Les classes d'amplification

Les classes d'amplification (* Source La boutique du spectacle et  MEDIAKWEST)

Les rubriques sont régulièrement mises à jour. Elles ne sont pas une garantie légale : la législation bouge, les références évoluent sans cesse. Vous êtes responsables de ce que vous mettez en œuvre.

Au départ de l’amplification, étaient les tubes. On les trouve d’ailleurs aujourd’hui encore sur les étagères de quelques passionnés, leur musicalité étant pour nombre d’entre eux inégalable. Les transistors ont ensuite pris le relais.*

Le but d’un amplificateur audio est d’augmenter le niveau du signal de la source afin de fournir aux haut-parleurs une intensité et une tension suffisante pour les faire vibrer et délivrer un niveau acoustique suffisant. Le but de l’opération est d’être le plus « neutre », le plus linéaire possible, de ne pas modifier le signal, mais uniquement de l’amplifier. Une expression résume cela : l’amplificateur idéal est « un fil droit avec du gain ».

C’est là que les classes d’amplifications entrent en jeu. En audio, on trouve trois classes d’amplifications principales : la classe A, la classe A/B et la classe D, cette dernière étant la classe de l’amplification numérique. Le terme « numérique » n’est que partiellement exact.

Pour expliquer les classes, il faut se baser sur un signal. En audio, on souhaite créer une vibration acoustique pour transmettre le message audio (musical par exemple). Cette vibration est générée par un haut-parleur qui alternativement pousse, puis tire le volume d’air qui lui fait face. Le signal acoustique transmis varie donc autour d’un point de repos. Nous allons partir du signal le plus simple, la sinusoïde.

La classe A, la voie royale

En regardant la sinusoïde, nous observons une partie positive et une partie négative. Il va falloir amplifier ces deux parties du signal. Un transistor présente une zone d’exploitation, c’est-à-dire qu’il peut amplifier le signal entre zéro et un niveau maximum. Au début de la zone d’amplification, il n’est pas linéaire et présente donc une distorsion importante. Pour pallier cela, en classe A, une polarisation est appliquée au transistor afin d’amplifier les parties négatives et positives du signal dans la partie linéaire du transistor. Une composante continue sera du coup présente dans le signal de sortie, celle-ci étant enlevée avant d’attaquer les enceintes.

Les conséquences pour l’audio sont nombreuses, notamment une grande qualité de restitution et une faible distorsion naturelle (sans nécessiter une trop importante contreréaction). Il est coutumier de noter qu’un amplificateur en classe A d’une puissance donnée semble en fait beaucoup plus puissant à l’usage. Par contre, le rendement des amplificateurs en classe A est particulièrement faible ; ils chauffent beaucoup et la conception implique l’utilisation de composants dont le coût n’est pas négligeable (ils sont chers quoi !).

L'étage de sortie délivre un courant élevé constant. Cette technique permet d'obtenir une grande linéarité et des taux de distorsion très bas. Inconvénient : un faible rendement et une dissipation thermique importante nécessitant de gros radiateurs et une bonne ventilation.

La classe B

Un transistor en classe B n’amplifie qu’une alternance du signal. Il est donc nécessaire d’utiliser au moins deux transistors pour amplifier l’ensemble du signal audio, sous une configuration appelée Push Pull. Le défaut de la classe B est la distorsion provoquée par la non linéarité des transistors pour les petits signaux.

Le rendement dans la Classe B est élevé car le courant demandé à l'alimentation est directement dépendant du niveau du signal audio. Inconvénient : les transistors travaillent dans une région non linéaire. La classe B est économique.

La classe AB et AB+B

La majorité des amplificateurs travaillant dans le domaine dit analogique sont en classe A/B. Comme pour la classe B, les transistors travaillent par paire. Un transistor amplifie une alternance (positive ou négative et une partie de l’alternance opposée). Ensuite, le circuit d’amplification assemble les signaux. On évite alors d’utiliser les transistors dans leur zone la plus faible. Cette technologie présente un bon compromis entre qualité et rendement.

Ici, un courant de polarisation constant de faible valeur circule dans les transistors (Classe A). Lorsque le signal augmente, la polarisation devient dépendante du niveau du signal (Classe B). Cette technique offre l'avantage de ne jamais exploiter les transistors dans une plage de non linéarité et d'éviter en grande partie la distorsion de croisement. La classe AB+B est une variante de la classe AB faisant intervenir un étage supplémentaire (classe B) pour les signaux de fort niveau. Ces classes d'amplification sont utilisées dans la réalisation d'amplificateurs professionnels. Elles sont d'un haut niveau de qualité.

La classe D

C’est la classe des amplificateurs dits numériques. La lettre D de classe D a été choisie car elle est la première lettre du mot « digital » ; là où C ne fait pas penser au numérique. Les concepteurs voulaient donc que l’on pense au numérique, même si cette qualification n’est pas véritablement exacte.

En classe D, les transistors n’amplifient pas directement le signal avec une analogie entre les signaux d’entrée et de sortie. Les transistors fonctionnent comme des interrupteurs. Un signal à très haute fréquence est généré et utilisé dans le circuit d’amplification à classe D. Le signal audio va moduler la largeur des impulsions hautes fréquences. Après filtrage, on trouve le signal audio amplifié en sortie de l’amplificateur en classe D. Ces amplificateurs fonctionnent donc sur le principe de la modulation de largeur d’impulsion. Ils présentent un très bon rendement, chauffent très peu. Leur musicalité est sujette à de nombreux débats, certains modèles aboutis semblent émerger.

La classe H

Plusieurs étages d'alimentation (2 ou 3 suivant la puissance) entrent en fonction lorsque la tension du signal augmente. Le rendement est excellent et l'encombrement est plus réduit  qu'un amplificateur de classe AB.