tubes et transistors, démistification
Il y a beaucoup de questions concernant les tubes et les transistors. Lesquels sont meilleurs que les autres? Difficile question à laquelle il y a deux réponses possibles, une théorique et une pratique. La réponse la plus simple est la réponse théorique. Par contre en pratique, il est impossible de répondre autre chose qu'il faut comparer les montages entre eux. En tant que professionnel de l'électronique dont le premier intérêt à toujours été l'audio, j'en connais un rayon et je vais essayer de le partager sans rentrer dans les détails techniques..
En théorie, la réponse est simple. Les tubes sont des composant hybrides qui, du point de vue de leur utilisation, font appels autant à l'électromagnétisme de Maxwell qu'à l'électronique. Avec les transistors, on est dans la physique des matériaux et dans l'électronique. La différence principale étant qu'avec les tubes, nous avons des électrons qui se déplacent dans du vide, alors qu'avec les transistors nous avons des électrons qui se déplacent dans de la matière.
Ceci implique que des électrons dans du vide induisent moins de bruits de fond que des électrons dans de la matière, et que le niveau de bruit intrinsèque au composant est à l'avantage du tube. La différence est très faible, de quelques dB sur environ 140 dB, mais elle existe.
Maintenant, si je dit ça sur certains forums audiophiles, cela provoque un tollé et je me fais presque vider du forum. Cela est cependant vrai, mais reste tellement cher à implémenter en pratique, que presque personne ne le réalise. En effet, il faut commencer par utiliser des tubes de la plus haute qualité possible, il faut avoir une implémentation en béton qui tienne compte de toutes les sources possibles de bruit, et il faut avoir une réalisation pratique qui soit à la hauteur. L'implémentation implique d'avoir une alimentation qui soit au moins aussi bonne que le montage. Chacune de ces étapes coûte cher. Et comme les transistors coûtent moins chers que les tubes, et qu'une réalisation à transistors coûte également moins cher en raison d'une plus grande simplicité mécanique, d'un poids et d'un encombrement moindres, d'une moins grande sensibilité aux perturbations électromagnétiques et aux vibrations, et des plus faibles tensions, très peu nombreux sont ceux qui le font avec des tubes. Très peu nombreux sont même ceux qui envisagent sérieusement la possibilité de le faire avec des tubes, et ceci déjà sous l'angle théorique, tant la croyance que les tubes sont plus bruyants est répandue. On se croirait pendant l'inquisition quand la personne la plus populaire, celle que chacun jurait avoir vue, était le diable. Mais en théorie, rien n'est plus faux que ces croyances superstitieuses.
Ensuite, le rapport signal bruit n'est pas tout. Il faut aussi voir la bande passante et les différentes distorsions. Et là aussi ce n'est pas simple. Les tubes amplificateurs qui ont le moins de bruit de fond sont les triodes, mais ce sont aussi ceux qui ont la plus faible bande passante dans les montage utilisés habituellement en audio, et cette bande passante est inversement proportionnelle à leur gain pour ces montages. Pour obtenir un gain élevé et une bonne bande passante, il faudra donc plus d'étages avec des triodes qu'avec des transistors, ou recourir à d'autres implémentations, ce qui augmente les coûts.
Pour la distorsion, tant qu'on est dans un préampli en classe A, il n'y a pas de grandes différences entre tubes et transistors. Pour les amplis, il est plus facile d'obtenir peu de distorsion avec des transistors, mais celle-ci est souvent plus brutale pour les oreilles que celle des tubes. Donc là aussi le coût est à l'avantage des transistors, ceci d'autant plus qu'il y a longtemps que ceux-ci ne nécessitent plus de transformateurs de sortie.
Pour l'alimentation, il faut voir que le bruit de fond de redresseurs à tube est beaucoup plus facile à filtrer que celui de redresseurs semi-conducteurs. Cela à aussi son coût. Les diodes semi-conducteurs sont relativement bon marché, mais ce sont de véritables usines à bruit de fond, et une partie de ces bruits de fond est quasi impossible à filtrer de façon efficace.
Pour les condos de filtrage, certains audiophiles ne jurent que par les condos au papier et ils les multiplient, utilisant de véritables banques de condos. Ce qu'ils ne se rendent pas compte est qu'ils introduisent plus de bruits de fond avec la complexité du câblage qu'ils n'en gagnent en utilisant un seul condo électrolytique de qualité avec un petit condo de plus faible valeur en parallèle. Mais dans les deux cas, comme nous avons à faire à des tensions élevées, cela coûte cher. De plus, pour limiter les bruits de fond au maximum, il peut être nécessaire de stabiliser certains étages de l'alimentation, et cela coûte cher aussi, particulièrement avec des tubes. En pratique, l'alimentation d'un ampli à tube peut coûter même plus cher que l'ampli lui-même si le but est d'obtenir la meilleure qualité de son possible, ceci tout particulièrement avec les amplis de forte puissance dans lesquels il faudra encore rajouter des protections automatiques dans l'alimentation.
Quand à l'ampli ou au préampli eux-mêmes, il y a trop de possibilités pour les traiter ici. Mais le principe de base est le même qu'avec l'alimentation, il faut chasser toutes les sources de bruit à leurs sources. Dans certains cas, il faut même doubler certains montages afin de supprimer le bruit qu'ils introduisent dans l'alimentation. En effet, en présence du signal, le courant d'un étage d'amplification varie, et cela introduit un bruit de fond d'intermodulation dans l'alimentation. Un moyen radical pour le supprimer est de mettre en parallèle sur le même nœud d'alimentation un deuxième étage identique qui travaille en opposition de phase. Cela double donc les coûts et oblige à avoir une alimentation plus baraquée. (Certains amplificateurs opérationnels à faible bruit implémentent en interne ce genre d'astuces.)
On pourrait encore parler de choses comme la polarisation du chauffage des tubes et des blindages, ou de séparer physiquement l'alimentation de l'ampli et le préampli de l'ampli, toutes choses qui ont leur coût.
La conclusion évidente est qu'il n'y a pas deux montages identiques et qu'il faut donc comparer les matériels entre eux. Et comme des rapports de mesure ne disent pas tout, la seule comparaison vraiment valable est celle faite par nos oreilles.
En théorie, la réponse est simple. Les tubes sont des composant hybrides qui, du point de vue de leur utilisation, font appels autant à l'électromagnétisme de Maxwell qu'à l'électronique. Avec les transistors, on est dans la physique des matériaux et dans l'électronique. La différence principale étant qu'avec les tubes, nous avons des électrons qui se déplacent dans du vide, alors qu'avec les transistors nous avons des électrons qui se déplacent dans de la matière.
Ceci implique que des électrons dans du vide induisent moins de bruits de fond que des électrons dans de la matière, et que le niveau de bruit intrinsèque au composant est à l'avantage du tube. La différence est très faible, de quelques dB sur environ 140 dB, mais elle existe.
Maintenant, si je dit ça sur certains forums audiophiles, cela provoque un tollé et je me fais presque vider du forum. Cela est cependant vrai, mais reste tellement cher à implémenter en pratique, que presque personne ne le réalise. En effet, il faut commencer par utiliser des tubes de la plus haute qualité possible, il faut avoir une implémentation en béton qui tienne compte de toutes les sources possibles de bruit, et il faut avoir une réalisation pratique qui soit à la hauteur. L'implémentation implique d'avoir une alimentation qui soit au moins aussi bonne que le montage. Chacune de ces étapes coûte cher. Et comme les transistors coûtent moins chers que les tubes, et qu'une réalisation à transistors coûte également moins cher en raison d'une plus grande simplicité mécanique, d'un poids et d'un encombrement moindres, d'une moins grande sensibilité aux perturbations électromagnétiques et aux vibrations, et des plus faibles tensions, très peu nombreux sont ceux qui le font avec des tubes. Très peu nombreux sont même ceux qui envisagent sérieusement la possibilité de le faire avec des tubes, et ceci déjà sous l'angle théorique, tant la croyance que les tubes sont plus bruyants est répandue. On se croirait pendant l'inquisition quand la personne la plus populaire, celle que chacun jurait avoir vue, était le diable. Mais en théorie, rien n'est plus faux que ces croyances superstitieuses.
Ensuite, le rapport signal bruit n'est pas tout. Il faut aussi voir la bande passante et les différentes distorsions. Et là aussi ce n'est pas simple. Les tubes amplificateurs qui ont le moins de bruit de fond sont les triodes, mais ce sont aussi ceux qui ont la plus faible bande passante dans les montage utilisés habituellement en audio, et cette bande passante est inversement proportionnelle à leur gain pour ces montages. Pour obtenir un gain élevé et une bonne bande passante, il faudra donc plus d'étages avec des triodes qu'avec des transistors, ou recourir à d'autres implémentations, ce qui augmente les coûts.
Pour la distorsion, tant qu'on est dans un préampli en classe A, il n'y a pas de grandes différences entre tubes et transistors. Pour les amplis, il est plus facile d'obtenir peu de distorsion avec des transistors, mais celle-ci est souvent plus brutale pour les oreilles que celle des tubes. Donc là aussi le coût est à l'avantage des transistors, ceci d'autant plus qu'il y a longtemps que ceux-ci ne nécessitent plus de transformateurs de sortie.
Pour l'alimentation, il faut voir que le bruit de fond de redresseurs à tube est beaucoup plus facile à filtrer que celui de redresseurs semi-conducteurs. Cela à aussi son coût. Les diodes semi-conducteurs sont relativement bon marché, mais ce sont de véritables usines à bruit de fond, et une partie de ces bruits de fond est quasi impossible à filtrer de façon efficace.
Pour les condos de filtrage, certains audiophiles ne jurent que par les condos au papier et ils les multiplient, utilisant de véritables banques de condos. Ce qu'ils ne se rendent pas compte est qu'ils introduisent plus de bruits de fond avec la complexité du câblage qu'ils n'en gagnent en utilisant un seul condo électrolytique de qualité avec un petit condo de plus faible valeur en parallèle. Mais dans les deux cas, comme nous avons à faire à des tensions élevées, cela coûte cher. De plus, pour limiter les bruits de fond au maximum, il peut être nécessaire de stabiliser certains étages de l'alimentation, et cela coûte cher aussi, particulièrement avec des tubes. En pratique, l'alimentation d'un ampli à tube peut coûter même plus cher que l'ampli lui-même si le but est d'obtenir la meilleure qualité de son possible, ceci tout particulièrement avec les amplis de forte puissance dans lesquels il faudra encore rajouter des protections automatiques dans l'alimentation.
Quand à l'ampli ou au préampli eux-mêmes, il y a trop de possibilités pour les traiter ici. Mais le principe de base est le même qu'avec l'alimentation, il faut chasser toutes les sources de bruit à leurs sources. Dans certains cas, il faut même doubler certains montages afin de supprimer le bruit qu'ils introduisent dans l'alimentation. En effet, en présence du signal, le courant d'un étage d'amplification varie, et cela introduit un bruit de fond d'intermodulation dans l'alimentation. Un moyen radical pour le supprimer est de mettre en parallèle sur le même nœud d'alimentation un deuxième étage identique qui travaille en opposition de phase. Cela double donc les coûts et oblige à avoir une alimentation plus baraquée. (Certains amplificateurs opérationnels à faible bruit implémentent en interne ce genre d'astuces.)
On pourrait encore parler de choses comme la polarisation du chauffage des tubes et des blindages, ou de séparer physiquement l'alimentation de l'ampli et le préampli de l'ampli, toutes choses qui ont leur coût.
La conclusion évidente est qu'il n'y a pas deux montages identiques et qu'il faut donc comparer les matériels entre eux. Et comme des rapports de mesure ne disent pas tout, la seule comparaison vraiment valable est celle faite par nos oreilles.