1000 Hz comme signal de référence
Selon la norme ITU-R 468-4 (Mesure des niveaux de bruit audio dans la radiodiffusion sonore), la réponse en fréquence à 1000 Hz est de 0 dB (voir image ci-dessous), ce qui la rend appropriée comme signal de niveau de référence pour évaluer les performances de réponse en fréquence des amplificateurs audio.
Signal de fréquence de réponse maximale
Si le fabricant indique que l'amplificateur audio n'est pas conçu pour fonctionner à 1 000 Hz, la fréquence du signal source doit être ajustée à la fréquence de réponse maximale. Cette dernière correspond à la fréquence du signal source pour laquelle la puissance de sortie maximale est mesurée aux bornes de l'impédance de charge nominale (ci-après appelée haut-parleur) dans la plage de fonctionnement prévue de l'amplificateur. En pratique, l'utilisateur peut fixer l'amplitude du signal source et balayer la fréquence, puis identifier la fréquence correspondant à la tension efficace maximale aux bornes du haut-parleur : il s'agit de la fréquence de réponse maximale.
Types et réglages de la puissance de sortie — Puissance de sortie maximale
La puissance de sortie maximale correspond à la puissance maximale pouvant être délivrée au haut-parleur, associée à la tension efficace maximale. Les amplificateurs audio courants utilisent souvent des circuits OTL ou OCL basés sur les principes de l'amplification de classe AB. Lorsqu'un signal audio sinusoïdal de 1 000 Hz est appliqué à l'amplificateur et que celui-ci atteint la saturation après avoir quitté la zone d'amplification, son amplitude ne peut plus augmenter, la tension de crête est limitée et une distorsion à sommet plat apparaît aux crêtes du signal.
En observant le signal de sortie du haut-parleur à l'aide d'un oscilloscope, on constate que lorsque l'amplitude du signal n'augmente plus en valeur efficace (RMS), une distorsion de crête apparaît (voir figure 2). On considère alors que la puissance de sortie maximale est atteinte. Lors de l'apparition de cette distorsion, le facteur de crête du signal de sortie devient inférieur à celui d'une sinusoïde (1.414) (comme illustré sur la figure 2 : facteur de crête = tension de crête / tension efficace = 8.00 / 5.82 ≈ 1.375 < 1.414).
Types et réglages de la puissance de sortie — Puissance de sortie sans écrêtage
La puissance de sortie sans écrêtage est celle obtenue en réduisant le gain (atténuation du signal) jusqu'à la limite entre les zones de saturation et d'amplification, lorsque le haut-parleur fonctionne à sa puissance maximale avec une distorsion de crête (point de fonctionnement orienté vers la zone d'amplification). Le signal audio de sortie présente une sinusoïde complète de 1 000 Hz sans distorsion de crête ni écrêtage, et sa tension efficace est également inférieure à celle obtenue à la puissance de sortie maximale (voir figure 3).
Comme l'amplificateur audio fonctionnant précisément à la limite entre les régimes d'amplification et de saturation est instable et peut engendrer une gigue d'amplitude (les crêtes peuvent être inégales), on utilise 50 % de la tension crête à crête comme tension de crête pour calculer le facteur de crête. Sur la figure 3, la tension de crête est de 0.5 × 13.10 V = 6.550 V, la tension efficace est de 4.632 V et le facteur de crête est égal à la tension de crête divisée par la tension efficace, soit 6.550 / 4.632 ≈ 1.414.
Types et réglage de la puissance de sortie — Méthode de réglage de la puissance
Les amplificateurs audio reçoivent un signal d'entrée de faible amplitude, qu'ils amplifient et transmettent au haut-parleur. Le gain est généralement ajusté par paliers précis à l'aide du contrôle du volume (par exemple, le volume d'un téléviseur peut atteindre 30 à 100 niveaux). Modifier l'amplitude du signal source pour ajuster le gain offre un contrôle beaucoup moins précis, car même une légère réduction de l'amplitude, après une amplification à gain élevé, entraîne une baisse significative de la puissance de sortie du haut-parleur (voir figure 4).
Sur la figure 3, en ajustant le volume, la puissance de sortie du haut-parleur passe de sa valeur maximale à une puissance de sortie sans écrêtage, avec une tension RMS de 4.632 V. Sur la figure 4, en ajustant l'amplitude du signal source, la tension RMS n'atteint que 4.066 V en l'absence d'écrêtage. Selon la formule de la puissance :
Puissance de sortie = (tension RMS)² / impédance du haut-parleur
La puissance de sortie sans écrêtage de la figure 3 est environ 30 % plus élevée que celle de la figure 4, donc la figure 4 ne représente pas véritablement un état de puissance de sortie sans écrêtage.
Ainsi, la bonne méthode pour réduire la puissance de sortie maximale à une puissance de sortie sans écrêtage consiste à fixer l'amplitude de la source du signal et à ajuster le gain de l'amplificateur audio (c'est-à-dire à ajuster le volume), plutôt que de modifier l'amplitude de la source du signal.
Types et réglages de la puissance de sortie — Puissance de sortie 1/8 sans écrêtage
Le fonctionnement normal d'un amplificateur audio vise à simuler les conditions de fonctionnement optimales du haut-parleur en conditions réelles. Bien que les caractéristiques sonores réelles varient considérablement, la plupart des sons ont un facteur de crête inférieur à 4 (voir figure 5).
Prenons comme exemple la forme d'onde sonore de la figure 5 : le facteur de crête = tension de crête / tension efficace = 3.490 / 0.8718 ≈ 4. Pour reproduire le son cible sans distorsion, l'amplificateur audio doit éviter l'écrêtage des crêtes maximales. Si l'on utilise une onde sinusoïdale de 1 000 Hz comme référence pour garantir l'absence de distorsion et que la crête de 3.490 V n'est pas limitée, la tension efficace du signal devrait être de 3.490 V / 1.414 = 2.468 V. Cependant, la tension efficace du son cible n'est que de 0.8718 V ; le rapport de réduction de la tension efficace par rapport à la référence sinusoïdale de 1 000 Hz est donc de 0.8718 / 2.468 = 0.3532. Selon la formule de puissance, un rapport de réduction RMS de tension de 0.3532 correspond à un rapport de réduction de puissance de 0.3532² ≈ 0.125 = 1/8.
Par conséquent, le réglage de la puissance de sortie du haut-parleur à 1/8 de la puissance de sortie sans écrêtage correspondant au signal sinusoïdal de 1000 Hz permet une reproduction sans distorsion d'un son cible avec un facteur de crête de 4. En d'autres termes, la puissance de sortie sans écrêtage de 1/8 pour une onde sinusoïdale de 1000 Hz est l'état de fonctionnement optimal pour que l'amplificateur audio reproduise un son cible de facteur de crête 4 sans dommage.
Réglez l'amplificateur audio pour qu'il délivre 1/8 de la puissance de sortie sans écrêtage au haut-parleur. Dans ce mode, ajustez le volume de sorte que la tension RMS chute à environ 35.32 % de sa valeur initiale ; cela correspond à 1/8 de la puissance de sortie sans écrêtage. Le bruit rose étant plus proche du son réel, après avoir obtenu une puissance de sortie sans écrêtage avec une onde sinusoïdale de 1 000 Hz, utilisez du bruit rose comme source de signal. Dans ce cas, ajoutez un filtre passe-bande (comme illustré ci-dessous) pour limiter la bande passante du bruit.
Conditions de fonctionnement normales et anormales — Conditions de fonctionnement normales
Lors du réglage des conditions normales de fonctionnement des différents types d'amplificateurs audio, tenez compte des éléments suivants :
- sortie de l'amplificateur audio connectée à l'impédance de charge nominale la plus défavorable, ou au haut-parleur lui-même (le cas échéant) ;
- Tous les canaux de l'amplificateur audio fonctionnent simultanément ;
- Pour les orgues ou instruments similaires dotés de générateurs de sons, n'utilisez pas d'onde sinusoïdale de 1000 Hz ; combinez plutôt arbitrairement l'appui sur deux pédales de basse (le cas échéant) et dix touches du clavier. Activez tous les jeux et touches qui augmentent la puissance de sortie et réglez l'instrument à 1/8 de sa puissance de sortie maximale.
- Si la fonction prévue de l'amplificateur audio dépend de la différence de phase entre deux canaux, appliquez une différence de phase de 90° entre les signaux sur les deux canaux ;
- Pour les amplificateurs audio multicanaux où certains canaux ne peuvent pas fonctionner indépendamment, connectez l'impédance de charge nominale et ajustez la puissance de sortie à la puissance de sortie sans écrêtage de 1/8 conçue pour l'amplificateur ;
- Si un fonctionnement continu n'est pas possible, faites fonctionner l'amplificateur audio à la puissance de sortie maximale autorisée pour un fonctionnement continu.
Conditions de fonctionnement normales et anormales — Conditions de fonctionnement anormales
Les conditions de fonctionnement anormales des amplificateurs audio sont basées sur des conditions normales, mais simulent les situations les plus défavorables possibles, comme le réglage du volume pour que le haut-parleur fonctionne au point le plus défavorable entre zéro et la puissance de sortie maximale, ou la mise en place de conditions de court-circuit sur le haut-parleur, etc.
Conditions de fonctionnement normales et anormales — Emplacement du test d'élévation de température
Lors des tests d'échauffement des amplificateurs audio, placez l'appareil conformément aux indications du fabricant. En l'absence d'indications particulières, placez-le dans un coffret de test en bois ouvert sur le devant, à 5 cm du bord avant, en laissant 1 cm d'espace libre sur les côtés et le dessus, et à 5 cm de l'arrière du coffret jusqu'à l'arrière de l'appareil ; cette disposition générale simule un meuble TV standard.
Conditions de fonctionnement normales et anormales — Filtrage du bruit et récupération de l'onde fondamentale
Certains circuits d'amplification numérique transmettent du bruit avec le signal audio au haut-parleur, ce qui provoque des interférences sur l'oscilloscope lors de la visualisation du signal de sortie. Il est recommandé d'utiliser le circuit de filtrage de signal simple illustré ci-dessous (connexions : points A et C aux bornes de sortie du haut-parleur, point B à la masse de référence/retour de l'amplificateur audio, points D et E aux sondes de l'oscilloscope). Ce circuit permet d'éliminer la plupart des interférences et de restituer en grande partie le signal sinusoïdal fondamental de 1 000 Hz (remarque : la valeur 1 000 F sur le schéma est une erreur et devrait être 1 000 pF).
Pour certains amplificateurs audio haute performance capables d'éliminer les problèmes de distorsion de crête, ne présentant aucune distorsion ni écrêtage visible même à puissance de sortie maximale, la puissance de sortie sans écrêtage est égale à la puissance de sortie maximale. Lorsqu'aucun écrêtage n'est visible, considérez la puissance de sortie maximale comme la puissance de sortie sans écrêtage.
[IMAGE_PLACEHOLDER: Circuit de filtrage de signal simple]
Classification et protection de sécurité des sources d'énergie électrique du signal audio
Les amplificateurs audio peuvent amplifier et produire des signaux audio haute tension. Par conséquent, le signal audio doit être considéré comme une source d'énergie électrique et faire l'objet d'une protection. Lors de cette classification, réglez les commandes de tonalité sur la position équilibrée afin que l'amplificateur audio fonctionne en fournissant la puissance de sortie maximale sans écrêtage au haut-parleur. Retirez ensuite le haut-parleur et vérifiez la tension en circuit ouvert. Consultez le tableau ci-dessous pour la classification des sources d'énergie électrique du signal audio et les mesures de protection nécessaires.
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Classification et protection des sources d'énergie électrique |
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| Classe de source d'énergie | Tension RMS du signal audio (V) | Exemples de mesures de protection de sécurité entre une source d'énergie et des personnes ordinaires | Exemples de mesures de sécurité entre une source d'énergie et les personnes qui y sont soumises |
| ES1 | ≤ 71 | Aucune protection de sécurité requise | Aucune protection de sécurité requise |
| ES2 | >71 et ≤120 | Bornes isolées (parties accessibles non conductrices) : marquage avec le symbole ISO 7000 0434a ou 0434b | Aucune protection de sécurité requise |
| Bornes non isolées (bornes conductrices ou fils nus) : porter une marque d’avertissement de sécurité, par exemple : « Le contact avec des bornes ou des fils non isolés peut provoquer une gêne ». | |||
| ES3 | > 120 | Utilisez des connecteurs conformes à la norme IEC 61984 et marquez-les du symbole 6042 de la norme IEC 60417. |
FAQ – Exigences de test des amplificateurs audio IEC 62368-1 – Questions et réponses courantes
Q1 : Pourquoi faut-il utiliser 1 000 Hz comme signal de référence ? Que se passe-t-il si l’amplificateur a une mauvaise réponse à 1 000 Hz ? A : Conformément à la norme UIT-R 468-4, la réponse en fréquence à 1 000 Hz est définie comme étant de 0 dB, ce qui en fait le point de référence standard pour la mesure du bruit audio et la comparaison cohérente des performances de réponse en fréquence des amplificateurs. Si le fabricant déclare que l’amplificateur « n’est pas conçu pour fonctionner à 1 000 Hz » (par exemple, certains amplificateurs d’instruments de musique professionnels ou des modèles optimisés pour des bandes de fréquences spécifiques), fréquence de réponse maximale On peut également utiliser la méthode suivante : fixer l’amplitude du signal source, balayer la fréquence et sélectionner la fréquence à laquelle la tension efficace maximale apparaît aux bornes de la charge nominale (haut-parleur). Ce signal devient alors le signal de référence de substitution.
Q2 : Comment fait-on exactement la distinction entre la puissance de sortie maximale et la puissance de sortie sans écrêtage ? A:
- Puissance de sortie maximaleAppliquez un signal sinusoïdal de 1 000 Hz ; l’amplificateur entre en saturation, le signal de sortie présente un écrêtage à sommet plat et le facteur de crête chute en dessous de 1.414 (valeur typique : 1.37–1.38). Surveillez les bornes du haut-parleur à l’oscilloscope pour confirmer l’écrêtage.
- Puissance de sortie sans écrêtage: À partir de l'état de puissance de sortie maximale, faire marche arrière (Réduire le gain) jusqu'à ce que l'amplificateur fonctionne à la limite entre les régimes d'amplification et de saturation. Le signal devient alors une sinusoïde pure, sans écrêtage visible, et le facteur de crête revient à environ 1.414. (En cas de légère fluctuation d'amplitude à la limite exacte, utiliser 50 % de la tension crête à crête comme valeur de crête pour le calcul du facteur de crête.) La tension efficace à ce point est inférieure à celle à la puissance de sortie maximale. Il s'agit de deux états successifs dans la même procédure de test. La puissance de sortie sans écrêtage est la référence la plus couramment utilisée pour les « conditions de fonctionnement normales » lors des tests de sécurité.
Q3 : Pourquoi ajuste-t-on le volume (gain) au lieu de l'amplitude de la source du signal lorsqu'on réduit la puissance de sortie maximale à une puissance de sortie sans écrêtage ? A : Le réglage de l'amplitude du signal source permet un contrôle grossier. En raison du gain élevé de l'amplificateur, même une petite variation de l'amplitude de la source entraîne une forte augmentation de la puissance de sortie (par exemple, sur la figure 4 originale, la réduction de l'amplitude de la source n'atteint que 4.066 V RMS, tandis que le réglage du volume atteint 4.632 V RMS, soit une différence de puissance d'environ 30 %). Méthode correcteRéglez l'amplitude du signal source et ajustez le volume/gain de l'appareil jusqu'à ce que la saturation disparaisse. Cette méthode correspond mieux à une utilisation réelle et est conforme à l'esprit de l'annexe E.1.
Q4 : D’où provient la puissance de sortie sans écrêtage de 1/8 ? Pourquoi 1/8 et pas un autre rapport ? A : Les signaux musicaux et vocaux réels ont généralement un facteur de crête ≤ 4 (l'exemple de la figure 5 originale montre une valeur ≈ 4). Pour reproduire un signal de facteur de crête = 4 sans distorsion, l'amplificateur doit gérer la crête sans écrêtage. En utilisant une onde sinusoïdale de 1 000 Hz (facteur de crête = 1.414) comme référence, si la crête du signal cible est de 3.490 V, la valeur efficace (RMS) requise pour éviter l'écrêtage serait de 3.490 / 1.414 ≈ 2.468 V. Cependant, la valeur efficace réelle du signal cible n'est que de 0.8718 V. Le rapport de tension est ≈ 0.3532 et le rapport de puissance correspondant est de 0.3532² ≈ 0.125. 1/8Ainsi, l'amplificateur est réglé pour délivrer Puissance de sortie sans écrêtage de 1/8 (basé sur la référence sinusoïdale de 1000 Hz) correspond au point de fonctionnement optimal pour une reproduction sans distorsion d'un signal réel typique avec un facteur de crête ≈4. En pratique : ajustez d'abord à 1/8 sans écrêtage avec une onde sinusoïdale (RMS ≈35.32 % du RMS maximal sans écrêtage), puis passez au bruit rose + filtre passe-bande.
Q5 : Pourquoi un filtre passe-bande est-il nécessaire lors de l’utilisation de bruit rose ? A : Le bruit rose possède un spectre très large (20 Hz – 20 kHz). Son injection directe peut saturer l'amplificateur à certaines fréquences ou introduire un bruit haute fréquence excessif, rendant le signal à l'oscilloscope chaotique et difficile à évaluer en cas d'écrêtage. L'ajout d'un filtre passe-bande (généralement limité à la bande audio utile, comme illustré dans le circuit d'origine) élimine le bruit hors bande, ce qui rend le signal plus net et plus proche du signal audio réel pour une mesure RMS précise et une évaluation de l'écrêtage efficace.
Q6 : Comment définir les conditions de fonctionnement normales pour les amplificateurs multicanaux ou les canaux qui ne peuvent pas fonctionner indépendamment ? A:
- Connectez l'impédance de charge nominale la plus défavorable à tous les canaux ;
- Faire fonctionner tous les canaux simultanément ;
- Pour les canaux qui dépendent d'autres (par exemple, une liaison interne dans un circuit intégré de puissance), connectez toujours les charges nominales et réglez-les sur la puissance de sortie sans écrêtage prévue de 1/8 ;
- Pour les équipements qui ne peuvent pas fonctionner en continu à pleine puissance (par exemple, certains amplificateurs professionnels avec protection thermique), utilisez la puissance de fonctionnement continue maximale déclarée par le fabricant comme condition normale.
Q7 : Quels sont les principaux scénarios de pire cas simulés par des conditions de fonctionnement anormales ? A : Les conditions anormales s'appuient sur des conditions normales, mais introduisent les défauts uniques plausibles les plus graves, tels que :
- Réglez le volume à n'importe quel point entre 0 et le maximum (en particulier la position provoquant la plus forte augmentation de température) ;
- Haut-parleur en court-circuit ;
- Haut-parleur en circuit ouvert ;
- Source de signal anormale (par exemple, décalage CC) ;
- D'autres défauts peuvent entraîner une surchauffe, une surcharge ou une libération d'énergie incontrôlée. Ces défauts servent à vérifier que la température, l'isolation et la protection restent conformes aux exigences de sécurité (voir annexes E.2, B.3 et B.4).
Q8 : Comment le l'équipements être positionné lors des tests d'élévation de température ? A : Positionnez l'équipement conformément aux instructions d'installation du fabricant. En l'absence de déclaration spécifique, utilisez les instructions du fabricant. simulation typique d'un meuble TV domestique:
- Boîte de test en bois à ouverture frontale ;
- Bord avant de l'équipement à 5 cm du bord avant de la boîte ;
- 1 cm de dégagement sur les côtés et en haut ;
- Un espace de 5 cm est laissé entre l'arrière de l'appareil et la paroi arrière du boîtier. Cette configuration reproduit les environnements d'installation domestiques courants.
Q9 : Les amplificateurs numériques produisent des formes d'onde désordonnées avec beaucoup de bruit de commutation — comment voir clairement l'écrêtage sur l'oscilloscope ? A : Utilisez le circuit de filtrage simple recommandé dans l'article original (points A et C aux bornes du haut-parleur, B à la masse de référence/retour, D et E à la sonde de l'oscilloscope, y compris le condensateur de 1000 pF, etc.). Cela élimine la majeure partie du bruit de commutation haute fréquence, permettant ainsi de récupérer clairement le signal sinusoïdal fondamental de 1000 Hz pour évaluer l'écrêtage. Remarque : la mention « 1000F » dans le schéma original est une erreur ; il faut lire « 1000 pF ».
Q10 : Que se passe-t-il si l’amplificateur ne présente aucun écrêtage visible même à puissance de sortie maximale ? A : Certains amplificateurs de classe D haute performance ou autres amplificateurs bien conçus restent exempts d'écrêtage/distorsion visible même à leur puissance de sortie maximale nominale. Dans de tels cas, considérer la puissance de sortie maximale mesurée comme la puissance de sortie sans écrêtage — aucun autre recul n'est nécessaire — et procédez aux tests suivants (1/8 de puissance, élévation de température, etc.) en utilisant cette valeur.
