Buffers et électronique active

Une guitare peut parfaitement posséder des micros passifs tout en embarquant une électronique active.

C’est même très courant sur les basses.

Dans ce cas, les micros fonctionnent exactement comme des micros passifs traditionnels : la vibration des cordes produit le signal électrique. Celui-ci est ensuite envoyé vers un circuit alimenté par une pile ou une batterie.

On obtient alors une chaîne du type :

corde → micro passif → électronique active → sortie

Il faut donc bien distinguer ce système des micros actifs, dans lesquels le préamplificateur fait partie intégrante de la conception du micro.

Seymour Duncan commercialise par exemple plusieurs préamplificateurs embarqués destinés explicitement à être utilisés avec des micros passifs.

Un peu d’histoire : quand l’électronique active entre dans l’instrument

L’électronique active embarquée n’est pas née dans les années 1980 avec les basses « modernes ».

On en trouve déjà des exemples au début des années 1960. Burns commercialise notamment la TR-2 en 1963-64, avec une électronique transistorisée, et Vox proposera quelques années plus tard plusieurs basses actives. L’idée existe donc déjà.

Mais c’est surtout à la fin des années 1960, dans la scène de San Francisco, qu’elle va prendre une autre dimension.

En 1969, Ron et Susan Wickersham fondent Alembic. À l’origine, il ne s’agit pas vraiment d’un fabricant de guitares au sens classique, mais d’une structure technique travaillant notamment avec le Grateful Dead, Jefferson Airplane et Crosby, Stills, Nash & Young afin d’améliorer la sonorisation et l’enregistrement des concerts. Alembic explique elle-même que, lorsque les systèmes de sonorisation eurent suffisamment progressé, les instruments et leur électronique devinrent à leur tour un maillon à améliorer.

Le contexte est important.

Le Grateful Dead poursuit alors une véritable obsession pour un son de scène puissant mais aussi extrêmement propre. Owsley « Bear » Stanley, Ron Wickersham, Rick Turner et d’autres membres de cette petite nébuleuse technique travaillent aussi bien sur les systèmes de sonorisation que sur les instruments du groupe. Cette recherche culminera quelques années plus tard avec le gigantesque Wall of Sound.

Les basses deviennent rapidement un terrain d’expérimentation privilégié.

Phil Lesh, bassiste du Grateful Dead, et Jack Casady, de Jefferson Airplane, utilisent notamment des Guild Starfire qui seront profondément modifiées. Alembic y expérimente des micros à basse impédance et des préamplificateurs embarqués. Ron Wickersham explique que ces circuits permettaient d’étendre considérablement la bande passante des micros tout en conservant un niveau de sortie exploitable.

C’est précisément là que l’association entre micro basse impédance + préampli embarqué devient particulièrement intéressante.

Une bobine comportant moins de spires peut offrir une inductance plus faible et une réponse plus étendue, mais elle produit également une tension plus faible. Le préampli permet alors de récupérer un niveau convenable tout en conservant les avantages de cette architecture.

Autrement dit, l’électronique active n’est pas uniquement utilisée pour « booster » une basse.

Elle permet aussi de concevoir autrement le micro lui-même.

Rick Turner résumera plus tard le principe : les micros basse impédance qu’il développait avaient une bande passante beaucoup plus large ; le préampli conçu par Ron Wickersham permettait ensuite de ramener leur signal au niveau utilisable par les équipements habituels.

Du laboratoire au bassiste

Alembic finit par construire ses propres instruments.

Au début des années 1970, ses basses deviennent emblématiques d’une nouvelle approche : construction très élaborée, micros basse impédance, électronique active sophistiquée et recherche d’une réponse beaucoup plus large que celle des instruments passifs traditionnels.

Des bassistes comme Stanley Clarke vont énormément contribuer à faire connaître cette esthétique sonore. Premier Guitar rappelle qu’Alembic commence à proposer une gamme standard vers 1973 après plusieurs années d’expérimentation sur les micros basse impédance et l’électronique active.

Phil Lesh poussera même la logique très loin avec sa fameuse basse Mission Control, conçue pour fonctionner avec le Wall of Sound et capable notamment d’envoyer séparément le signal de chacune des quatre cordes vers des sections dédiées du système de sonorisation.

À ce stade, on est assez loin du simple « volume + tonalité » d’une Precision Bass.

La démocratisation

Alembic reste cependant du matériel très haut de gamme, construit en petite quantité.

L’étape suivante arrive en 1976 avec la Music Man StingRay.

Conçue autour du travail de Leo Fender, Tom Walker et Forrest White, avec Sterling Ball parmi les testeurs, elle associe un humbucker à un préampli actif alimenté en 9 V et une égalisation embarquée. Elle est généralement considérée comme la première basse de grande série à proposer une véritable égalisation active embarquée.

L’électronique active cesse alors d’être principalement l’affaire de quelques ateliers expérimentaux et commence à entrer dans l’instrument industriel.

Pourquoi ajouter une électronique active ?

Un micro passif produit un signal relativement faible et présente une impédance assez élevée.

Cela fonctionne parfaitement, mais cela signifie aussi que le micro interagit avec tout ce qui vient après lui :

les potentiomètres, le condensateur de tonalité, le câble et l’entrée de l’amplificateur.

La capacité du câble participe notamment au circuit résonant du micro. Changer de câble peut donc légèrement modifier sa réponse dans les aigus.

Une électronique active placée directement dans l’instrument permet de modifier cette situation.

Elle peut servir à :

augmenter le niveau du signal ;

abaisser son impédance de sortie ;

isoler le micro de la charge placée après lui ;

réaliser une égalisation active ;

ou combiner plusieurs de ces fonctions.

Il ne faut donc pas réduire l’électronique active à « mettre plus de volume ».

Le préamplificateur

Un préamplificateur, ou préampli, reçoit un signal relativement faible et le prépare pour la suite de la chaîne.

Il peut fournir du gain, c’est-à-dire augmenter l’amplitude du signal.

Mais il peut également remplir d’autres fonctions : adaptation d’impédance, filtrage, égalisation ou mélange de plusieurs sources.

C’est ce que l’on retrouve dans de nombreuses basses actives.

Seymour Duncan propose par exemple des préamplis embarqués destinés à des micros passifs avec volume général, balance et égalisation active deux ou trois bandes.

Dans ce type d’instrument, les micros restent donc passifs.

C’est ce qui vient après eux qui est actif.

Le buffer

Le buffer est un cas particulier particulièrement intéressant.

Son but principal n’est pas d’augmenter le niveau.

Un buffer peut parfaitement avoir un gain très proche de 1 : ce qui entre ressort pratiquement au même niveau.

Son rôle est surtout de présenter :

une impédance élevée à son entrée ;

une impédance faible à sa sortie.

Pour le micro, cela signifie qu’il travaille dans une charge relativement légère.

Pour le câble et l’amplificateur, cela signifie qu’ils reçoivent un signal provenant d’une source beaucoup moins sensible à ce qui est connecté derrière.

On peut voir le buffer comme un étage de découplage entre le micro et la charge qui suit. Il ne fournit pas une isolation galvanique : il évite surtout que le câble et les circuits suivants chargent directement le micro.

Il ne change pas nécessairement le niveau, mais il change profondément la manière dont les différentes parties du circuit interagissent.

Pourquoi l’impédance est-elle importante ?

Un micro passif possède une impédance relativement élevée qui varie avec la fréquence.

Le câble possède, lui, une capacité électrique.

Les deux interagissent.

C’est notamment cette interaction qui contribue à déterminer la fréquence de résonance du système et donc une partie de son caractère sonore.

Après un buffer, l’impédance de sortie devient beaucoup plus faible.

La capacité du câble a alors beaucoup moins d’influence sur la réponse du signal.

C’est l’une des raisons pour lesquelles un système actif supporte généralement beaucoup mieux les longs câbles qu’un micro passif branché directement dessus.

Seymour Duncan met d’ailleurs en avant cette capacité à conserver un signal stable sur de longues liaisons pour certains de ses systèmes actifs.

Buffer et préampli : même chose ?

Pas exactement.

Un buffer est principalement destiné à adapter les impédances.

Un préampli peut également fournir du gain ou modifier la réponse en fréquence.

Mais dans la pratique, les deux fonctions sont souvent réunies dans le même circuit.

Un préampli embarqué possède généralement une entrée à haute impédance et une sortie à faible impédance. Il remplit donc également le rôle d’un buffer.

La frontière entre les deux termes dépend surtout de ce que le circuit est censé faire.

S’il se contente essentiellement d’isoler le micro et de fournir une sortie basse impédance, on parlera volontiers de buffer.

S’il amplifie ou égalise également le signal, le terme préampli devient plus naturel.

Une guitare active n’a pas nécessairement des micros actifs

C’est une confusion assez fréquente.

On peut parfaitement avoir :

des micros passifs + un préampli actif.

C’est même une architecture très répandue.

Le Blackouts Modular Preamp de Seymour Duncan en fournit un exemple assez parlant : le circuit actif est intégré au potentiomètre de volume et peut être associé à des humbuckers passifs.

La pile alimente alors le préampli.

Elle n’alimente pas les aimants du micro et ne sert pas à créer le champ magnétique.

Le micro produit toujours son signal par induction.

Où placer le préampli ?

Idéalement, assez tôt dans la chaîne.

Si le but est d’isoler le micro des charges qui suivent, le buffer doit évidemment intervenir avant ces charges.

Un montage très simple pourrait donc être :

micro → buffer → volume → sortie

Mais il existe de nombreuses variantes.

Dans certaines électroniques actives :

micro → volume/blend → préampli/EQ → sortie

Dans d’autres :

micro → buffer → volume/blend → EQ → sortie

Le choix dépend du comportement recherché.

Un potentiomètre placé avant le buffer charge encore le micro.

Le même potentiomètre placé après le buffer travaille sur une source beaucoup plus basse impédance.

L’ordre n’est donc pas neutre.

Les potentiomètres changent aussi

Nous avons vu que les guitares passives utilisent couramment des potentiomètres de 250 kΩ ou 500 kΩ, parfois 1 MΩ.

Avec une électronique active, les valeurs peuvent être beaucoup plus faibles.

On rencontre fréquemment des potentiomètres de 25 kΩ ou 50 kΩ.

Ce n’est pas parce que les potentiomètres actifs fonctionnent selon une autre physique.

C’est simplement que le signal provient désormais d’une source à faible impédance.

Utiliser 500 kΩ n’est donc plus nécessaire pour éviter de charger fortement le micro.

Il faut néanmoins respecter les valeurs prévues par le circuit : remplacer arbitrairement un potentiomètre de 25 kΩ par un 500 kΩ n’est pas une amélioration.

À quoi sert la pile ?

La pile fournit l’énergie nécessaire au fonctionnement des composants actifs : transistors, amplificateurs opérationnels ou autres circuits électroniques.

Cette énergie permet notamment au circuit de fournir du gain, de piloter une charge plus faible ou d’amplifier certaines bandes de fréquences.

Sur la plupart des instruments, la pile n’est connectée que lorsque le jack est inséré.

Pour cela, on utilise souvent une prise jack stéréo alors que le signal de guitare reste mono.

Le contact supplémentaire sert simplement d’interrupteur pour la batterie.

C’est pourquoi laisser un câble branché dans une guitare active peut continuer à décharger la pile même lorsque l’amplificateur est éteint.

9 volts ou 18 volts ?

Beaucoup d’électroniques embarquées fonctionnent sous 9 V.

Certaines peuvent également être alimentées sous 18 V, généralement avec deux piles de 9 V en série.

Passer de 9 à 18 V ne signifie pas que le niveau de sortie sera automatiquement doublé.

Le principal avantage est généralement d’augmenter la marge disponible avant saturation, ce que l’on appelle le headroom.

Un signal possède des crêtes.

Si celles-ci deviennent trop importantes pour la tension disponible dans le circuit, elles ne peuvent plus être reproduites correctement et le préampli commence à saturer.

Une alimentation plus élevée peut permettre au circuit d’accepter des crêtes plus importantes avant d’atteindre cette limite.

Le résultat peut donc être particulièrement intéressant avec des micros puissants, une égalisation fortement amplifiée ou un jeu très dynamique.

Mais encore faut-il que le circuit soit conçu pour accepter 18 V.

Deux piles ne constituent pas une amélioration universelle à essayer au hasard.

Actif ne signifie pas forcément puissant

Une électronique active permet facilement d’obtenir beaucoup de niveau.

Mais ce n’est pas une obligation.

Un buffer peut même fournir pratiquement le même niveau qu’à son entrée.

L’intérêt peut simplement être d’obtenir une sortie à faible impédance et de rendre la réponse beaucoup moins dépendante du câble.

De même, un préampli peut être conçu pour fournir beaucoup de gain ou rester pratiquement neutre.

Le terme actif signifie avant tout que le circuit utilise une source d’énergie externe.

Il ne décrit pas à lui seul son niveau, son caractère sonore ou son usage musical.

Et si la pile est vide ?

Cela dépend entièrement du circuit.

Certaines guitares disposent d’un mode passif permettant de contourner l’électronique active.

Dans ce cas, l’instrument peut continuer à fonctionner sans pile, généralement avec certaines fonctions désactivées.

D’autres circuits ne possèdent aucun bypass.

Si la batterie est épuisée, le signal disparaît ou devient inutilisable.

Ce n’est donc pas une propriété générale des instruments actifs : il faut regarder le schéma de l’instrument concerné.

Et l’égalisation active ?

C’est probablement l’application la plus visible de l’électronique embarquée, en particulier sur les basses.

Une tonalité passive traditionnelle peut essentiellement retirer certaines fréquences.

Une égalisation active peut faire davantage : elle peut atténuer ou amplifier une zone du spectre.

On peut donc disposer d’une commande dont le centre correspond à une réponse neutre :

tourner dans un sens augmente les graves ;

tourner dans l’autre les réduit.

Même chose pour les médiums ou les aigus selon le circuit.

Seymour Duncan décrit par exemple ses préamplis deux et trois bandes comme capables d’augmenter ou de réduire séparément différentes régions du spectre.

Les filtres, les fréquences et la marge disponible sont détaillés dans L’égalisation active.

En résumé

Un micro passif peut parfaitement être associé à une électronique active.

Le micro produit alors le signal exactement comme auparavant.

Le circuit actif intervient ensuite pour le traiter.

Un buffer sert principalement à présenter une forte impédance au micro et une faible impédance à ce qui suit.

Un préampli peut remplir cette fonction tout en apportant du gain ou d’autres traitements.

Et une alimentation 9 ou 18 V ne rend pas automatiquement l’instrument « plus puissant » : elle fournit simplement l’énergie dont le circuit actif a besoin pour fonctionner.

L’intérêt principal de cette architecture est finalement assez simple :

le micro produit le signal ; l’électronique active permet ensuite de mieux contrôler ce que l’on en fait.