Dernière mise à jour : 13/11/2011
Présentation
Cette page présente un exemple de réalisation d'une boîte
de direct active (en fait deux versions légèrement différentes).
Cette "DI-Box" (Direct Injection Box) présente une entrée
asymétrique haute impédance pour instrument sur jack mono
6,35 mm (un commutateur permet d'utiliser cette entrée sur une
sortie HP) et une sortie symétrique basse impédance sur
XLR mâle. Elle peut tirer son alimentation d'un couple de piles
9 V, ou d'une alimentation
Phantom (provenant d'une console de mélange
par exemple). Deux schémas sont proposés :
- Schéma 002 : version complète avec entrée HP et choix alim pile / alim phantom.
- Schéma 002b : version simplifiée sans entrée HP et alim phantom uniquement.
Pour plus d'informations concernant l'utilité de
ce type d'accessoire, merci de vous reportez à la page de Présentation de
la
boîte de direct. Une version à base de transformateur BF est présentée à la page Boîte de directe passive 001.
Schéma 002
Cette boîte de direct est basée sur l'emploi d'amplificateurs
opérationnels (AOP) pour assurer une impédance
d'entrée élevée tout en permettant une sortie
symétrique.
Alimentation
Le fait que cette boîte de direct soit active impose la
présence d'une alimentation. Bien qu'il est possible d'utiliser
une alimentation secteur dédiée, le choix s'est
porté ici sur l'utilisation de deux piles 9V standards (piles
rectangulaires format 6F22), ou sur l'utilisation d'une alimentation
phantom. Le choix entre les deux sources d'alimentation s'effectue à l'aide de l'inverseur simple SW2, qui fait également
office d'interrupteur général d'alimentation (en position
alim phantom, la pile est totalement déconnectée). Les
amplificateurs opérationnels utilisés nécessitent
une alimentation symétrique
pour fonctionner normalement. Une astuce consiste ici à utiliser
une
alimentation simple et à créer une tension de
référence
(VREF sur le schéma), qui servira de masse virtuelle.
Cette
tension
de référence est élaborée à partir
d'un
banal pont diviseur constitué des deux résistances R11 et
R12,
d'égales valeurs. Une stabilisation par condensateurs (C9 à
C12) permet à cette tension de référence de
conserver
une valeur qui fluctue le moins possible. Notez la présence d'un
bouton
poussoir SW3 "Test Alim" permettant en un coup d'oeil de s'assurer de
la
présence d'une tension d'alimentation suffisante pour le
montage, en
allumant la led D4 (de type faible consommation de
préférence). Le câblage en continu de cette led n'est pas
souhaitable pour économiser les piles, ou pour ne pas trop
"tirer" sur l'alimentation phantom. La diode zener D1 de 24
V permet de
limiter la valeur de la tension générale lorsque
l'inverseur du choix d'alim est en position Alim phantom (48 V). Le
courant circulant dans cette diode zener est limité à
environ 3,5 mA par les
résistances R9 et R10 de 6K8 chacune (il faut penser qu'il y a
aussi deux résistances de 6K81 côté prise micro, voir page Utilisation
alim phantom pour plus de détails).
Le courant consommé par le TL072 est compris entre 1 et 2 mA,
donc l'ensemble consomme grosso-modo 5 mA sans la led.
Remarque : vous pouvez retirer
C3 et C6 si l'alimentation du montage se fait
uniquement via une alim phantom. Dans ce cas, les deux condensateurs C2
et C5 (valeur 100 uF) doivent avoir le pôle + tourné côté
sortie XLR
Entrée
L'entrée permet, selon la position de l'inverseur double
SW1,
de recevoir des signaux BF provenant d'une source haute
impédance
dont le niveau se situe entre niveau micro et niveau ligne (SW1 en
position haute sur le
schéma)
ou de recevoir des signaux BF provenant d'une source basse
impédance de niveau élevé telle qu'une sortie amplifiée HP d'un
ampli de sono
(SW1 en
position basse
sur le schéma), avec un potentiomètre de réglage de niveau
d'entrée
(RV1) pour atténuer si nécessaire l'amplitude du signal d'entrée,
qui
pourrait être trop élevée et saturer l'étage d'entrée. Ici le pont
diviseur constitué par R5 et RV1 apporte une atténuation minimale de 26
dB (potentiomètre au max de sa course) qui convient pour une puissance
BF de quelques watts. Il est sage de ne pas raccorder cette boite de
directe en sortie d'un ampli qui délivre une puissance supérieure
à 100 W sur 8 ohms ou 200 W sur 4 ohms (amplitude électrique du
signal d'environ 30 Veff dans les deux cas). Par la suite, un
condensateur (C1) permet
d'empêcher la tension continue provenant de VREF et passant par
R1, de remonter vers la source. En même temps, ce condensateur évite
toute tension continue éventuelle
présente à la source, de venir décaller le point
de
fonctionnement du montage. L'impédance d'entrée est ici
quasiment
fixée par la valeur de R1, et avoisine ici les 700 KO.
Sortie
Le signal BF, après avoir traversé C1, arrive ensuite sur
l'entrée non inverseuse de U1:A, monté en suiveur de
tension
: la sortie de cet AOP restitue en sortie la même chose que ce
qu'il
reçoit en entrée, mais sous basse impédance. Cette
sortie
constitue la moitié de la sortie symétrique, la sortie
"positive".
En même temps, cette sortie est routée vers un second AOP,
U1:B, qui lui non plus n'apporte aucun gain, mais qui par contre inverse la
phase du signal. Ce second AOP fournit la seconde moitié de la
sortie
symétrique, à savoir la sortie "négative" (polarité opposée). Vous
aurez
sans doute remarqué la présence de plusieurs
condensateurs sur
la sortie de chaque AOP. Ces condensateurs sont bien sûr
destinés à stopper la composante continue présente
sur les sorties en question, puisque nous travaillons ici avec une
alimentation simple et que la masse virtuelle VREF est égale à la moitié de la tension
d'alimentation (les signaux BF évoluent autour de cette
tension). En
même temps, il n'est pas question qu'une alimentation phantom de
48 V
parvienne sur ces sorties, elles n'aimeraient pas vraiment... Mais
cela n'explique pas la présence de deux condensateurs
polarisés montés
tête-bêche. Rassurez-vous, la raison en est fort simple.
Les
condensateurs placés en sortie des AOP doivent être
connectés
avec leur pôle positif du côté de la prise XLR si le montage tire son énergie
d'une alimentation phantom, mais doivent être connectés
avec
leur pôle positif du côté de l'AOP si le montage tire son énergie d'une
alimentation
par pile. Comme il est plutôt compliqué de commuter le
sens
des condensateurs en utilisation "live", deux condensateurs sont mis
ainsi
en série (avec polarités inversées) pour
constituer un
condensateur non polarisé. Ajoutons que deux condensateurs
montés
ainsi en série, s'ils sont de même valeur, constituent un
condensateur équivalent de valeur moitié à l'un des deux (deux
condensateurs
de 220 uF en série équivalent à un seul
condensateur
de 110 uF). Voila ! Quant aux deux condensateurs C4 et C7, ils
permettent
juste une meilleurs réponse dans les fréquences élevées,
et ne sont pas indispensables. Les résistances R6 et R7
permettent
de limiter le courant de sortie des AOP en cas de court-circuit franc
sur
la sortie XLR. Diodes entre sortie AOP et +V : servent à
protéger
l'AOP contre l'apparition de tensions supérieures à la
tension
d'alim, susceptibles d'apparaitre à cause des condensateurs de
liaison,
lors de commutations de l'alim phantom.
Ground / Lift ?
L'interrupteur Ground / Lift brille par son absence... Un
oubli ?
Et non. Il est impossible ici de couper la masse de la sortie XLR, si
le montage tire son alimentation d'une alimentation phantom, dont la
référence est justement... la masse. A la limite vous
pouvez ajouter un inter Ground / Lift utilisable quand le
montage
fonctionne sur pile, à vous de voir. Notez cependant la
présence d'un circuit RC parallèle qui "isole"
partiellement la masse électrique du montage, de la broche 1 de
la XLR. Ce n'est pas l'idéal j'en conviens, mais ça
fonctionne tout de même dans la grande majorité des cas.
Schéma 002b
C'est
le même schéma que celui vu précédement, mais sans l'atténuateur
d'entrée utilisé pour le raccord à une sortie HP amplifiée, et sans le
commutateur d'alim piles 9 V / Phantom. Un atténuateur (PAD) de 20 dB est proposé en option.
Résumé des modifications
Les différences entre schéma d'origine 002 et schéma simplifié 002b peuvent se résumer par les remarques suivantes.
- La
possibilité d'atténuer fortement le signal d'entrée en vue de lui faire
accepter une source HP amplifié est supprimée, c'est pourquoi
n'apparaissent plus les composants appelés à l'origine SW1, R5 et RV1.
Désormais, le signal issu de la guitare entre directement sur la
première moitié de l'AOP U1:A, via C1 et R2 (sauf si PAD optionnel
enclanché, voir ci-après).
- Si vous prévoyez d'utiliser
cette DI avec un instrument de musique autre qu'une guitare (un synthé
par exemple), il est intéressant de prévoir un atténuateur BF
(PAD) pour éviter tout risque de distorsion si la source
sonore délivre un signal d'amplitude élevée. Sur le schéma, ce PAD
optionnel est représenté par SW1, R5 et R5'.
PAD hors-service
(cas sur le schéma) : R5 est court-circuitée et R5' est déconnectée,
c'est comme si les trois composants SW1, R5 et R5' n'existaient pas.
PAD
en service : R5 est libérée et se retrouve en série avec C1, et R5' se
retrouve connectée en parallèle avec R1. Dans ce cas R5 et [R1//R5']
constituent un pont diviseur de tension
qui ici apporte une atténuation voisine de 10, soit 20 dB. Pour obtenir
une atténuation de 100 (40 dB), il suffit de donner à R5' la valeur de
1 kO au lieu de 10 kO. - La possibilité d'une alimentation
autonome sur pile étant supprimée, plus de raison d'être des composants
SW2 et BAT1 (couple des deux piles 9 V).
- Le poussoir "Test
alim" a été supprimé, la LED de présence tension alim phantom est donc
désormais toujours allumée. Il faut reconnaitre que dans le feu de
l'action, devoir appuyer sur un poussoir pour vérifier que l'alim 48 V
a bien été enclanchée sur la console semblait une opération dont on
pouvait bien se passer. Notez que la résistance en série avec la LED a
été revue à la hausse, passant de 1,2 kO à 22 kO pour limiter au
maximum la consommation du montage. En contrepartie, il faut utiliser
une LED dite "haute luminosité", au moins 200 mcd (mcd =
milli-candella).
- Condensateurs en sortie des AOP : dans le
premier montage, je faisais remarquer qu'on utilisait deux
condensateurs électrochimiques montés en série tête-bêche pour palier
au problème de polarité selon choix alim pile / alim phantom. Ici seule
l'alim phantom est mise à contribution, on peut donc revenir sur nos
pas et n'employer qu'un seul condensateur à la place de deux, bien que
garder les deux sur chaque sortie ne pose absolument aucun problème. Si
vous optez pour cette simplification, supprimez C3 et C6, puis donnez à
C2 et C5 la valeur de 100 uF. Les deux condensateurs restant C2 et C5
doivent dans ce cas avoir leur pôle positif tourné vers la sortie XLR.
Ajout d'une sortie LINK
La sortie LINK n'est ni plus ni moins
qu'une prise câblée en parallèle sur l'entrée, et
se retrouve
donc sous forme asymétrique.
Ce type de reprise ne pose pas de
problème si la prise Link est reliée sur l'entrée
haute impédance d'un ampli guitare utilisé localement.
Choix des meilleurs composants à utiliser ?
Ah ! La bonne question !
Dans ce genre de réalisation, il faut être attentif aux points suivants :
1 - La qualité audio propre des composants, dont l'AOP bien
sûr, qui est particuliérement déterminant dans la
qualité finale. Les résistances seront des modéles à couche métal, oubliez ici les résistances
carbone.
2 - La consommation du montage doit être minime, qu'il puise son énergie dans une pile ou dans une alimentation fantome.
3 - La qualité de réalisation du circuit imprimé :
le tracé des pistes de cuivre (comme dans beaucoup de montages
audio ou HF) doit être refléchie. Il faut notement faire
bien attention au routage des alimentations et des masses.
Choix de l'AOP ?
Le TL072 choisi ici n'est certe pas ce qui se fait de mieux, mais il
consomme peu et présente tout de même des
caractéristiques plus qu'honorables. Je vous invite à
mettre un support de
circuit intégré (un support CI de type Tulipe, pas de
type Lyre) et à essayer le montage avec ce CI. Si vous souhaitez
ensuite essayer d'autres AOP (NE5532, AD822, OP270 ou OPA2134 par exemple),
les échanges en seront facilités. Vous avez certes la possibilité
de fouiller dans le détails des caractéristiques
techniques de constructeurs (datasheets), mais il existe tellement de
produits identiques sur le papier, et qui sonnent différement en
conditions réelles d'utilisation... Quelques pistes.
Prototype de Maxime L.
Retour positif de Maxime L., qui a
réalisé cette boîte de direct, avec quelques modifications (légères)
par rapport au schéma 002 d'origine.
Bonjour
Rémy, je viens de finir deux DI active basées sur vos schémas. J'ai
fait 3 petites modifs pour les adapter à mon utilisation : j'ai supprimé
l'alimentation sur pile, j'ai rajouté un Pad (câblé "en l'air" car j'ai rajouté cette option après avoir
réalisé le PCB)
et j'ai supprimé l'entrée basse impédance car je n'en avais pas
l'utilité. Par ailleurs pour ceux que ça intéressera, le boîtier vient
de chez banzaï music c'est un eddystone de 92x92x42mm et le lettrage a
été fait au lazertran. J'ai pour l'instant testé
avec une guitare
électro-acoustique et une console bas de gamme behringer, et le son à
l'air transparent et le seul souffle que j'ai est celui de la
console. Le rapport qualité/prix est excellent, j'en ai eu pour une
quinzaine d'euros avec des connecteurs de récup ! Je pense que cela
revient à 20 € tout compris. Je ferai une écoute comparative pour
affiner mes commentaires.
Un grand merci à Maxime pour ces photos et commentaires.
Circuits imprimés
Réalisés
en simple face avec deux straps de même longueur (important pour la
symétrie visuelle) pour le circuit 002 et avec le nombre astronomique
de 4 straps pour la version 002b.
Typon circuit 002
A
part le triplet de composants D4 (LED), SW3 (poussoir Test alim)
et R13, tous les composants tiennent sur le circuit imprimé.
Typon circuit 002
Les
connectiques pour potentiomètres, prises d'entrée / sortie et
interrupteurs / inverseurs sont placées sur le bord du circuit, mais
rien n'impose leur présence à cet endroit, on peut très bien câbler ces
"annexes" en dehors. Par exemple, un des deux fils qui amènent le 18 V
provenant des deux piles 9 V passe par l'interrupteur SW2. La liaison
entre pile et interrupteur peut se faire aussi bien en l'air, pas
vraiment besoin d'une piste de CI pour ça. A ce sujet, vous pouvez
d'ailleurs faire comme l'a fait Maxime L., à savoir supprimer ce qui
touche aux piles, si vous êtes sûr de toujours disposer d'une alim
phantom. C'est vous le capitaine du navire.
Typon circuit 002b
Après
suppression du connecteur alim piles 9 V (BAT1) et de l'inverseur choix
source alim (SW2), il restait un peu de place pour la LED D4 et sa
résistance série R13. Donc hop, dans le panier.
Typon circuit 002b
Notez
que pour ce second typon, j'ai aussi procédé à quelques inversions de
position au niveau des résistances R6, R7, R9 et R10. Routage facilité
côté connecteur de sortie XLR (J2), mais qui a imposé un espacement des
pattes plus large pour les condensateurs C6 et C7 afin de pouvoir y faire passer
une piste de cuivre.
Typons aux formats EPS, PDF et Bitmap 600 dpi
Historique
13/11/2011
-
Ajout version simplifiée du circuit d'origine (circuit 002b). Dans
cette version simplifiée, retrait de l'atténuateur d'entrée pour sortie
HP amplifiée, retrait de l'alim par pile et ajout d'une option
atténuateur (PAD) fixe de 20 dB en entrée.
- Ajout dessin du circuit imprimé pour les deux versions 002 et 002b.
- Ajout photos du proto de Maxime L. (version modifiée du circuit 002).
16/05/2009
- Ajout poussoir SW3 et Led D4 pour test alim, que je mentionnais dans
le texte mais que j'avais omis sur le schéma (merci à
Martin de m'avoir signalé cet oubli).
- Remise en bon ordre des deux bornes de la XLR de sortie, le signal de
sortie Out+ en phase avec l'entrée était
câblé sur la broche 3 (point froid) au lieu de la broche 2
(point chaud).
