Schéma préampli XLR simple

On peut réaliser simplement une interface entre XLR et RCA ou inversement pour un préampli ou un étage de sortie de table de mixage ou d'effet sonore (filtre actif à sorties XLR par exemple). Cet article présente différents schémas de préampli dont l'entrée est XLR ou dont la sortie est XLR.

Il n'y a besoin que d'une petite alimentation (+/-10V à +/-15V) pour les ampli op du préampli RCA / XLR.

Un câble XLR et un signal symétrique, c'est quoi ?

Un câble XLR contient trois conducteurs : une masse (borne 1), un point chaud (borne 2) et un point froid (borne 3).

Le point froid du XLR : définition

La masse du XLR correspond à potentiel zéro et assure le blindage des signaux. Le point chaud, c'est le signal tel qu'on le connaît dans un câble jack ou RCA (cynch). Le point froid, c'est le même signal, mais multiplié par -1. Pour un signal sinus, multiplier par -1 l'amplitude revient à faire une opposition de phase. Mais de façon générale, le point froid n'est pas l'opposition de phase mais bien un gain de -1. Le point chaud et le point froid portent autant de signal l'un que l'autre. Il n'y a pas de notion de décalage temporel entre point chaud et point froid. L'expression "opposition de phase" induit ainsi en erreur en laissant imaginer un décalage d'une demi période. Ci-dessous, l'allure des signaux sur le point chaud et le point froid du câble XLR :

Allure des signaux sur un câble XLR

Le câble qui contient la paire "signal" et "signal multiplié par -1" est appelé symétrique ("balanced", abrégé "Bal.") parce qu'il y a une symétrie par rapport à zéro) alors qu'un câble qui n'a qu'un seul conducteur "signal" (RCA, jack) est dit asymétrique (unbalanced, abrégé "Unbal."). On trouve ces abréviation dans les notices des appareils audio (tables de mixage de sonorisation, effets, etc).

Avantages du symétrique (XLR)

Pour convertir les deux signaux XLR en signal unique, il faut faire la différence (soustraction) entre le point chaud et le point froid. Comme résultat, on obtient un signal d'amplitude double. Ce qui est surtout intéressant, c'est que les parasites accumulés par le point froid vont se retrancher aux parasites accumulés par le point froid. En pratique, cela fonctionne très bien parce que les deux conducteurs (point chaud et point froid) captent quasiment les mêmes parasites (ronflette du secteur, etc). En faisant la soustraction "point chaud moins point froid", on obtient donc le double de signal et plus aucun parasite.

Si on souhaite représenter cela en équation, disons que le point chaud porte un signal s et un parasite p. Le point froid est le signal multiplié par -1, ce qui fait -s. Avec un parasite (identique au point chaud, ils récoltent les mêmes parasites, étant très voisins dans le câble XLR), le point froid portera donc -s+p.

En faisant la soustraction :

Point chaud - point froid = (s+p) - (-s+p) = 2s

Le parasite a été éliminé et le signal a été conservé, et même doublé. Ce doublement d'amplitude se traduit par une augmentation de niveau sonore de +6 dB. C'est pour cela que les câbles XLR ont parfois la réputation d'avoir un signal plus pêchu, plus dynamique, etc.

Et la masse châssis du XLR ?

On peut relier la masse audio (blindage du câble sur la borne 1 du XLR) au châssis (une quatrième borne du connecteur ou la prise de terre de l'appareil) par un condensateur de quelques nF (2,2 nF par exemple). Cela a l'avantage d'éviter toute boucle de masse (ce que pourrait faire un fil) mais de tout de même rapprocher les potentiels de la masse audio et de la masse châssis (la terre présente par le fil jaune/vert). Cette astuce est facile à mettre en place dans les châssis des appareils.

Schéma du préampli XLR vers RCA

On souhaite ici passer de XLR vers RCA, c'est-à-dire de symétrique vers asymétrique. La façon la plus efficace, la plus courante et la plus simple consiste à utiliser un ampli op en amplificateur différentiel. En effet, parmi les montages de l'ampli op, l'amplificateur différentiel réalise exactement ce qu'on souhaite ! Voici donc le schéma du préampli XLR vers RCA ou jack :

Préampli à entrée XLR et sortie asymétrique : schéma

Les condensateurs de 1 uF servent à bloquer une éventuelle composante continue sur les signaux. Leur tension nominale doit être au moins 63 V en cas d'alimentation phantôme 48 V ("phantom") pour des micros. Cependant le montage du préampli ci dessus n'est pas prévu pour les niveaux faibles comme les micros. Il est prévu pour convertir des signaux de l'ordre du Volt (niveau ligne).

R4 (100 Ohms) sert à éviter que la sortie de l'ampli op ne soit connectée directement au câble et à la capacité parasite. Dans ce cas, l'ampli op pourrait devenir instable et générer des signaux parasites à haute fréquence (de l'ordre de 100 kHz à quelques MHz). On peut choisir une résistance de 47 Ohms ou 220 Ohms sans problème.

Si le préampli ne fonctionne qu'avec des signaux de niveau ligne (lecteur CD, sortie de table de mixage) et qu'on souhaite filtrer efficacement les fréquences inférieures à 20 Hz, on peut modifier le schéma et aboutir à ce préampli à entrée XLR :

Préampli à entrée XLR et sortie asymétrique + filtre actif passe haut (22 Hz) : schéma

La partie de gauche, basée sur l'ampli op U1a, forme le préampli (montage différentiel = il fait la soustraction point chaud moins point froid) à proprement parler. Les condensateurs de liaison ont été supprimés. Ensuite, l'encadré rose est un filtre actif d'ordre 2 (12 db par octave comme pente d'atténuation) basé sur U1b. C'est une structure de Sallen Key très classique. L'avantage, c'est qu'on peut utiliser un seul ampli op double (TL072, RC4558, etc) pour ce montage.

Note : c'est ce montage qui a été réalisé dans le filtre actif sono à 4 voies présenté sur Astuces Pratiques. En voici le détail de la réalisation faite en composants CMS :

Réalisation de l'étage d'entrée XLR vers asymétrique avec filtre actif passe haut

Comme ce filtre actif pour sono fait marcher des caissons de grave, il est utile de couper plus franchement les fréquences sous 20Hz environ.

Schéma du préampli RCA (asymétrique) vers XLR

SCHÉMA DU PRÉAMPLI RCA VERS XLR

On peut présenter un schéma de préampli à sortie XLR. Il s'agit probablement du schéma le plus simple à base d'ampli op :

Schéma du préampli RCA vers XLR (préampli le plus simple)

Le signal d'entrée attaque simultanément deux montages : un suiveur (gain=1) basé sur U1a et un montage inverseur (gain=-1) basé sur U1b. Le gain de cet inverseur est défini par -R2/R1.

C1 forme un filtre passe haut à 16 Hz et supprime les éventuelles fréquences trop basses (ce n'est pas la peine de les amplifier et de les retrouver plus loin dans les appareils et, in fine, dans les haut-parleurs !).

Il n'y a pas besoin de placer une résistance entre l'entrée + du suiveur et la masse pour écouler le courant de bias de U1a parce que R1 permet cet écoulement.

R3 et R4 évitent que les ampli op ne soient connectés directement au câble qui représente une capacité de quelques nF vers la masse.

Si on souhaite booster le niveau de ce préampli XLR, on peut transformer le suiveur en amplificateur et augmenter le gain du montage inverseur.

Schéma du préampli RCA vers XLR (préampli avec gain et réglage de volume)

Le préampli RCA vers XLR présenté ci dessous convertit un signal asymétrique en signal symétrique (création du point froid) avec un gain supplémentaire de 2 (donc +2 pour le point chaud et -2 pour le point froid). Voici le schéma du préampli XLR avec gain :

Préampli RCA vers XLR (préampli avec gain 2 et réglage de volume) : le schéma

P1 est un potentiomètre simple (1 canal, "single gang") qui dose le niveau du signal. La suite du préampli est semblable à préampli précédent, mais :

- le suiveur est devenu un amplificateur de gain +2 (le gain est défini par 1+R6/R5).

- le gain de l'inverseur est passé à -2 (le gain est défini par -R2/R1)

C'est ce montage qui a été utilisé dans la réalisation du filtre actif sono 4 voies. U1a et U1b sont un seul TL072 (ampli op double). Si pour votre montage, l'impédance de P1 en parallèle avec R1 est trop faible (ici 5 kOhms pour P1 = 10 k), vous pouvez choisir un potentiomètre de 50 k et multiplier par 5 toutes les valeurs de résistances, et passer C1 (1 uF) à 220 nF. La réalisation pratique intégrée dans le filtre actif pour sono est détaillée ci dessous :

Préampli RCA vers XLR : potentiomètre de volume pour filtre actif

Le circuit imprimé du filtre actif avec préamplis à l'entrée (1 fois XLR vers RCA) et à la sortie (4 fois RCA vers XLR) dans son ensemble ressemble à ceci :

Circuit imprimé du filtre actif 4 voies avec préamplis RCA / XLR et XLR / RCA

Mais pour les paresseux, on peut même se passer de tous ces montages...

Conversion RCA / XLR sans préampli

Si vous n'avez aucun matériel ni aucune envie de réaliser un de ces préamplis, il est toujours possible d'ignorer les avantages du vrai signal symétrique et d'utiliser la connectique XLR de façon un peu abusive, mais compatible avec les vrais XLR (professionnels et motivés de la réalisation). Cette astuce passera relativement inaperçue, sauf que :

- parasites plus importants dans le "faux" câble XLR ou dans le signal asymétrique- niveau sonore après reconversion XLR vers asymétrique de 6dB plus faible ("Tiens tiens, pourquoi il y a si peu de niveau ?")

Voici donc l'astuce du paresseux pour remplacer un préampli RCA vers XLR ou inversement :

Remplacement de préampli RCA / XLR et XLR / RCA

Mot de la fin

Les ampli op permettent de réaliser facilement des préamplis qui convertissent un signal asymétrique et signal symétrique, et réciproquement. La connectique XLR, très utilisée en sonorisation, offre une meilleure immunité aux parasites (ronflettes, etc) et ces montages vous permettent d'y accéder facilement depuis un simple signal asymétrique.