Liaison capacitive et distorsion...

[jacquese]

Bonjour,

J'ouvre ce fil pour faire suite à une discussion commencé sur un autre topic à propos de la distorsion d'une liaison capacitive à l'entrée ou à la sortie de nos appareils audio.

Je présente ci-dessous quelques simulations d'une liaison capacitive pour signal faible (1V) en sortie d'un préampli idéal (la source de tension dans la simulation).

D'abord le sujet qui fache : simulation d'une liaison capacitive sur charge de 10K via un condo de 10uF, signal d'entrée à 20Hz

   

On voit une distorsion assez horrible car affectant l'ensemble des harmoniques et d'un niveau particulièrement sévère en comparaison de ce que peut produite une bonne électronique traitant de signaux de 1 à 2V...

Pour en savoir un peu plus on regarde ce qu'il se passe avec une résistance de  1K :

   

Avec une charge plus faible (plus de courant) la distorsion est quasi nulle. Bizarre non ?

Avec une charge de 100K (moins de courant), la distorsion diminue, mais la distribution spectrale est toute aussi horrible.

   

Mon simulateur est Microcap 9 (passé dans le domaine public), très bien adaptée au traitement audio. Les composants sont idéaux (résistance parfaite, condensateur parfait).

Si mon simulateur dit vrai, il montre clairement un carence forte d'une liaison capacitive basée sur un condensateur déjà considéré comme largement dimensionné et déjà très cher en version audiophile et cela montre que la liaison directe est bien plus performante (à partir du moment ou une liaison capacitive fait de la distorsion).

Comment repousser cette distorsion dans le bruit de fond ?  Deux méthodes :
- continuer à augmenter la résistance de charge, mais dans les faits, impossible, car l'impédance d'entrée d'un appareils audio et généralement dans la gamme 10K - 100K.
- augmenter la valeur du condensateur de liaison comme le montre les deux simulations suivantes (220uF), 1000uF).

   

   

J'ai oublié de préciser que la distorsion est mesurée sur le 5ème échantillon de la mesure du signal sinus (paramétrable sur MicroCap).

[Julien]

Salut

Intéressant.... et aussi ''super bizarre'', vu avec mes yeux d'amateur.

Vu le prix des condos, et les sujets ''subjectifs'', cela signifierait-il ?
-qu'il faut tout surdmensuionné d'un factuer 10 par défaut...
- qu'il faut prévoir un réglage au distortiomètre avec impédance de charge variable en entrée de l'ampli...

Ca ne va pas nous simplifier la vie cette histoire...

Julien

[calculette]

Bonjour,

Souvent on cherche le meilleur condensateur de liaison avec l'idée qu'un chimique polarisé ça distorsione tandis qu'un MKP ou un papier huilé ou etc ... ça distortione pas  !
En fait même un condensateur parfait ça distortione quand même.
Sur un autre fil je m'étais demandé pourquoi le filtre passe bas à 3 hz et 6db*oct constitué par un condensateur de liaison déformait autant un signal carré  de 20Hz alors qu'il n'affaiblit presque pas le 20 hz et encore moins les composantes de Fourier du signal carré.
L

[calculette]

a réponse est dans le déphasage qu'il induit.
La vrai question audiophile est : Audible ou pas ....
Denis,

[RM8Kinoshita]

Bonjour,

J'ouvre ce fil pour faire suite à une discussion commencé sur un autre topic à propos de la distorsion d'une liaison capacitive à l'entrée ou à la sortie de nos appareils audio.

Je présente ci-dessous quelques simulations d'une liaison capacitive pour signal faible (1V) en sortie d'un préampli idéal (la source de tension dans la simulation).

D'abord le sujet qui fache : simulation d'une liaison capacitive sur charge de 10K via un condo de 10uF, signal d'entrée à 20Hz



On voit une distorsion assez horrible car affectant l'ensemble des harmoniques et d'un niveau particulièrement sévère en comparaison de ce que peut produite une bonne électronique traitant de signaux de 1 à 2V...

Pour en savoir un peu plus on regarde ce qu'il se passe avec une résistance de  1K :



Avec une charge plus faible (plus de courant) la distorsion est quasi nulle. Bizarre non ?

Avec une charge de 100K (moins de courant), la distorsion diminue, mais la distribution spectrale est toute aussi horrible.



Mon simulateur est Microcap 9 (passé dans le domaine public), très bien adaptée au traitement audio. Les composants sont idéaux (résistance parfaite, condensateur parfait).

Si mon simulateur dit vrai, il montre clairement un carence forte d'une liaison capacitive basée sur un condensateur déjà considéré comme largement dimensionné et déjà très cher en version audiophile et cela montre que la liaison directe est bien plus performante (à partir du moment ou une liaison capacitive fait de la distorsion).

Comment repousser cette distorsion dans le bruit de fond ?  Deux méthodes :
- continuer à augmenter la résistance de charge, mais dans les faits, impossible, car l'impédance d'entrée d'un appareils audio et généralement dans la gamme 10K - 100K.
- augmenter la valeur du condensateur de liaison comme le montre les deux simulations suivantes (220uF), 1000uF).





J'ai oublié de préciser que la distorsion est mesurée sur le 5ème échantillon de la mesure du signal sinus (paramétrable sur MicroCap).

Bonjour Jacquese, bonjour à tous

C'est ce qui est confirmé dans les faits par les analyses de Cyril Bateman sur les distos des condensateurs, reprises ici sur LinearAudio :

https://linearaudio.net/cyril-batemans-c...d-articles

https://linearaudio.net/sites/linearaudi...ents_0.pdf

Certains concepteurs ont intégré ces résultats et utilisent des chimiques de grande capacité pour les liaisons, 
"apparemment" bien trop sur-dimensionnés et bien trop bas de gamme. En apparence ...
J'utilise tous les jours un tel matériel, et il n'y a pourtant rien à lui reprocher sur le plan sonore.

crdt.

[jsilvestre]

Bonjour,

J'ouvre ce fil pour faire suite à une discussion commencé sur un autre topic à propos de la distorsion d'une liaison capacitive à l'entrée ou à la sortie de nos appareils audio.

Je présente ci-dessous quelques simulations d'une liaison capacitive pour signal faible (1V) en sortie d'un préampli idéal (la source de tension dans la simulation).

D'abord le sujet qui fache : simulation d'une liaison capacitive sur charge de 10K via un condo de 10uF, signal d'entrée à 20Hz



On voit une distorsion assez horrible car affectant l'ensemble des harmoniques et d'un niveau particulièrement sévère en comparaison de ce que peut produite une bonne électronique traitant de signaux de 1 à 2V...

Pour en savoir un peu plus on regarde ce qu'il se passe avec une résistance de  1K :



Avec une charge plus faible (plus de courant) la distorsion est quasi nulle. Bizarre non ?

Avec une charge de 100K (moins de courant), la distorsion diminue, mais la distribution spectrale est toute aussi horrible.



Mon simulateur est Microcap 9 (passé dans le domaine public), très bien adaptée au traitement audio. Les composants sont idéaux (résistance parfaite, condensateur parfait).

Si mon simulateur dit vrai, il montre clairement un carence forte d'une liaison capacitive basée sur un condensateur déjà considéré comme largement dimensionné et déjà très cher en version audiophile et cela montre que la liaison directe est bien plus performante (à partir du moment ou une liaison capacitive fait de la distorsion).

Comment repousser cette distorsion dans le bruit de fond ?  Deux méthodes :
- continuer à augmenter la résistance de charge, mais dans les faits, impossible, car l'impédance d'entrée d'un appareils audio et généralement dans la gamme 10K - 100K.
- augmenter la valeur du condensateur de liaison comme le montre les deux simulations suivantes (220uF), 1000uF).





J'ai oublié de préciser que la distorsion est mesurée sur le 5ème échantillon de la mesure du signal sinus (paramétrable sur MicroCap).

Bonjour Jacques,

c'est pour le moins surprenant, avec des composants modélisés seulement sur leurs comportements linéaires la distorsion devrait être inexistante hormis celle résultant des approximations de calculs qui devrait plutôt apparaître comme un bruit qu'une distorsion. Peut être affiner le paramétrage de la simulation, les niveaux que tu constates restent faibles, il suffit de pas grand chose pour créer des artefacts!

joël

[6336A]

Bonjour

J’ai fait une fft avec spice, qui ne trouve pas exactement les mêmes résultats que Micro-Cap :
10µ 10K

  10µ 10K.pdf (Taille : 40,78 Ko / Téléchargements : 161)

10µ 1K

  10µ 1K.pdf (Taille : 33,05 Ko / Téléchargements : 160)  

10µ 100K

  10µ 100K.pdf (Taille : 80,56 Ko / Téléchargements : 122)

220µ 10K

  220µ 10K.pdf (Taille : 110,33 Ko / Téléchargements : 129)

1000µ 10K

  1000µ 10K.pdf (Taille : 248,42 Ko / Téléchargements : 163)

D’après Spice, Il semblerait que la distorsion soit liée avec la constante de temps dans le grave. Plus la Fc à -3dB est basse, et plus basse est la distorsion.

RM8
C'est ce qui est confirmé dans les faits par les analyses de Cyril Bateman sur les distos des condensateurs, reprises ici sur LinearAudio

Extrait du lien que tu as donné :
"Because distortion results from non-linearities inside the capacitor, inevitably it increases disproportionately both with capacitance value and applied voltage."
Traduction 
"La distorsion résultant des non-linéarités à l'intérieur du condensateur, elle augmente inévitablement de manière disproportionnée avec la valeur de la capacité et la tension appliquée."

Et c’est exactement le contraire de ce que décrivent les simulations données par Jacques. Si l’on compare la distorsion entre le 10µF 10K et celle entre le 1000µF 10K, on est dans un rapport de 1000 fois plus avec le 10µF !

calculette
Souvent on cherche le meilleur condensateur de liaison avec l'idée qu'un chimique polarisé ça distorsione tandis qu'un MKP ou un papier huilé ou etc ... ça distortione pas  !
En fait même un condensateur parfait ça distortione quand même.

Un chimique polarisé aura une distorsion toujours plus élevée qu’un MKP ou MKC ou MKT.  
Extrait traduit du lien donné par RM8 :
"Regardless of capacitance value, to minimise second and third harmonic distortions with increased AC and DC voltages, such as found in valve amplifiers, then a foil and Polystyrene, foil and Polypropylene or double metallised foil, two-series, MKP"

Bien sûr, un 100µF MKP coute cher et est encombrant. Mais avec un chimique polarisé et même un NP, il n’y a pas photo. La variation d'amplitude de la seconde harmonique, testée à signal constant avec et sans polarisation continue, résulte clairement de la tension de polarisation continue utilisée, de l'absorption diélectrique et de l'épaisseur du diélectrique.

[jsilvestre]

Pour voir j'ai essayé avec 1V 20Hz 10µ et 10KΩ en affinant les paramétrages de LTspice, le résultat est rassurant :

   

Jacques tu devrais pouvoir arriver à un résultat similaire avec Microcap.

joël

[jsilvestre]

en fenêtrant ne reste plus que le bruit des approximations de calcul:

   
 
joël

[jacquese]

Bonjour à tous,

Suite de l'analyse...

Petit passage via une mesure du signal de sortie pour mieux voir ce qui se passe sur des burst de 20Hz :

   

Comme le signal part de 0V, on voit le comportement du condensateur qui montre sa constante de temps en dessinant une enveloppe du signal de sortie variant par rapport au zéro. C'est bien prononcé au début puis sa diminue comme pour toute liaison CR : comportement exponentiel classique d'un réseau CR.

Même mesure cette fois avec une résistance de 1K : la constante de temps est moins grand et elle se stabilise plus vite mais l'enveloppe plus perturbée.

   


Même mesure cette fois avec une résistance de 100K : constante de temps plus longue mais enveloppe moins perturbée

   

Il semble bien que la distorsion mesurée soit liée à ce phénomène.
Pour le montrer, j'ai réalisé une mesure sans le condensateur (donc distorsion nulle) mais j'ai ajouté en série avec le signal un signal TBF supplémentaire en série dont le but est de décaler l'enveloppe du signal comme le ferait le réseau CR. J'ai exagéré les valeurs de perturbation. Ca donne ça au transcient :

   

et la mesure de distorsion du même circuit :

   

Conclusion : un signal dont l'enveloppe se ballade par rapport au zéro se voit affublé d'une distorsion en lien direct avec la translation de l'enveloppe, c'est à dire en lien direct avec la variation dynamique de l'offset La root cause peut se voir comme ça pour notre signal sinus : comme l'enveloppe se ballade selon une courbe ascendante  (ici) , le haut du sinus est décalé vers le haut d'une valeur Y, mais comme le bas du sinus arrive une demi période plus tard, il est décalé d'une valeur supplémentaire par rapport à Y. Au final le sinus sur sa période complète est distordu. Rappelez-vous ce que disait Gérard Perrot (Ephaïstos) à propos des variations lentes des points de fonctionnement. 
Comme la musique n'est qu'un suite d'impulsions et ne connaît quasi pas de régime continu on peut en déduire qu'une liaison capacitive produit de la distorsion quelle que soit la qualité des composants. C'est distorsion n'est pas stable. A chaque impulsion, la distorsion est maximale (transcient de l'enveloppe)  puis diminue avec la constante de temps de la liaison.
Plus la constante de temps sera longue, plus le phénomène va durer longtemps (stabilisation de l'enveloppe) mais moins le distorsion sera élevée. Plus la constante sera courte, plus la salve de disto sera brève mais sa valeur sera plus forte.
Dans tout les cas il n'y a pas de choix idéal à part un couplage DC.
Dans le prochain post je vais présenter des mesures montrant qu'en augmentant la valeur du condensateur on peut diminuer cet effet néfaste.

Joël, j'avais pas vu ton post, j'étais en train d'écrire celui-ci...
J'y reviendrai plus tard, mais la question est : au bout de combien d'échantillon LT Spice fait sa mesure de distorsion après le début du burst ? Si c'est après la stabilisation de l'enveloppe, il n'y a plus rien à la mesure. J'ai accès à ce paramètre dans Microcap : sur mesure du premier échantillon : grosse disto. Mes mesures initiales étaient au 5ème échantillon. au 10ème échantillon, la distorsion est quasi nulle. C'est tout le problème des mesures audio sur signal stabilisé, qui masque les problèmes.