Amplis à tubes

Choisir un ampli à tubes

Inventés en 1904, les amplis à tubes, également nommés amplis à lampes, sont jusqu’à l’apparition des transistors restés les seuls composants électriques utilisés pour l’amplification d’un signal audio. Les amplis à tubes ont toujours la cote chez les mélomanes exigeants, qui recherchent dans cette technologie un son chaleureux et doux. Il existe différents types d’amplis à tubes. Certains n’utilisent que des tubes, y compris sur les étages de puissance, d’autres amplis à tubes dits “hybrides” exploitent des lampes uniquement pour la section de préamplification.

Pourquoi choisir un ampli à tubes ou à transistors ?

Le son tube est tellement réputé que le plus beau compliment qu’un amplificateur à transistors puisse recevoir est de “sonner” comme un ampli à tubes ! Alors pourquoi encore hésiter entre un ampli à tubes et un ampli à transistors ? Tout simplement parce que les amplis à tubes n’ont pas que des avantages : ils sont lourds, encombrants, énergivores, sensibles aux effets microphoniques, génèrent un fort dégagement thermique et nécessitent de respecter certaines règles d’utilisation sous peine de diminuer la durée de vie des tubes. Ils sont également généralement plus chers, car ils nécessitent des composants passifs de qualité supérieure (condensateurs, transformateurs, etc.). Cependant, malgré ces quelques compromis, les amplis à tubes restent l'ultime système d’amplification des mélomanes exigeants.

Principe de fonctionnement d’un ampli à tubes

Les amplificateurs à tubes fonctionnent d’une manière très différente des modèles à transistors. Ils travaillent en effet sous une tension de plusieurs centaines de volts, par rapport à quelques dizaines de volts pour les amplis à transistors. Les tubes se différencient également des transistors par une haute impédance de sortie qui nécessite un transformateur de sortie pour s'adapter à l'impédance des enceintes. Il en résulte de meilleures capacités pour la restitution des crêtes.

Un tube est constitué de plusieurs électrodes placées sous vide dans une “ampoule” en verre dans laquelle est insérée un filament chauffant, une grille de commande, ainsi qu’une anode et une cathode constituée d’un métal entouré d’oxydes, de sorte à favoriser le dégagement d'électrons. Le fonctionnement de cet ensemble est simple et consiste à alimenter en courant le filament pour le faire chauffer et provoquer un dégagement massif d'électrons de la cathode. Ce nuage d'électrons ne demande qu’à rejoindre la cathode. Une tension opposée est alors appliquée à l’anode pour que cette dernière capte les électrons.

Cependant, entre la cathode et l’anode, se trouve une grille polarisée négativement par rapport à la cathode. Celle-ci permet de repousser les électrons comme deux pôles identiques de deux aimants. La tension électrique de cette grille varie en fonction de la musique. Moins cette tension est négative, plus le flux d’électrons captés par l’anode sera important. Cet échange d'électrons va donc constamment varier à la même fréquence que la musique diffusée par la source connectée à l’ampli. C’est ainsi que les tubes amplifient le signal.

Tous les tubes n'ont pas les mêmes caractéristiques et le nombre d’électrodes définit son type : 3 pour la triode, 5 pour la pentode, etc. Les possibilités sont nombreuses, mais seulement 3 types de tubes sont principalement employés pour les amplis à lampes : la triode, la tétrode et la pentode.

La triode est le type de lampe le plus fréquemment utilisé sur les amplis à tubes. Elle se compose de trois électrodes et d’un filament de chauffage. Quand la cathode est au potentiel de masse, alors l’anode a une charge positive. La grille est polarisée négativement par rapport à la cathode. Moins la tension de la grille est négative, plus le courant passe. La variation de la tension de la grille est plus faible que celle induite dans l’anode. Les modèles de triode les plus courants sont les 12AU7, 6SN7 et 12AX7.

La tétrode est une évolution directe du tube triode, auquel est ajouté une grille écran. La mise en oeuvre de cette grille entre l'anode et la grille de contrôle permet de réduire fortement la capacitance entre ces deux éléments et ainsi de garantir un fonctionnement à des fréquences plus élevées. De plus, cette grille est chargée positivement par rapport à la cathode, ce qui amplifie la vitesse des électrons, maximisant ainsi le gain du tube. En hi-fi, la tétrode est très utilisée, avec de nombreux tubes de références comme les 6CA7, KT 66, KT 88, KT 90, et nouvellement les KT 70, KT 120 et KT 150. 

La pentode est une version plus élaborée de la triode. Elle embarque 5 électrodes et un filament de chauffage. Il y a ici 3 grilles (une première grille de commande, une deuxième grille-écran polarisée à une tension très supérieure à celle de commande, et une troisième grille suppressor ou anti-parasite pour diminuer le bruit et la perte de gain). Cette dernière est reliée au même potentiel que la cathode. Les pentodes les plus courantes sont les EL34 et EL84.

Mode triode ou ultra-linéaire ?

Certains amplificateurs à tubes peuvent fonctionner en mode triode ou ultra-linéaire. La différence entre ces deux modes s’établit par le nombre d’électrodes utilisées par lampe. Par exemple, une pentode met en oeuvre 5 électrodes pour fournir de la puissance. En mode ultra-linéaire, toutes les électrodes du tube sont utilisées afin d’exploiter la quasi-totalité des capacités de la lampe. Cela permet généralement d’obtenir une puissance comprise entre 30 et 40 Watts. Le passage en mode triode diminue à 3 le nombre d’électrodes utilisées en shuntant deux éléments que l’on actionne avec un interrupteur placé sur l’ampli ou sur la télécommande, comme c’est le cas pour les Cayin CS-55A EL34 et KT88. Il en résulte une forte diminution de la puissance délivrée par l’ampli. Cependant, étant donné que moins de composants électroniques sont traversés, la scène sonore gagne en transparence, avec un grave plus nuancé, une image stéréo plus libre, plus profonde et des aigus plus naturels. La bande passante est plus large, avec plus d’harmoniques paires et un facteur d’amortissement moindre. L’écoute est plus agréable, à condition d’associer l’ampli à tubes à des enceintes suffisamment sensibles pour fonctionner avec une faible puissance d’amplification. C’est pour cela qu’il est fréquemment recommandé d’associer un amplificateur à lampes avec des enceintes Klipsch.

Ampli à tubes de classe A, classe B ou classe A/B ?

Comme pour les amplificateurs à transistors, plusieurs classes d’amplis à tubes sont disponibles : les amplis à tubes de classe A, les amplis à tubes de classe B et les amplis à tubes de classe A/B. Chaque classe utilise un mode de polarisation différent des lampes de puissance.

• Les amplis à tubes de classe A

Avec un ampli à tubes fonctionnant en classe A, chaque tube de puissance peut traiter le signal dans son intégralité. Il n’y a ainsi pas de distorsions engendrées par un phénomène de “crossover” et la musicalité en est optimale. Cependant, étant donné que les tubes délivrent en permanence leur plein rendement, la consommation électrique de ce type de fonctionnement est très importante, pour un faible rendement. Un ampli à tubes de classe A pourra alors uniquement être utilisé avec des enceintes à très haut rendement, c'est-à-dire supérieur à 90 dB. De plus, ce mode de fonctionnement entraîne une usure prématurée des tubes de l’ampli.

• Les amplis à tubes de classe B

En classe B, seule la moitié du signal est amplifiée par les tubes. Par exemple, la note musicale correspondant au “la” oscille entre + 440 Hz et - 440 Hz. Tandis qu’un ampli à tubes de classe A va amplifier l’intégralité du signal, un ampli en classe B amplifie uniquement le signal positif ou négatif de la note. Le transformateur de sortie de l’ampli est ensuite chargé de recréer l’oscillation positive et négative afin de restituer le signal dans son état d’origine. L’avantage de ce type de fonctionnement est d’offrir un rendement supérieur. Cependant, les caractéristiques de distorsion du signal de sortie sont nettement moins bonnes que la classe A.

• Les amplis à tubes de classe A/B

Les amplis à tubes en classe A/B réunissent le meilleur des deux mondes, tout en éliminant les inconvénients de chaque mode. Ainsi, un amplificateur à tubes en classe A/B utilise un système de push-pull spécifiquement polarisé pour fournir une partie du signal en classe A afin d’éviter toute distorsion de “crossover” et une deuxième partie du signal en classe B pour bénéficier du haut rendement de cette classe. Les amplis à tubes de classe A/B sont donc le meilleur compromis, notamment pour alimenter des enceintes dont le rendement est inférieur à 90 dB.

Les amplis à tubes hybrides

Les amplis à tubes hybrides offrent la qualité du tube sans les inconvénients. Le plus souvent, les amplis à tubes hybrides utilisent un ou plusieurs tubes pour le circuit de préamplification. Celui-ci apporte la sonorité et la chaleur si particulière des lampes. Le reste du schéma est assez classique, avec une section de puissance à transistors. En général, les transistors sont de type MosFet car ils sont réputés pour fournir une sonorité typée “tube”.

La connectique de l’ampli à tubes

Outre le niveau de performance, les aspects pratiques peuvent être déterminants pour choisir entre plusieurs amplis à tubes. Le nombre d’entrées disponibles sur l’ampli peut être important pour profiter de tous vos appareils : lecteur CD, lecteur réseau, DAC Audio, etc. La présence d’une entrée phono est également pratique pour connecter une platine vinyle sans nécessiter l’utilisation d’un pré-ampli phono externe et ainsi limiter le coût de l’installation. Avec le développement des musiques dématérialisées, certains amplis à tubes modernes comme le Cayin CS-55A KT88 disposent d’une entrée numérique USB-B, qui peut être associée à un ordinateur pour la lecture des flux audio. Il est ainsi possible de redonner de la chaleur et du naturel aux fichiers numériques.

Les amplis à tubes avec télécommande

De plus en plus d’amplificateurs à tubes disposent d’une télécommande pour facilement régler le volume, sélectionner la source ou encore commuter l’ampli entre le mode triode ou ultra-linéaire. Elle permet de ranger l’ampli un peu plus loin et ainsi d’obtenir plus de souplesse pour la décoration et l’intégration du système dans une pièce de vie. Il est également possible d’acheter une télécommande universelle pour piloter tous les appareils du salon.

Bien placer et utiliser un ampli à tubes

Chaque électronique, qu’elle soit à transistors ou à lampes, voit ses performances impactées par son emplacement et son environnement. C’est d’autant plus valable pour un ampli à tube qui est sensible aux vibrations ressenties dans le sol ou engendrées par une platine vinyle placée à proximité. Ces nombreuses perturbations peuvent être amplifiées et retransmises dans les enceintes. C’est pour cela qu’il est recommandé de placer un ampli à lampes sur une surface parfaitement stable et limitant la transmission des diverses vibrations. Idéalement, un ampli à tubes doit être placé sur un meuble hi-fi ajouré pour assurer une parfaite dispersion thermique et dont la structure est spécifiquement étudiée pour absorber les vibrations. Les tubes sont également très sensibles aux diverses ondes électromagnétiques émises par les box internet, les téléphones, les micro-ondes, les appareils Bluetooth, etc. Mieux vaut donc éviter de placer un ampli à tubes dans le même meuble que la box WiFi.

Comme évoqué au début de ce guide pour choisir un ampli à tubes, quelques règles d’utilisations doivent être respectées pour limiter l’usure prématurée des lampes. Il est dans un premier temps indispensable de laisser chauffer les tubes entre 10 à 20 minutes avant d’envoyer un signal. Cela permet de limiter l’usure des lampes, mais également d’assurer une musicalité optimale. Ensuite, si vous devez déplacer un ampli à tube, ou bouger le meuble sur lequel il est installé, cela doit toujours être effectué avec une grande délicatesse et uniquement lorsque les tubes sont froids. Ces derniers sont en effet beaucoup plus fragiles à haute température.

Quand faut-il remplacer les tubes ?

Contrairement aux idées reçues, la durée de vie d’une lampe est longue et peut aisément atteindre plus de 10 000 heures pour un tube de préamplification et 4 000 heures pour un tube de puissance. Cette durée de vie est intrinsèquement liée à la qualité de conception du tube et aux conditions dans lesquelles il a été utilisé.

Il faut savoir qu’un tube électronique traverse trois périodes de vie : une période de rodage de quelques centaines d’heures, une période de “croisière” située entre environ 500 et 4 000 heures, puis une période de déclin plus ou moins rapide des performances. Lorsque cette dernière étape arrive, des tubes usés peuvent engendrer des bruits de crépitement, un sifflement, une perte de dynamique, de volume ou encore accentuer les effets microphoniques. Lorsque c’est le cas, il est temps de changer la ou les lampes concernées. Tandis que les tubes de puissance et de préamplification se changent toujours par paires, les tubes de redressements et de contrôles tombent rarement en panne en même temps et peuvent se changer à l’unité. Le tube responsable du dysfonctionnement peut facilement être identifié en mesurant sa tension à l’aide d’un lampemètre. À défaut, divers signes apparents permettent d’identifier la lampe défaillante. On peut ainsi observer de faibles éclairs électriques dans les lampes de puissance, une couleur mauve dans le tube lorsqu’il est mis sous tension ou encore une usure du getter. En temps normal, celui-ci doit être entièrement noir ou brillant. Si un problème de microphonie est rencontré, il est possible de détecter la lampe responsable en tapotant délicatement sur chaque tube. Si ce bruit est répercuté dans les enceintes, c’est que la lampe concernée doit être changée. S’il s’agit d’une lampe de puissance, il faudra changer la paire.