Limiteur audio simple : schéma et mesures

Cet article présente le schéma et le comportement d'un limiteur audio à des variations brutales d'amplitude du signal musical. L'enjeu est d'atténuer très vite pour ne pas endommager les haut parleurs ou faire saturer l'ampli de puissance audio, mais sans déformer l'allure du signal.

Schéma du limiteur audio

Schéma du limiteur audio simple (limiteur à diodes)

Principe de fonctionnement du limiteur audio à diodes

Le limiteur audio se base sur un pont diviseur variable entre une résistance fixe et une résistance variable qui est formée des 2 ensembles de diodes en série. On aurait pu mettre une seule diode mais la dynamique est limitée à 200mV environ, ce qui est trop faible pour un niveau ligne (1V environ).

Principe de fonctionnement du limiteur audio à diodes

La tension Vc est fonction du niveau d'entrée. Plus Vc est élevée, plus la résistance dynamique des diodes est faible et plus le signal audio est atténué par le limiteur.

Pour une explication détaillée du limiteur audio :

Limiteur de puissance audio : schema simple

Mesures sur le limiteur audio

Triangle à 5kHz

Utiliser un signal en dents de scie (triangle) permet de voir la distorsion ou l'écrêtage du signal d'entrée. Il est plus difficle de voir une distorsion sur un sinus.

Ici, on fait arriver un signal triangle à 5kHz dont l'amplitude passe 1V à 5V. Le seuil de limiteur est situé à 1.5V crête : le but du limiteur est d'empêcher les signaux de dépasser 1.5V d'amplitude.

Réponse du limiteur audio simple

Encadré rouge :

le signal est un peu déformé, mais ce n'est pas très gênant vu que le signal qui arrive est beaucoup trop fort et devrait être complètement saturé par un ampli audio sans limiteur. Le signal n'est pas déformé lorsque son amplitude vaut 1V et que le limiteur ne limite pas.

Le temps de réponse (attack) est de 10 à 20ms.

Encadré vert :

Lorsque l'amplitude du signal passe de 5V à 1V, le signal de sortie du limiteur passe de 1.5V à 0.3V. Comme le limiteur ne limite plus, l'amplitude du signal remonte progressivement jusqu'à atteindre à nouveau 1V. Ce temps doit être plus long (release).

On observe que le signal atténué à 0.3V n'est pas déformé. La qualité musicale est conservée par ce limiteur.

On peut visualiser la tension Vc créée par le limiteur :

Fonctionnement du limiteur audio

Le temps de réponse (temps de montée de Vc) est lié à R3 et C1. Le temps de relâchement est dû à R4 et R1

Basses fréquences (graves)

Le limiteur est testé maintenant sur des basses fréquences. Le but est que le temps de relâchement (release) soit très supérieur à la période du signal de plus basse fréquence pour éviter une distorsion importante.

Réponse du limiteur à un signal 50Hz modulé en amplitude

Le signal de sortie est bien limité à 1.5V d'amplitude : le limiteur fonctionne à merveille.

On peut visualiser la tension Vc (en bleu) créée par le limiteur :

Fonctionnement du limiteur audio à 50Hz

La tension Vc fait bien relativement constante, même à basse fréquence. Cela indique que sur toute une période du signal, l'atténuation instantanée est constante et le signal sortant du limiteur non déformé.

Utilisation du limiteur audio

Si vous souhaitez protéger un ampli et des enceintes efficacement et pour pas cher, vous pouvez insérer ce limiteur audio dans votre ampli, en réglant le seuil du limiteur de telle sorte que l'ampli ne puisse pas saturer en sortie (oscillo sur la tension de sortie de l'ampli).

Il faut insérer le limiteur audio juste avant l'entrée de l'ampli de puissance (et donc après le réglage du volume).

Conclusion sur ce limiteur simple

Les mesures faites à 50Hz et 5kHz confirment que le limiteur audio présenté ici fonctionne très bien. Les paramètres clé sont le temps de réponse (attack) et le temps de relâchement (release).

Exemple de réalisation d'ampli audio artisanal avec limiteur audio intégré