Connaître l'audio : un désordre de câbles

Nous avons maintenant passé plusieurs mois dans cette série à voyager à travers le monde de l'audio, et en cours de route, nous avons examiné les différentes parties d'un système Hi-Fi, depuis l'enceinte jusqu'à la source. Cela a été une balade agréable pleine de détails techniques et d'examen des mythes de la Hi-Fi dans une égale mesure, mais il est maintenant temps de descendre dans l'un des domaines les plus simples mais aussi les plus controversés de la reproduction audio. Chaque composant audio, qu'il soit numérique ou analogique, doit être connecté au système dont il fait partie, et c'est le travail des câbles audio, parfois appelés interconnexions. Ils sont probablement le composant le plus susceptible de faire l’objet d’affirmations ténues quant à leurs performances, les audiophiles étant prêts à dépenser des sommes considérables en câbles censés offrir ce supplément de performances d’écoute. Y a-t-il quelque chose dedans, ou s'agit-il tous des mêmes bouts de fil, les plus chers étant une arnaque ? Il est temps d'y jeter un œil.

Dans un système audio domestique typique avec des signaux numériques et analogiques, vous pouvez vous attendre à trouver deux types de câbles : des interconnexions électriques pouvant transporter des signaux analogiques ou numériques, et des interconnexions optiques pour les signaux numériques. Nous sommes ici pour parler des câbles électriques, car ce sont eux qui sont utilisés pour les signaux analogiques, commençons donc par une petite théorie des lignes de transmission.

Peut-être que l’un des premiers circuits électriques que vous ayez jamais construit comportait une batterie et une ampoule de lampe de poche reliées par une longueur de câble à deux conducteurs. Lorsque vous avez touché le fil aux bornes de la batterie, l'ampoule s'est allumée et lorsque vous l'avez relâchée, la lumière s'est éteinte. C'était un circuit CC avec deux états, marche et arrêt, et c'est tout. Mais si vous branchez un oscilloscope à stockage au fil pendant que vous branchez l'ampoule, vous remarquerez peut-être quelque chose d'intéressant. Au lieu de passer de l'état désactivé à l'état activé lors d'une transition instantanée, la tension augmenterait en fait en quelques microsecondes. Le circuit CC ne semble soudainement plus aussi parfaitement bi-état qu'on le pensait au premier abord, alors que se passe-t-il ?

La tension courbe vers le haut car les fils et l'ampoule ne sont pas parfaits. Ils ont une petite quantité de résistance, d'inductance et de capacité, appelées parasites, et c'est l'interaction entre celles-ci qui provoque une augmentation de la tension sur une courte période plutôt qu'immédiatement. C'est presque immédiat donc c'est bien pour une lampe de poche, mais dès que des fils similaires sont utilisés pour transporter un signal, ce circuit RCL parasite commencera à l'affecter. Les premiers ingénieurs télégraphistes et téléphoniques étaient confrontés à ce problème car leurs fils s'étendaient sur des centaines de kilomètres et avaient donc des valeurs R, C et L significatives qui donnaient l'effet d'un filtre passe-bas. Leurs tentatives pour comprendre le phénomène ont donné naissance à ce que nous appelons aujourd’hui la théorie des lignes de transmission, avec laquelle quiconque a travaillé avec les RF devrait être intimement familier.

Cela dit, une interconnexion audio est une ligne de transmission dans laquelle il convient de prendre en compte les valeurs parasites R, C et L. Je vais maintenant renverser cela complètement et dire que, dans des limites raisonnables, les performances de la ligne de transmission de l'interconnexion comme nous le comprendrions pour les circuits radio, cela n'a pas beaucoup d'importance aux fréquences audio. La raison tient à la courte longueur d'une interconnexion audio, qui, à quelques pieds (ou un mètre), a des valeurs parasites si infimes qu'elles font peu de différence en tant que filtre passe-bas. Lorsque cela est comparé à la longueur d’onde des fréquences audio – 300 km à 1 kHz – c’est insignifiant.

Pour en revenir à l'ampoule de notre lampe de poche, le courant dans ces fils provenant de la batterie était continu, circulant toujours dans la même direction. Si nous les imaginons comme des fils de cuivre épais à un seul brin, nous pouvons en outre imaginer le courant à l'intérieur comme s'il s'agissait d'un écoulement d'eau dans un système de plomberie idéalisé, avec le débit uniformément réparti sur toute sa section transversale. Nous savons que le courant électrique crée des champs magnétiques, donc les fils qui alimentent notre ampoule seront entourés d'un champ statique tant que le courant continu circule.