Amplificateurs FDA, épisode II

[gailuron]

@gailuron ou @guyniol, est ce qu'on pourrait faire une synthèse didactique, courte et accessible du parcours du flux dans un FDA depuis l'entrée du flux numérique, puis la conversion PWM, puis le redressement en analogique, synthèse qui serait, si possible suffisamment universelle pour que tout le monde puisse 1/ comprendre (même les littéraires comme moi) et servir de référence 2/ réfuter les aneries 3/ permettre d'anticiper les évolutions ?

PS. Demande amicale et ne devant pas demander de faire une thèse de doctorat de physique, vous m'avez compris... Si c'est trop de boulot, on passe à autre chose.
Merci d'avance.

Je comprends bien ta demande. Mais il est difficile de positionner le curseur entre généralités et détails trop techniques. Pour avoir fait un peu d'enseignement dans un tout autre domaine, je sais que tout le monde croit comprendre quand on reste dans les généralités mais ne comprend plus rien dès qu'on aborde un problème pratique, et inversement tout le monde décroche si on va trop loin.

Personnellement, je ne me sens pas apte à faire cette synthèse parce que je suis nul en électronique. Mes connaissances se limitent à la partie mathématique et informatique du traitement du signal. Et je suis un autodidacte en la matière puisque ma formation et mon ancien métier étaient plutôt tournées vers les maths fi, les stats, le calcul stochastique... En revanche, je veux bien collaborer avec quelqu'un qui se porterait volontaire et qui aurait besoin d'une assistance.

[B@R]

Il faudrait commencer par ne plus dire que le signal PWM n'est pas numérique.

Pourtant, je maintiens mon affirmation. D'ailleurs, aucun des liens que tu cites ne prétend que le PWM est un signal numérique.

Tu as dû les lire un peu rapidement :

Dans le premier document :

"La variation du rapport cyclique est liée à l'amplitude du signal BF analogique appliqué à l'entrée, et l'amplification du signal numérique modulé est assurée en numérique jusqu'au bout de la chaine, où un filtre passe-bas inséré entre la sortie de l'ampli et le HP va intégrer le signal numérique pour restituer une valeur analogique moyenne."

"Ne pouvons-nous alors pas faire le rapprochement avec un signal numérique PWM ?"

Dans le second document :

Le train d'impulsions et l'échantillonnage sont évidemment classés dans les signaux numériques (paragraphe 2).
La modulation par largeur d’impulsion (MLI) ou Pulse Width Modulation (PWM) est décrite dans la caractérisation d'un signal numérique (paragraphe 4).

Dans le troisième document :

"Définition : Le PWM est un signal numérique, donc la tension peut prendre deux valeurs seulement."

Alors, je rectifie ton affirmation péremptoire et fausse :
Tous les liens que je cite affirment que le PWM est un signal numérique.
Je te concède que le PWM a des propriétés particulières que tu évoques justement, mais c'est un signal numérique.

[B@R]

Comme Gailuron, je ne me sens pas capable d'assumer, seul, un article d'explication sur le flux du signal audio dans un FDA. Mais je suis également disposé à participer à un travail collectif à ce sujet.

[guyniol]

Comme Gailuron, je ne me sens pas capable d'assumer, seul, un article d'explication sur le flux du signal audio dans un FDA. Mais je suis également disposé à participer à un travail collectif à ce sujet.

perso j'en serais bien incapable, mon pseudo n'a pas été choisi au hasard

[Skylake]

D'ailleurs, si le PWM était un signal réellement numérique, comment pourrait-il être converti en signal analogique en sortie d'ampli avec des composants aussi basiques que des selfs, des condensateurs et des diodes ?

Le signal PWM est rapide, contrairement aux systèmes analogiques. Le système analogique voit une sorte de "moyenne" du signal PWM qui lui a été envoyé.



C'est aussi de cette façon qu'on peut faire varier la fréquence d'un moteur asynchrone en jouant sur sa fréquence d'alimentation. Dans le cas des variateurs de fréquence, le signal est traité par de l'électronique de puissance mais ne passe pas directement dans un système numérique.

Donc on utilise un système numérique pour piloter des composants qui travail sur un signal analogique

[gailuron]

Alors, je rectifie ton affirmation péremptoire et fausse :
Tous les liens que je cite affirment que le PWM est un signal numérique.
Je te concède que le PWM a des propriétés particulières que tu évoques justement, mais c'est un signal numérique.

Oui, on peut toujours dire qu'un signal binaire en valeurs discrètes est "numérique", mais c'est vraiment galvauder le terme numérique.

A ce compte-là, ma grande-tante faisait du contrôle "numérique" de sa machine à laver, il y a 50 ans. L'anecdote est véridique ! Ma grande-tante possédait une vieille machine à laver de 1950. Elle comportait un tambour d'essorage sans contrôle de la vitesse avec juste un interrupteur marche/arrêt et un minuteur. Pour le linge délicat, elle jouait sur l'interrupteur marche/arrêt pour réguler la vitesse. En gros, elle faisait du PWM sans le savoir.

Il y a une certaine confusion qui nous vient du monde anglophone où "digital" et "binary" ont facilement tendance à être confondus. Dans mon ancien métier, il y a 25 ans, les "options binaires" ("binary options") étaient souvent appelées "digital options" par les ingénieurs financiers américains.

[Skylake]

Donc il est les 2. Si on regarde sa forme "brute", il est bien numérique. Si on regarde sa moyenne sur une période, il est analogique. Comme le DAC est décrit ici :
http://arduino.blaisepascal.fr/conversi ... gique-pwm/

[autrichon gris]

Interessant ça un signal numero-analogique !

Tant pis pour ma synthèse genre"les FDA pour les Nuls". Mais j'attends quand même le SMSL AD 18 killer :

[gailuron]

Comme le DAC est décrit ici :
http://arduino.blaisepascal.fr/conversi ... gique-pwm/

Ce n'est pas un DAC, ni un ampli, c'est un générateur de signal PWM. Vu les basses fréquences utilisées, ça ne pourrait servir qu'à contrôler une lampe, un moteur, ou à générer des effets sonores. En effet, le PWM basse fréquence est aussi utilisé en audio mais uniquement pour générer des effets sonores par exemple dans un synthé.

Dans un ampli audio, il faut utiliser des fréquences très élevées pour 3 raisons :
- minimiser les interférences dans les circuits avec les fréquences du signal analogique à reproduire (un écart de quelques centaines de kHz suffit avec de bons filtres)
- respecter le théorème de Shannon pour reproduire les fréquences les plus élevées du signal analogique (minimum 2 x 20kHz = 40 kHz pour chaque cycle)
- assurer une résolution suffisante de l'amplitude du signal analogique puisqu'elle n'est pas donnée par une valeur numérique (le "mot" du PCM) mais par la fréquence de commutation à l'intérieur de chaque cycle
On doit donc utiliser des fréquences comparables à celle du DSD (2,8 MHz). Pendant longtemps, aucun transistor de puissance ne fonctionnait correctement à de telles fréquences d'où les résultats médiocres de la classe D en audio.

[gailuron]

Interessant ça un signal numero-analogique !

Non, ce n'est ni un signal analogique au sens strict dans la mesure où il faut le démoduler pour obtenir le signal analogique, ni un signal numérique au sens strict dans la mesure où il ne code pas avec des valeurs numériques mais uniquement avec des polarités et des fréquences. Le seul point commun avec le numérique, c'est l'échantillonnage (le "hachage" du signal analogique).

Tant pis pour ma synthèse genre"les FDA pour les Nuls".

On en reparle par MP si tu veux.

[gailuron]

@ B@R et Skylake :
J'ai (enfin) retrouvé un post de GBo, ingénieur télécoms et grand vulgarisateur sur HCFR, qui n'intervient plus depuis 2008 malheureusement. Il expliquait dans ce post de 2006 pourquoi la modulation PWM n'était pas numérique :

Dans la modulation PWM, il y a bien discrétisation dans le temps puisqu'on prend la mesure du signal électrique à moduler à intervalles de temps réguliers (question régularité, il y a un léger problème avec la dent de scie, l'avez vous vu? ), mais ce n'est pas ça qui en fait pour autant du numérique, puisqu'il n'y a jamais codage sous la forme de nombre de la grandeur caractéristique du signal (en l'occurrence audio).
En sortie du modulateur et avant tout filtrage de reconstruction, cette grandeur est représentée, par analogie , par la largeur de l'impulsion comme on l'a vu dans l'animation que j'ai donnée en lien. Une largeur d'un créneau de signal électrique, ce n'est pas un nombre.
A noter que du coup il n'y a pas besoin de faire d'arrondi (discrétisation d'amplitude) en ce qui concerne la largeur de l'impulsion, il n'y a pas de palier particulier à former dans le domaine des amplitudes!

[Steph-Hifi]

ok j'ai donc posé la question sur le facebook de SMSL, on verra la reponse

en guise de reponse, ils m'ont renvoyé sur la page du produit...

[Alain Dupuis]

J'étais au salon AV de Singapour cet après midi et j'ai assisté à une présentation de Rob Watts, le concepteur des DAC Chord. Il nous a expliqué en détail les concepts de ses designs. Je lui ai demandé si il considérait une approche FDA pour ses produits. Il m'a répondu qu'il avait fait pas mal de test avec d'excellents résultats. Le seul problème est la maîtrise des transitoires car la fréquence du hacheur est trop basse avec l'amplification pour permettre la précision qu'il recherche. Il faudrait selon lui monter dans les gigahertz pour que ça devienne aussi bon qu'une combinaison DAC + ampli analogique. On parle de très haut de gamme à ce niveau.

[gailuron]

Il faudrait selon lui monter dans les gigahertz pour que ça devienne aussi bon qu'une combinaison DAC + ampli analogique.

Je pense que tu veux dire "DAC + ampli linéaire" car le problème évoqué est celui de la classe D.

[B@R]

@ Gailuron :

L'explication de GBo est intéressante. Il considère que la largeur variable de l'impulsion PWM n'est pas un nombre représentant l'amplitude du signal audio. Il n'a pas complètement tort, mais il n'a pas complètement raison ! Cette largeur d'impulsion représente tout de même un nombre quantifiable de µs et un pourcentage tout aussi quantifiable de la longueur d'onde...

Je crois que nous avons bien la même perception du signal PWM et c'est l'essentiel !
Pour le reste c'est surtout une utilisation différente des mots.

Ce qui me gène, c'est que lorsque tu écris que le signal PWM n'est pas numérique, la plupart des lecteurs pensent immédiatement qu'il est analogique ! La réalité, nous le savons, est bien plus complexe.