Recyclage d'une électronique d'électrophone ancien en ampli guitare portable en mallette
Matériel recyclé et projet
L'électrophone à l'origine de cette transformation est un Barthe-Lenco dont la platine est manquante. Il est équipé d'un amplificateur à tubes.
Il s'agit d'un matériel de qualité équipé d'un push-pull d'EL84 et du transformateur de sortie légendaire Audax TU101.
L'idée de départ était de faire le minimum de modifications :
- contrôler l'électronique et remplacer les composants en panne ou ayant dérivé (résistances au carbone),
- changer les condensateur électrolytiques,
- ajouter une prise jack à l'entrée de l'ampli pour y brancher une guitare.
Le haut parleur est placé dans le couvercle dégondable. C'est un Audax inversé (l'aimant est à l'intérieur du cône) de 25 cm de diamètre (10") dont l'impédance est de 8 \(\Omega\).
Pour le moment, il va rester en place mais il est clairement mal adapté à sa nouvelle destination.
Constat initial
L'électronique est en assez bon état. Elle est démontée de la mallette. Les deux EL84 ont leur filament coupé : elles sont remplacées. Les deux ECC83 et le redresseur EZ81 sont OK. Les condensateurs électrolytiques sont remplacés. Les transformateurs d'alimentation et de sortie sont OK.
L'ensemble peut être mis sous tension :
- en garantissant la sécurité électrique de l'opérateur avec un transfo d'isolement secteur 220/220V,
- en connectant une résistance de 8 \( \Omega \) / 16 W (2 X 16 \( \Omega \) / 8 W en //) sur la sortie HP pour protéger l'étage de sortie,
- en intercalant une ampoule à incandescence de 100 W dans l'un des fils du secteur pour se protéger contre les effets destructeurs d'un éventuel court-circuit interne,
- en augmentant progressivement la tension grâce à un alternostat et un voltmètre AC aux bornes entrée secteur,
- en mesurant l'évolution de la HT redressée avec un voltmètre à aiguille,
- en observant le rougissement du filament de l'ampoule de 100 W,
- et en surveillant l'apparition éventuelle de fumée ou d'odeur de brûlé !
L'ensemble fonctionne ! Il chauffe pas mal (tout lampes). Voyons un peu son schéma :
On constate que pas mal de choses peuvent/doivent être modifiées et améliorées, compte tenu de la destination finale de cette électronique :
- l'appareil est dangereux ! la sécurité électrique n'est pas garantie ! la mise aux normes actuelles est absolument impérative (voir mes pages dédiées à la sécurité des guitaristes et bassistes amplifiés),
- le préampli est prévu pour mixer une entrée pick-up (correction RIAA) et une entrée micro voix à haute impédance ; il ne convient pas pour une entrée guitare,
- le filtre passe-haut du 3ème ordre, destiné à atténuer le "rumble" mécanique de la platine doit être supprimé, parallèlement, des modifications sont à prévoir pour diminuer les ronflements secteur,
- l'étage déphaseur cathodyne fonctionne dans de mauvaises conditions (résistances de charge beaucoup trop faibles),
- les résistances de blocage de grille sont soit absentes, soit de valeur trop élevée,
- l'étage de sortie et son transfo ne disposent d'aucune protection,
- le redressement peut être confié à des diodes à semi-conducteurs en lieu et place du tube valve,
- les parasites véhiculés par le secteur ne sont pas bloqués,
- l'ampli ne dispose pas de position "stand-by" permettant de couper la haute tension tout en conservant le chauffage des lampes,
- ...
En outre, l'examen visuel du châssis montre que des améliorations sont possibles :
- la tension à 50 Hz se promène un peu partout... ce qui n'est pas favorable à un ampli silencieux,
- le fil de "masse" est relié au châssis en plusieurs points, provoquant des "boucles de masse",
- les résistances sont toutes au carbone aggloméré, à remplacer par des modèles à couche de carbone, surtout dans le préampli, pour diminuer le bruit de fond.
Je vais décrire chaque améliorations/modifications/compléments apportés pour convertir cette électronique en ampli guitare avec ajout de diverses fonctions.
Préamplificateur
Le schéma est complètement repensé pour convertir le préampli-correcteur RIAA, le préampli micro voix et le mélangeur en préampli guitare. Cette partie met en œuvre la première ECC83.
Commentaires
- L'entrée se fait sur un jack à contact repos permettant de mettre l'entrée à la masse lorsque qu'aucun instrument n'est branché pour éviter les ronflements dus à une entrée à haute impédance "en l'air".
- L'embase de ce jack est le seul point de contact entre le fil de "masse" de l'électronique et le châssis, les "boucles de masse" sont ainsi supprimées.
- Le premier étage précède le potentiomètre de gain. Il doit donc admettre un signal élevé sans distorsion. C'est la raison pour laquelle sa résistance de polarisation cathodique n'est pas découplée, provoquant une contre-réaction d'intensité. Le gain est réduit mais la linéarité est améliorée et le niveau du signal d'entrée admissible est augmenté.
- Le potentiomètre "micro" est reconverti en potentiomètre de "gain".
Des résistances de blocage de grille (grid stopper resistor : GSR) sont systématiquement ajoutées sur tous les tubes pour prévenir le risque d'accrochage HF (ou même d'amplification d'un signal HF capté). Ces résistances forment des filtres passe bas avec les capacités d'entrée des tubes (quelques pF à quelques dizaines de pF avec l'effet Miller, notamment sur les triodes). Elles doivent être soudées directement sur la broche "g1" des tubes.
Correcteur de tonalité
Cette partie, qui exploite un correcteur Baxandall passif classique, est peu modifiée.
Commentaires
Le Baxandall passif introduit une perte d'insertion d'au moins une quinzaines de dB. Un inverseur a été ajouté pour le by-passer (position "boost") s'il n'est pas utilisé.
Le potentiomètre "pick-up" est reconverti en potentiomètre de "volume". Ce potentiomètre possédait un interrupteur secteur "on/off" en fin de course (comme sur les anciens postes de radio) qui n'est plus utilisé. Cela évite de promener la tension du secteur au voisinage des organes qui traitent le signal BF et diminue les ronflements. Dans le même esprit, le voyant "marche", alimenté en 6,3 V alternatif, est déporté au voisinage du transfo d'alimentation.
Ampli de tension et déphaseur
Il exploite la deuxième ECC83.
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La première triode, amplificatrice de tension, peut recevoir soit une contre-réaction globale depuis le secondaire du transformateur de sortie (avec le condensateur de découplage de cathode en place et un pont diviseur faisant intervenir la 100 \( \Omega \) cathodique = schéma classique), soit une contre-réaction locale (sans condensateur de cathode). Pour les premiers essais, j'ai privilégié les contre-réactions "locales", au niveau de chaque étage (pas de condensateur, donc). Cette disposition n'est pas très favorable à l'obtention d'une bande passante globale très plate (HI-FI...) mais elle a le gros avantage de ne pas brider la réponse transitoire qui donne toute sa "pêche" à un ampli guitare.
D'ailleurs, ce design est prisé aussi bien sur les amplis anciens (Vox AC30, AC15) que sur les amplis modernes (Orange Tiny Terror 15 W, Bugera 5 W). De plus, la coloration induite par la saturation de l'étage de puissance (souvent recherchée dans les amplis guitares à lampes) n'est pas altérée par une chaîne de contre-réaction qui engloberait cet étage que l'on fait volontairement alors fonctionner dans un régime non linéaire.
Le déphaseur cathodyne, construit autour de la seconde triode, voit ses résistances de charge cathodique et anodique portées à 47 k. La tension disponible pour l'attaque des grilles du push-pull se trouve, en conséquence, largement augmentée et ce dernier peut exprimer toute sa dynamique.
Amplificateur de puissance
Push-pull d'EL84 fonctionnant (à priori) en classe A. Cet étage est sensiblement complété.
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Un sélecteur à 3 positions permet de faire différents essais en choisissant le mode de fonctionnement des EL84, en fonction du raccordement des grilles écran :
- en mode "triode", le raccordement des écrans aux anodes assure un fonctionnement en "pseudo triode" avec un son typique (présence d'harmoniques paires), une musicalité meilleure (très peu d'harmoniques impaires) et une puissance réduite,
- en mode "pentode", le raccordement des écrans au + HT donne la puissance maximale et le "son pentode" (Marshall...),
- en mode "ultra-linéaire", le raccordement des écrans à une prise "25%" du transformateur de sortie, offre un compromis, autrefois prisé dans les amplificateurs HI-FI à lampes.
Ce sélecteur devra être à forte isolation. Il ne sera actionné qu'en positions "stand-by" ou "off".
Le transformateur de sortie Audax TU101 possède une très forte self-induction primaire (200 Henrys). Il peut donc stocker une énergie importante ( \( 1/2.L.i^{2} \) ) susceptible de provoquer des arcs destructeurs entre les spires, s'il vient à fonctionner dans des conditions anormales (sortie HP coupée, une lampe de sortie HS, surcharge, impédance de charge anormale, accrochage HF...). Pour protéger ce composant fragile, j'ai mis en place les éléments suivants :
-
Un jack HP muni d'un contact "repos" qui connecte une résistance en lieu et place du HP si celui-ci n'est pas branché, évitant à l'étage de puissance de voir une impédance infinie.
-
Des diodes connectées entre les extrémités des enroulements primaires et la masse, évitant que la tension de crête sur chaque demi-primaire ne dépasse la tension d'alimentation. Cette protection, simple et peu coûteuse est très efficace. Je suis étonné de ne la rencontrer pratiquement jamais sur les amplis commerciaux, même les plus chers et prestigieux ! En fait, je ne l'ai rencontrée que sur les amplis Music Man (qui ont d'autres spécificités technologiques fort originales et intéressantes...) et sur certains Ampeg (V2 et V48 notamment). Je l'ajoute, en général, sur mes amplis (ex. Orange) avant la catastrophe !
À noter que la puissance de 15 W du haut-parleur correspond à un minimum, s'agissant d'un ampli guitare. Un modèle admettant 25 W à 30 W RMS serait mieux adapté. Le couvercle se comporte comme un baffle plan ou comme un coffret largement ouvert sur l'arrière, il faut donc choisir un modèle avec une suspension très raide et une fréquence de résonance autour de 100 Hz. De plus, ces HP ont souvent un rendement élevé :-).
Alimentation
Avec un certain nombre d'améliorations.
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Un filtre Schaffner (de récupération) remplace l'embase secteur originale à 2 bornes. Les avantages sont mutiples :
- La prise et le cordon secteur sont à 3 bornes (bi + t) ce qui fait que le châssis et toutes les parties métalliques accessibles se trouvent reliées à la terre (matériel de "classe1") avec pour conséquences la mise aux normes de sécurité électrique et la diminution des ronflements. La borne de terre du Schaffner est reliée électriquement à l'une des équerres métalliques de fixation de la face avant.
- Un fusible (1 A temporisé) est intégré dans le filtre et accessible par l'extérieur. Il remplace le "pseudo fusible" du répartiteur de tensions.
- Le réseau L/C, intégré dans le boîtier blindé du filtre, présente une barrière aux parasites véhiculés par le secteur.
Un commutateur "off/stand-by/on" a été ajouté, comme sur tout ampli guitare à lampes qui se respecte.
La redresseuse bi-valves EZ81 est remplacée par des diodes à semiconducteurs. Simultanément, la valeur de tous les condensateurs de filtrage est augmentée. Les conséquences sont les suivantes :
- légère augmentation de la HT disponible (une vingtaine de volts), l'ampli est un peu plus puissant (la résistance du secondaire HT du transfo est suffisante pour qu'il ne soit pas nécessaire d'ajouter des résistances de limitation des pics d'intensité),
- réduction de l'ondulation résiduelle à 100 Hz,
- suppression d'une source d'échauffement de l'électronique,
- suppression de la charge de l'enroulement de chauffage de l'EZ81 : il n'alimente plus que le voyant.
Un potentiomètre ajustable "loto" de 100 \( \Omega \) est ajouté entre les bornes du chauffage 6,3 V des lampes et la masse. Ce potentiomètre est à ajuster pour réduire (voire annuler) le ronflement à 50 Hz. Il est à régler sans instrument branché, tous les réglages "à fond". Il sera à retoucher lors du changement de lampes. C'est encore un élément peu coûteux et très efficace pour réduire le bruit. On le trouve trop peu souvent sur les amplis à lampes (au pire l'une des bornes 6,3 V est reliée à la masse, au mieux un pont de résistances de 100 \( \Omega \) est placé avec le point milieu relié à la masse).
Conclusions
L'ensemble tient toujours dans la mallette dont l'aspect extérieur n'est pas modifié.
Une fine grille métallique (non visible), formant blindage, est ajoutée au fond du coffret, sous les organes électroniques. Elle est reliée à la borne de terre du Schaffner.
Une recherche est en cours pour trouver un HP 10" adapté à la guitare... c'est en bonne voie !...
Il reste à protéger l'électronique par des grilles métalliques pour disposer d'un petit ampli fonctionnel 100 % tubes. Le commutateur de "modes" de l'étage de puissance n'est pas encore mis en place.
L'espace libre, correspondant à l'emplacement de la platine, peut servir de rangement pour les cordons, une pédale d'effets...
Le dessus du châssis. Les nouveaux condensateurs de filtrage se trouvent sous le châssis. Les diodes de redressement sont directement soudées sur le support de l'EZ81 qui est conservé.
Suite...
Contrairement aux amplis guitare à semi-conducteurs, les amplis à lampes ont besoin de fonctionner entre 30% et 70% de leur puissance nominale pour exprimer tout leur potentiel en son clair. Parfois même, le guitariste recherche l'effet de saturation naturelle de l'étage de puissance en dépassant (largement) le niveau provoquant l'écrêtage du signal de sortie.
Le problème, c'est que le niveau acoustique produit peut alors dépasser (de beaucoup !...) les "besoins", à un moment donné.
Deux solutions sont principalement mises en œuvre pour concilier cette spécificité avec la production d'un niveau sonore "raisonnable" :
- Intercaler un atténuateur passif entre la sortie de l'ampli et le HP (genre "Torpédo Captor" ou encore l'atténuateur intégré dans l'ampli comme dans le Bugera V5),
- Sous-alimenter l'étage de puissance (ex. inverseur 15 W / 7 W sur l'Orange Tiny Terror).
Je vais exploiter la 1ère solution dans un petit boîtier à insérer entre l'ampli et le HP.
Un réducteur de puissance passif
Le schéma original recycle des composants de récupération :
Le réglage progressif, grâce au potentiomètre bobiné, est vraiment pratique. Il permet de doser précisément le niveau sonore produit, indépendamment de la saturation de l'amplificateur. Le plus souvent, sur les appareils commerciaux, on ne trouve qu'un commutateur offrant le choix entre quelques positions prédéfinies.
L'impédance vue par l'ampli varie un peu selon les configurations et les réglages, mais c'est sans importance d'un point de vue pratique. En effet, en utilisation normale, l'impédance d'un HP varie dans des proportions beaucoup plus grandes, selon la fréquence du signal qui lui est appliqué.
La sortie "casque" peut être redirigée vers un enregistreur ou vers une table de mixage de sonorisation (attention cependant aux "boucles de masse" ; il sera prudent d'intercaler une "boîte de direct" munie d'un transformateur d'isolement).
Les embases jack peuvent être remplacées (comme ici) par des câbles dotés de fiches jack mâles. cela diminue le nombre de contacts dans la chaîne. Ainsi, le boîtier atténuateur s'utilise-t-il comme un simple câble HP pourvu de 2 fiches jack.
Le câblage interne en cours de réalisation.
La suite...
La mise en place d'un réducteur de puissance par variation de la tension d'alimentation de l'étage final est à l'étude.