceintes, faire de la sono.
[modifier] L'impédance
Il y a aussi des questions d'impédance. C'est une notion plus difficile à appréhender ! Chaque source (microphone, guitare) possède une impédance de sortie, et l'appareil sur lequel cette source est branchée (carte audio, table de mixage) possède une impédance d'entrée. Les deux doivent être adaptés, un peu comme deux engrenages de taille similaires sans quoi l'efficacité est très mauvaise et ça ne marche pas.
[modifier] Tension continue / alimentation fantôme
Parfois une tension continue est mélangée au signal audio. Le son est une vibration (et non un déplacement) de l'air, le signal électrique correspondant (celui recueilli par un micro ou au contraire envoyé à une enceinte) est donc une variation très rapide autour d'une valeur moyenne, soit quelque chose qui ressemble à du courant alternatif. Il arrive que certains appareils (cas du 48V d'une table de mixage par exemple) génèrent une tension continue. Cette tension n'a rien à voir avec le son, elle permet juste d'alimenter certains appareils (microphones statiques par exemple).
[modifier] Signaux symétriques
Plus un câble est long, plus il se met à se comporter comme une antenne en captant toutes sortes de parasites qui viennent dégrader le signal utile.
Pour lutter contre ça, il existe la solution suivante : on part d'un signal normal entre deux bornes, la masse (0 volt) et la borne +s qui porte donc le signal utile. On fabrique un signal -s qui est l'opposé du précédent par rapport à la masse / zéro volt. On véhicule tout cela avec un câble, à 3 conducteurs : donc la masse, +s et -s. Arrivé à destination, on inverse -s, ce qui donne -(-s) soit +s, on l'additionne à +s pour reconstituer le signal initial ( +2s en fait, donc il faut diminuer l'amplitude de moitié).
Si en chemin un parasite +p affecte notre câble, on aura d'un côté +s+p et de l'autre -s+p. Lors de la symétrisation et addition, on obtient : +s+p - (-s +p) soit s+s+p-p = +2s. p a disparu ! C'est tout l'intérêt de ces liaisons dites symétriques. Des prises XLR sont généralement utilisées pour la connectique et ce type de liaison est fréquent entre un micro et une table de mixage. C'est particulièrement utile en concert où il y a généralement de grandes longueurs de câbles.
[modifier] Qui génère quoi
[modifier] Le niveau ligne
- C'est le type de signal le plus courant : ce qui sort d'un lecteur CD ou d'un tuner de chaîne Hi-Fi, d'un clavier électronique. Sur un baladeur, sur un clavier, ces sorties sont appelées "line out", on voit aussi "mains out" sur les tables de mixage, les interfaces audio ou des machines (boîte à rythme, sampleur...) La plupart des prises d'entrées d'un amplificateur Hi-Fi sont adaptées à ce type de signal (pas l'entrée "phono", voir le paragraphe dédié), les entrées "non micro" d'une table de mixage ou d'une interface audio aussi. Elles sont généralement appelées "line in", logique !
- Pour que les choses ne soient pas si simples, il y une nuance, les appareils "grand public" (donc la hi-fi notamment) ont un niveau assez faible, c'est à dire une amplitude de tension électrique de l'ordre de 1 ou 2 volts. Le matériel professionnel (typiquement les tables de mixage) utilise des niveaux plus élevés. Généralement le matériel grand public est étiqueté "-10dBV" et le matériel pro "+4dBu" mais le "u" n'est pas toujours indiqué ou remplacé par une autre lettre. Certains appareils de studio premier prix utilisent également le -10dBV. (0 dBu équivaut à une tension de 0,775 Volt quand 0 dBV équivaut à une tension de 1 Volt)
Globalement ce n'est pas très gênant si l'on prend quelques précautions. Relier des appareils de même standard ne pose évidemment pas de problème.
Un appareil -10dBV branché sur une table +4dBu donnera un volume faible, ce qui peut généralement se corriger en montant simplement le volume. Un signal +4dBu envoyé dans une entrée -10dBV est déjà plus problématique (son tonitruant, voire dommages matériels), mais si on prend soin de baisser la sortie de l'appareil +4dBu, on devrait s'en sortir. Si on ne peut pas régler la sortie de l'appareil +4dBu, il faut peut-être éviter ce branchement.
- Dernière complication, certains appareils ont des sorties ligne symétriques, c'est souvent le cas des tables de mixage milieu ou haut de gamme. L'intérêt est expliqué dans le paragraphe "signaus symétriques", typiquement lors d'une liaison longue entre une table de mixage et un ampli de puissance.
[modifier] La sortie phono / tourne-disque
Contrairement à ce que l'on pourrait penser, la liaison "phono" n'a rien à voir avec un niveau "ligne" classique (comme le CD ou la radio, qui eux sont interchangeables). Le signal qui sort d'un tourne-disque est très faible et sensible aux parasites : il est généralement nécessaire de relier la masse de la platine disque à la masse de l'amplificateur.
De plus, il faut savoir que pour avoir une meilleure gravure, le signal est modifié avant : les graves sont atténués et les aigus amplifiés, cette opération est appelée correction RIAA. A la lecture il faut donc faire l'opération inverse (amplifier les graves et atténuer les aigüs). C'est ce que fait l'amplificateur, ou, toute entrée phono classique.
Par conséquent, une platine disque standard doit nécesairement être reliée à une entrée phono, et une entrée phono ne peut servir qu'à une platine disque. Il existe quelques platines qui intègrent un correcteur RIAA et qui amplifient le signal jusqu'à un niveau ligne (bref elles intègrent un préamplificateur phono), mais c'est vraiment rare et clairement précisé dessus.
[modifier] Le microphone dynamique
A la base de l'enregistrement : le Micro ! Les modèles les plus courants, les plus accessibles, sont les modèles appelés "dynamique" (ou électrodynamique), typiquement : le Shure SM58 qui est le micro de chant pour la scène (avec la petite boule grillagée au niveau de la bouche). Un micro produit un signal d'amplitude faible / de faible puissance. Pour l'amener à un niveau ligne (tel que l'entrée d'une chaîne hi-fi), il faut amplifier ce signal, ce qui est le rôle d'un "préamplificateur micro", généralement abrégé en "préamp" ou "préamplis" (mais à ne pas confondre avec les préamplis de guitare).
Les entrées pour micro d'une table de mixage (généralement avec des prises XLR) sont pourvues de tels préamplis. Dans une catégorie plus "haut de gamme", il existe aussi des préamplis séparés. Enfin, bon nombre de cartes sons pour ordinateur (appelées également interfaces audionumériques) sont également pourvues de tels préamplis micros.
[modifier] Le microphone statique
En studio on rencontre de plus en plus souvent une autre catégorie de micro, le microphone statique (ou électrostatique). Il a l'avantage d'avoir un son plus détaillé, mais comme il est plus fragile que le dynamique, il est beaucoup moins utilisé sur scène. Le signal produit par un tel micro est similaire à celui d'un dynamique, il nécessite donc également un préamplificateur pour micro, et généralement ce sont les mêmes préamplis qui servent pour les dynamiques et les statiques.
Là où il y a une différence avec le dynamique, c'est que pour pouvoir fonctionner le micro statique nécessite une alimentation électrique. Cette alimentation est une tension constante (=continue et non alternative), fournie par le préamplificateur et appelée "alimentation fantôme" ou "+ 48 Volts" (généralement abrégé en "48V", ou "phantom" en anglais). Les deux signaux électriques sont mélangés sur le même câble (car ils sont très faciles à séparer électroniquement) : le préampli génère ce 48V continu vers le micro, et le micro (alimenté) génère un signal électrique alternatif (correspondant au son capté) vers le préampli.
Remarque importante : quand le 48V est actif, il ne faut plus brancher ni débrancher de micro, sans quoi on risque de le griller. La méthode de câblage est donc la suivante : s'assurer que le 48V est éteint, brancher les micros, allumer le 48V, faire l'enregistrement, éteindre le 48V, débrancher les micros. Attention : sur de nombreux appareils il n'y a qu'un seul bouton 48V, donc lorsqu'il est activé plusieurs voire toutes les prises micros sont alimentées en 48V, et par conséquent il ne faut plus en brancher ou débrancher un seul (ni micro statique, ni micro dynamique d'ailleurs).
[modifier] Les microphones pour ordinateur
Certaines cartes son "entrée de gamme", comme la fameuse Soudblaster, disposent d'entrées marquées "mic". Ces entrées sont destinées à des Microphones pour ordinateur qui ont des caractéristiques assez particulières : ils nécessitent une alimentation à la manière des micros statiques, mais beaucoup plus faible, de l'ordre de quelques volts seulement. Dans ces conditions de fonctionnement, ces micros produisent un signal d'une amplitude intermédiaire entre un "vrai micro" (comme décrit ci-dessus) et un niveau ligne, donc plutôt élevée pour un micro. Les préamplis de ces cartes sons ont donc un gain assez faible ; de plus ils sont surtout destinés à des applications comme la téléphonie, la vidéo-conférence... avec une bande passante et une dynamique peu étendues. Bref, ces entrées ne sont pas vraiment utilisables pour de la musique : on ne peut y brancher que des "micros pour ordinateur", lesquels micros peuvent éventuellement servir de dictaphone musical, mais pas de moyen d'enregistrement satisfaisant.
[modifier] Le microphone USB
Il commence à apparaître des micros USB (Samson C01U) réellement destinés à la musique (par opposition à la téléphonie / vidéoconférence qui étaient les seules destinations des micros "spécial ordinateur" que l'on trouvait jusqu'en 2005). Ce micro se branche évidemment directement sur un port USB sans nécessiter d'autres appareils (la préamplification se trouve donc à l'interieur du micro).
[modifier] Les guitares
- Il y a deux sortes de guitares électriques : les passives et les actives. Les actives se reconnaissent facilement au fait qu'elles nécessitent une pile neuf volts pour fonctionner. C'est le cas des électro-acoustiques notamment.
Les guitares passives (cas le plus courant) ont un niveau de sortie très faible, et une impédance de sortie très élevée. C'est surtout cette dernière qui pose problème et qui impose de faire les bons branchements, sous peine d'obtenir un son très mauvais, voire inaudible ; dans certains cas on peut même endommager l'appareil sur lequel on la branche.
En général, la guitare est branchée sur l'entrée d'un ampli de guitare, pas de problème c'est fait pour. Si on souhaite l'enregistrer, la méthode la plus fidèle est généralement de placer un micro devant le haut-parleur de cet ampli. Une autre solution, plus simple (pas besoin de micro, moins de risques de larsens), consiste à relier avec un jack une sortie de l'ampli de niveau ligne ( "line-out" ) à une entrée ligne (table de mixage, enregistreur, carte son...) La plupart des amplis disposent d'une telle sortie.
Si on souhaite relier directement la guitare à un appareil tel que carte son ou table de mixage, celle-ci doit impérativement disposer d'une entrée spécifique pour guitare. Ces entrées sont généralement appelées "instrument", elles ont donc une impédance d'entrée élevée. Si l'appareil ne dispose pas d'une telle entrée, il faut utiliser une boîte de direct, voir ci-dessous.
Dans le cas d'une guitare active, le problème est généralement similaire, même si le niveau de signal est plus élevé. De même, les basses se comportent de la même manière que les guitares.
- Les boîtes de direct (DI pour Direct Injection en anglais) ont pour rôle principal d'abaisser l'impédance de sortie : d'un côté on branche une guitare (voire un synthé car certains ont une impédance de sortie plus élevée qu'une véritable sortie ligne), de l'autre on récupère un signal avec une impédance de sortie plus faible. De plus ce signal est symétrisé, la sortie de la boîte de direct est donc sur prise XLR. On peut alors la relier directement à une entrée de table de mixage. Au passage, la symétrisation protège également le signal contre les parasites.
[modifier] Autres sorties
- Sortie audio d'ordinateur (parfois déjà un peu amplifiée)
- puissance, vers les enceintes
[modifier] La connectique
Jacks : mono, mono avec phantom
Jacks : stéréo, mono mais symétrique, insert (tip/ring/sleeve)
xlr (prolongateur)
speakon
[modifier] Résumé
Globalement les signaux suivants sont incompatibles entre eux, et nécessitent donc de brancher une sortie sur une entrée de même type : ligne, micro, guitare, et phono (platine tourne-disque). Une fois ces précautions prises, si les prises s'emboitent, ça devrait être bon ! ;-)
- Un microphone doit être branché sur un préamplificateur pour micros (généralement via des prises XLR). Si c'est un micro statique, une alimentation fantôme (48V) est nécessaire ; mais aucun micro ne doit être branché ni débranché pendant que le 48V est actif.
Catégories: Articles | Lexique | Audio