Audio : Alimentation 5V faible bruit

 

Audio : Alimentation 5V faible bruit

Cette étude a pour but de construire une alimentation pour un convertisseur numérique / analogique audio, autrement dit un DAC.

Le DAC en question, un Topping E30, doit être alimenté sous 5V et consomme 130mA. Il est alimenté via un JACK 5.5x2.1.

Un câble adaptateur USB / JACK est fourni. On peut donc l'alimenter directement depuis un port USB du PC ou de la RASPBERRY PI.

Un convertisseur numérique / analogique comporte forcément des circuits analogique en sortie. La qualité de la sortie peut-elle être influencée par la qualité de l'alimentation, comme un préamplificateur ? rien n'interdit de le penser.

Un bon nombre de DACs du commerce sont équipés d'alimentations très haut de gamme. Cela ne me semble pas sans intérêt étant donné que l'étage de sortie est analogique et donc sensible à la qualité de l'alimentation.
J'ajoute également que certains modules amplificateurs classe D sont également équipés de régulateurs très faible bruit (pas pour les étages de puissance bien sûr), ce n'est peut-être pas sans raison ?

Je compte évaluer 3 solutions :

• le câble USB
  
• un bloc secteur 5V 3A à découpage
• une alimentation linéaire

1. Mesures

Commençons par mesurer la tension et le bruit généré par ces solutions, en leur faisant débiter 130mA.

1.1. L'USB

Le port USB du PC fournit 4.97V sous 500mA, ce qui est amplement suffisant. Le bruit mesuré est de 30mV crête à crête.

1.2. Le bloc secteur

Le bloc secteur 5V fournit 5.1V. Le bruit mesuré est de 20mV crête à crête.

Il a été sélectionné parmi ceux dont je disposais, dont certains modèles ont des performances assez pitoyables : pour le plus mauvais une tension de sortie de 4.75V et du bruit allant jusqu'à 400mV crête à crête.

1.3. L'alimentation linéaire

Pour l'occasion je compte fabriquer une alimentation 5V à l'aide d'un module équipé d'un régulateur LT3045 acheté sur AliExpress :

Ce module est capable de fournir 1A. Il est assez cher (environ 25€) mais il est équipé d'un dissipateur et les câbles d'entrée et sortie sont fournis.

Il existe différentes versions : 5V, 9V, 12V, 15V

Y compris symétriques (LT3045 + LT3094) : +/-5V, +/-9V, +/-12V, +/-15V

Il s'agit d'un régulateur très récent :

• bruit extrêmement faible : 0.8µV
• taux de réjection de l'ondulation à 120Hz : 117dB

Comme on le voit il y a moyen de réaliser des alimentations très haut de gamme avec ce régulateur.

Pour comparaison voici les performances d'un LM317 :

• bruit : 150µV (pour 5V en sortie)
• taux de réjection de l'ondulation à 120Hz : 64dB

Un transformateur 8V / 1,3A, suivi d'une alimentation filtrée fourniront à ce régulateur environ 11V :

Pourquoi utiliser un filtrage aussi important, 13200µF ? Tout simplement pour obtenir une ondulation faible, environ 500mV pour 500mA débités. Cette ondulation sera éliminée par le régulateur, mais plus elle sera faible en entrée de celui-ci, meilleur sera le résultat en sortie.

Sur l'entrée P1 de cette alimentation sera branché le secondaire d'un transformateur toroïdal de 8V / 10VA. Un modèle 9V conviendrait aussi. J'ai choisi un BREVE TUFVASSONS TTS10/Z230/8V. 

Le boîtier choisi est un KRADEX Z40 :

Le coût de cette alimentation est inférieur à 50€ :

• transformateur : 12€
• diodes : 0.80€
• condensateurs : 3.70€
• régulateur : 25.90€
• boîtier : 2.80€
• cordon secteur : 1€
  
• fiche JACK 5.5x2.1 : 0.20€
  

2. Photos

Voici quelques photos :

On voit le module régulateur au premier plan, suivi de la carte de redressement / filtrage, puis le transformateur. Le câble de sortie est branché directement sur le module régulateur. J'ai utilisé un connecteur XH 2 broches en ma possession, mais on peut aussi raccourcir le câble livré, souder au bout les deux fils du câble de sortie, et protéger à l'aide de deux petites gaines thermorétractables.

J'ai quand même ajouté un interrupteur du type rocker récupéré sur une vieille alimentation de PC.

3. Téléchargement

Pour télécharger le projet : https://bitbucket.org/henri_bachetti/power-supply-5v.git

Cette page vous donne toutes les informations nécessaires :
https://riton-duino.blogspot.com/p/migration-sous-bitbucket.html

4. Test en aveugle

J'ai réalisé un petit montage avec un Arduino NANO, un récepteur IR, deux relais, une télécommande IR (celle de mon ampli).
touche 1 : coupure de l'alimentation du DAC
touche 2 : mise sous tension (relais choisi au hasard par le logiciel)
touche 3 : commutation (changement d'alimentation)
Le montage est derrière le meuble, invisible du fauteuil, mais l'infrarouge arrive à passer.

J'écoute chaque morceau d'abord sur l'alimentation 1 puis une deuxième fois avec l'alimentation 2. Ensuite je vais voir quelle alimentation est sélectionnée : X ou Y. Ensuite je sélectionne à nouveau une alimentation au hasard et je recommence.

Une photo du montage :

 

5. Lien utiles

Un test de blocs secteur :

https://lygte-info.dk/info/indexUSB%20UK.html

6. Conclusion

J'ai acheté ce DAC Topping E30 pour remplacer une carte son ESI Juli@.

La différence par rapport à mon ancienne carte son PCI ESI Juli@ n'est pas si évidente. Sur des enregistrements rock & blues (Keb' Mo', Ben Harper) la différence n'est pas flagrante. Il faut dire que la Juli@ possédait déjà un DAC AKM AK4358 plutôt performant pour l'époque (2004).

Il m'a fallu faire une comparaison sur un très bon enregistrement baroque (Vivica Genaux, Arias for Farinelli). La voix est effectivement mieux détachée des instruments avec le E30. Sur le morceau "Concerto a 4 en ut mineur : II Allegro" la Julia@ est assez brouillonne sur les passage forte. Le E30 s'en sort beaucoup mieux. 

Le but que je recherche est ultra-simple : atteindre avec Deezer HIFI le niveau de qualité que j'obtiens avec mon lecteur CD TECHNICS SL-G700E, but que je n'ai pas encore atteint, jusqu'à ce jour.

J'ai d'abord écouté deux albums de Beth Hart. Je suis en pleine découverte de cette artiste et j'avoue que son inspiration en tant que compositrice est tout simplement énorme. Beaucoup d'émotion, elle est topissime. Sa voix est beaucoup plus chaleureuse avec cette alimentation.

J'ai ensuite écouté Rinaldo, mon opéra préféré de Haendel. L'écoute a tout simplement été sublime, la voix de Vivica Genaux magnifique, contrairement aux précédentes écoutes avec un bloc secteur de base. J'atteins enfin la qualité de mes précédentes écoutes avec mon SL-G700E, qui reste ma référence.

L'écoute du DAC est transformée grâce à cette alimentation. Voix et instruments sonnent plus clair, la caisse claire a plus d'impact, les sons des violons et violoncelles sont plus vrais, se rapprochent de ceux que j'écoute en live. En bref je constate les mêmes améliorations que lorsque j'ai comparé le E30 et la Juli@, en plus prononcé.

Avec cette alimentation on a envie de pousser un peu le bouton de volume. Avec un bloc secteur classique on a plutôt envie de faire le contraire.

Il est très difficile de comparer deux DACs. Même une comparaison en aveugle entre un modèle haut de gamme et un modèle bas de gamme peut laisser perplexe. Après tout ils sont tous à peu de chose près au même niveau technique et le choix est souvent déterminé par l'aspect marketting. On trouve des DACs à 4000€. Le fantasme audiophile fait le reste.

Le Topping E30 est un modèle de bureau, il est dépourvu d'alimentation, ce qui explique son petit prix de 130€. Par contre il est équipé d'un DAC AK4493 32bit/768kHz et il est parfaitement capable de lire des fichiers DSD512, comme ses camarades beaucoup plus chers. Il suffit de bien l'alimenter pour qu'il s'exprime pleinement, avec chaleur et brio.

Cordialement

Henri