Texas Instruments TPA3116 : 2x50W (presque) gratuits

[renaud]

Bonjour à tous.
Voici quelques précautions liminaires. J’espère ne pas attirer trop de commentaires négatifs en ouvrant la boite de Pandore de la « modernité ». Loin des guerres de chapelles, il me semble que l’on peut associer l’ancien et le moderne pour le bénéfice de la musique, sans compter que dans un fil « DIY » la curiosité doit être un sacré moteur !
Mon idée est de proposer un premier sujet à votre sagacité, celui que je « gratte » en ce moment, avant d’éventuellement proposer d’autres sujets. En avant !
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Il arrive parfois que l’on ne soit pas en mesure de restaurer un appareil, par manque de compétences, à cause d’un coût trop élevé, par incapacité à retrouver des composants spécifiques… Alors que l’on aimerait conserver l’écrin, parce que le look plaît, que les vieilles machines sont belles, tout simplement.

Au grès de mes lectures je suis tombé sur ce site : http://fleawatt.blogspot.fr/ il y a plusieurs semaines. On voit à un moment un boitier dans se trouve une carte à l'intérieur. J'ai cherché... La suite est ici !

Il est donc apparu à ma curiosité un composant de chez Texas Instruments. Le web rédigé dans la langue des félons d’Outre Manche regorge d’informations sur le sujet, mais dans la noble langue française nous n’avons pas grand-chose à lire.

Je profite donc de ce forum pour partager des informations glanées ici et là ainsi que mes petites expérimentations, en espérant ne pas attirer les foudres des Dieux du Vintage !

Voici donc un fil sur le TPA3116D : un amplificateur audio en classe D. Ce circuit de Texas Instruments permet de développer des cartes d’amplification stereo de 50W maximum ou 100W en mono. Auparavant des amplis tels que les LEPAI en classe D étaient présents mais à 10%THD, hum, autant s’en dispenser.

Aujourd’hui le circuit de Texas propose des spécifications qui semblent plus intéressantes et le retour depuis une année est plutôt bon. Aux amis audiophiles, considérons que nous sommes dans le domaine de la "mid-fi", mais soyez prévenus : les performances subjectives sont surprenantes. Et dans le domaine du presque gratuit pour le prix : le tarif pour le premier accessoire audiophile quelconque est plusieurs fois celui d'une carte. En effet le circuit de TI a été installé sur des PCB par nos amis chinois (pompant allègrement un schéma proposé sur DIYAudio) et aujourd'hui l'on peut acheter différentes cartes à des tarifs très faibles. Pour ce qui est du pompage du circuit, citons Leonard Nimoy "Le miracle c'est qu'au plus nous partageons, au plus nous avons !".

On peut acheter une carte "nue", ajouter un bloc d'alimentation de portable et relier tout ça à une source et des enceintes, et voila, on écoute de la musique !

Points forts
• Tarif très bas (10€ pour un ticket d’entrée)
• Puissance de 2x50w max suffisante pour la plupart des systèmes d’enceintes
• Projet « DIY » didactique très simple pour les débutants permettant de mettre un pied dans le monde Texas Instruments : documentation complète, plate-forme utilisateurs croissante
• Résultats sonores honorables et rapport qualité / prix très favorable

Tarif début 2015
Le tarif pour une carte est ridicule. Par exemple YuanJing Audio propose la carte rouge à 10.48€ et on aura environ 5€ de fdp. On trouve des cartes intégrées dans des boîtiers pour une poignée de cacahuètes, par exemple sur labaie des félons d'outre Manche pour 18£fdpin environ. La carte de développement TI implémentant à peu près tout est à 150$.

Spécifications Techniques
Tout est expliqué chez Texas Instruments, la documentation est complète et autant la lire au moins une fois pour ne pas trop poser de questions dont les réponses sont des redites..
Puisque j’ai lu et que je suis généreux, je propose de gagner du temps pour ceux qui sont pressés et qui n’ont pas la capacité à lire trois pages d’affilées en se souvenant à la troisième page de ce dont il était question à la première :

Le circuit est décliné en trois versions, ici il sera plutôt question de la version 3116D2 :
- 2 × 50 W Into a 4-Ω BTL Load at 21V TPA3116D2
– 2 × 30 W Into a 8-Ω BTL Load at 24 V TPA3118D2
– 2 × 15 W Into a 8-Ω BTL Load at 15 V TPA3130D2

• Alimentation de 4.5V à 24V. La documentation de Texas indique 21V pour 50W.
o Note 1 : beacoup de retours pour indiquer 19V comme “sweet pot”.
o Note 2 : ne pas dépasser 24V, on peut lire pourquoi quelques lignes plus bas
o Note 3 : un bloc d’alimentation d’orinateur portable fait très bien l’affaire à condition de ne pas dépasser 24V
• Quelle puissance ? La puissance délivrée depend en grande partie de la tension et de l’ampérage du bloc d’alimentation. Le circuit de Texas fonctionne :
o Jusqu’à 2*50W en stereo
o Jusqu’à 100W en mono
o On voit de nombreuses cartes avec deux TPA3116D, un pour 2*50W et l’autre pour un caisson de basses en mono de 100W, pour un système 2.1
Note 1 : attention à la distorsion : les graphes de Texas indiquent que plus la tension d’alimentation est basse, plus la distorsion est élevée à “haute puissance”




Note 2 : la puissance est donnée sur charge de 4omhs. La plupart des enceintes modernes permettent au circuit de produire une puissance largement suffisante pour générer des problèmes avec les voisins. Pour 1W à un mètre, 90dB de rendement ça signifie 90dB de niveau sonore !

En standard le gain est de 26dB. Enfin, disons que c'est le standard des cartes chinoises, car le gain va de 20 à 36dB selon le diviseur de tension de la pinoche de gain. D'après la documentation, d'après le wiki, on a le tableau suivant (les deux résistances sont identifiées plus bas sur la photo avec la mention "GAINSETTING") :

MASTER/SLAVE GAIN R1 (to GND) R2 (to GVDD) INPUT IMPEDANCE
Master 20 dB 5.6 kOhm OPEN 60 kOhm
Master 26 dB 20 kOhm 100 kOhm 30 kOhm
Master 32 dB 39 kOhm 100 kOhm 15 kOhm
Master 36 dB 47 kOhm 75 kOhm 9 kOhm
Slave 20 dB 51 kOhm 51 kOhm 60 kOhm
Slave 26 dB 75 kOhm 47 kOhm 30 kOhm
Slave 32 dB 100 kOhm 39 kOhm 15 kOhm
Slave 36 dB 100 kOhm 16 kOhm 9 kOhm

C'est quoi Master / Slave ? Le circuit peut être configuré comme "maître" en stéréo d'un "esclave" en mono.




Dans une écoute normale, dans une pièce à 21° la température au niveau du dissipateur sur la YJ Bleue est de 37 / 39° sur des enceintes de 85dB de rendement à 5Ω.

Puisque l'on est dans les specs, voici les pinoches du circuit :


Et puisque que je vois que tout le monde suit, voila la doc des pinoches :




Approvisionnement
Comme d’habitude il y a le choix :
Yuanjin Audio : http://www.yuan-jing.com/
Sure Electronics : http://store.sure-electronics.com/aa-ab32178
Audiobha sur ebay, vendeur avec une bonne réputation : http://www.ebay.com/itm/Amplifier-board ... rmvSB=true
Et aussi sur la baie et sur AliExpress...
Note : si vous avez envie de bricoler, privilégiez une carte avec de bons gros composants discrets, plutôt qu'une carte avec des composants de surface !


Liens
Documentation Texas : http://www.ti.com/product/TPA3116D2/technicaldocuments
Vous pourrez donc télécharger la documentation du TPA : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpa3116d2.pdf
Ainsi que la documentation de la carte de dév : http://www.ti.com/lit/ug/slou336b/slou336b.pdf
Le wiki de DIY Audio : http://www.diyaudio.com/wiki/TPA3116D2_Boards


Pourquoi ?
La carte est très petite et elle peut facilement intégrer un boitier quelconque : une boite de couteaux, une boite de cigares, un vieil ampli vintage impossible a réparer mais dont on aime le look, une enceinte...
Elle est très peu onéreuse => on peut bricoler et casser, ce n'est pas bien grave
Les résultats sonores sont convaincants tant que l'on ne dépasse pas une certaine puissance


Photos
La carte de développement Texas :



Depuis le wiki de DIYAUDIO http://www.diyaudio.com/forums/private. ... rtpm&pmid= un peu de documentation sur les différents composants de la carte yj bleue :



La carte "bleue" de YuanJing Audio


La carte "rouge" du même vendeur. Celle-ci dispose d'un potard d'entrée, d'un connecteur d'alimentation et d'un connecteur pour les entrées R/L:


La carte de SURE, reconnaissable avec son dissipateur spécifique :




Ecoute
Nous allons éviter d’être trop littéraire et d’abuser de la dithyrambe afin que les objectivistes ne nous tombent pas sur le dos.
Sur quelques critères d’écoute sur un système bien connu et sur quelques heures d’écoute avec un programme très varié.
- Alimentation 19V 5Ah de portable
- Carte bleue YJ sans modifications

Résumé :
• Le grave est propre
• scène sonore correcte est bonne
• Les médiums / aigus sont inconstants : à niveau sonore faible c’est agréable, propre, très détaillé… Mais à volume très élevé, la distorsion arrive et c’est un mini carnage : le son semble sale, fouillis, imprécis et du coup la restitution est agressive et l'on ne souhaite qu'une chose : arrêter l'expérience. Il faudra expérimenter.

En deux mots : pour une écoute à volume sonore raisonnable, dans ma configuration, c'est tout à fait acceptable et meilleur que la plupart des machins vintages bien fatigués. Pour une écoute à volume sonore élevé, tout en se faisant plaisir, il faudra s'orienter vers quelque chose de mieux.

A suivre.

[Gromiton]

Merci Renaud, un grand plaisir à lire.
Ainsi pour une écoute intimiste, avec un matériel peu encombrant, c'est tout à fait acceptable.
Cela semble parfait pour alimenter un système multimédia associé à de l'informatique par exemple avec des enceintes dignes de ce nom.

[pionroi]

pour le temps passé à la rédaction de ce sujet qui a au moins l’intérêt d'ouvrir une nouvelle porte.

[renaud]

Thank you. Comme je l'indiquais, cela fait quelques semaines que je gratte le sujet : vous allez devoir supporter encore quelques lignes...

Mon expérience pratique : je voulais essayer, et je trouvais que c'était une bonne idée à intégrer dans un vieil ensemble ampli / préampli que je ne peux pas réparer (le preamp fonctionne mais l'ampli, c'est mort).

La carte YJ Bleue ayant bonne réputation, je décide d'en commander une ainsi qu'une carte "rouge" avec un potard, on ne sait jamais, autant commencer par celle-là avec un atténuateur

Une bonne quinzaine de jours après, je reçois le petit colis. Je m'y attendait, à lire tous les commentaires sur le ouaibe, les cartes sont vraiment petites.

Je n'ai pas mes outils, je suis pressé, je n'ai que 15 minutes. Je trouve un transformateur avec la mention "18V" sur son étiquette. Bon, ça ira. Je soude deux prises RCA pour l'entrée avec la masse commune, les deux câbles pour l'alimentation et un cruciforme pour les petits câbles d'enceintes. En entrée une Squeebox Logitech et en sortie une paire de Minimus 7.

Mise à feu... Rien ! Bon, je coupe, je vérifie, tout à l'air Ok. Remise à feu, et là, je crois bien voir une étincelle. Misère... Je n'ai pas le temps, j'abandonne.

Le lendemain, j'ai deux heures devant moi. Je prends un transformateur 6V, je le teste à 6V, je connecte la carte bleue et là : ça marche ! Le son, autant que je puisse en juger, est plutôt clair et dynamique. A priori un peu mieux que les STK du Technics de la chambre (que j'aime bien quand même) qui s’embarrasse d'une section préampli.



Pendant que ça tourne, je teste le transformateur de 18V. Rhaaa, le salop, il sort 27V. Je regarde la carte rouge, et je vois que les condensateurs de filtrage sont marqué "1000uf" 25V... Bon, de toutes façons, perdu pour perdu, je trouve deux mauvais condensateurs de 330uf, je dessoude ceux de la carte et je soude ceux-là, et voila, la carte est repartie.

Dilemme : acheter deux condensateurs "de qualité" ou une nouvelle carte, sachant qu'avec les frais de port, c'est presque pareil (hein, Farnell ?). Bon, j'ai un ami concepteur d'électronique qui me file gracieusement deux condos de bonne qualité avec les bonnes valeurs, du moment que le l'invite à diner : moi je dis, une offre pareille, cela ne se refuse pas.

Voila la carte rouge, avec les deux condensateurs 330uf soudés avec les dents. Sur le côté, les nouveaux. Qui veut lire la page ci-dessous ?
http://tech.juaneda.com/en/articles/ele ... itors.html




Et la carte bleue :







Ces cartes viennent de chez Yuan-Jing (http://yuan-jing.com/) mais depuis quelques temps on en trouve aussi sur la baie et sur Aliexpress.

[renaud]

Et maintenant quelques photos. Une fois les premieres mis à feu effectuées, on se dit que la carte va pouvoir motoriser les enceintes de la chambre.



- Hé Manuel, qui c'est celui-là ?
- Pédro, celui-là c'est "El Cheapo", attention, ça va tire-bouchonner les tympans !





Tsss...

[renaud]

Après avoir passé plusieurs semaines en compagnie des deux cartes à base de TPA3116 from Yuan Jin et essayé divers mode de fonctionnement, voici un petit compte-rendu très subjectif des impressions d’écoutes et en bonus quelques idées à creuser.

Pour me faire une idée de la proposition sonore offerte par la carte, j’ai changé beaucoup de choses en amont, mais j’ai conservé les enceintes : une paire de panneaux Magnepan en provenance des années 80. Je les ai restaurées il y a quelques semaines et j’en apprécie les qualités : précision, rapidité d’établissement de la note, transparence, etc... Et puis les défauts ne me gênent pas : les graves pourraient paraître manquer d’impact, mais peu importe, je ne suis pas dans la recherche d’un effet “home cinema”, je n’ai pas besoin d’être décollé de ma chaise lors d’une explosion quelconque, je préfère la résolution.

J’ai utilisé les deux cartes de Yuan-Jin, la bleue et la rouge. La rouge dispose d’un potentiomètre qui peut être utilse dans le cas où la source ne dispose pas de niveau variable, ou bien si l’on n’utilise pas de préampli. Par contre, cette version de l’implémentation du circuit de Texas est dispensée d’un “anti-pop” et gratifie logiquement les enceintes d’un superbe “ploc” à la mise sous tension : autant baisser un peu le volume pour ne pas souffrir. La carte bleue, elle, est dispensé de “pop” à la mise sous tension.

La bleue ne fait pas pop, mais elle n'a pas de potentiomètre de volume : il faut donc avoir un équipement avec une sortie variable ou un préamplificateur.

Voici la carte installée dans un cadre photo Riba en provenance de chez Ikea :


Le moins cher possible : un système à 100€ !
J’ai d’abord utilisé la carte dans l’objectif de composer le système le moins cher possible, sans tenir compte du tarif des enceintes... Malheureusement dans ce domaine là, comme disent les anglo-saxons “you pay for what you get” : à moins de tomber sur une bonne affaire d’occasion, en général les bonnes enceintes sont onéreuses (mais on en trouve aussi de mauvaises et chères). Le système était composé d’une Raspberry Pi associé à une carte Hifiberry pour la conversion numérique / analogique. Cela donnait donc un système à 100€ (hors enceintes). Avec l'accord du patron du site, j'aimerai bien parler de ces solutions sur le fil du DIY, mais c'est une autre histoire.

A ce tarif là, il faut passer un peu de temps à “fabriquer” la chaine. C’est le domaine de la bricole : la carte arrive “nue” et il faut trouver un transformateur quelconque (entre 12 et 24V). En vérité, en plus du transformateur pour alimenter la carte d’amplification, il faut aussi :
o une carte SD ou MicroSD pour le Raspberry sur lequel on installe PicorePlayer
o une alimentation USB style smartphone pour le Raspberry
o un ordinateur sur lequel on installe Logitech Media Player et les morceaux de musique ou un disque dur à connecter sur le port USB du Raspberry sur lequel on installe SqueezePlug : dans ce cas (sans ordinateur) on installe le serveur et le client sur le Raspberry

Les résultats d’écoute, pour le budget, sont stupéfiants. Il est peut être possible de composer un système pour moins cher et meilleur, mais je n'ai pas la recette ! La puissance d’environ 50W est suffisante, le système est exempt de bruit de fond (sur un amplificateur d’occasion on risque d’avoir un ronronnement à 50Hz indiquant des condensateurs de filtrage un peu fatigués), la proposition sonore est dynamique et la résolution est saisissante en rapport au budget. Pour être honnête, malgré tout la proposition est un peu stérile, manque de vie à cause des timbres (des harmoniques) tronqués, la dynamique est un peu molle et la scène sonore est "plate".

Avec une source de haute volée



Après avoir passé deux semaines avec le système à 100€ pour essayer de cerner sa proposition sonore, j’ai ensuite utilisé comme source un système numérique très optimisé. Dès les premières secondes n’importe quel auditeur peut se rendre compte de la différence entre celui-ci et le précédent... Enfin pas mon beau-père, il est sourd et la plupart du temps il n'allume pas son appareil auditif. Pourtant, il vient et s'installe dans le canapé. Je crois qu'il vient pour boire du café essentiellement. La nouvelle source donne une restitution très “charnelle”, très vivante, parce que de nombreuses informations jusqu’alors masquées par la source précédente sont désormais présentes : la richesse des timbres est bien supérieure, la scène sonore prend de la profondeur, et tout est plus “propre”, chaque instrument bien détaillé.

Si la différence est autant marquée entre deux sources, alors cela signifie que la carte d’amplification est suffisamment transparente pour que cela soit évident. En conclusion on pourrait dire que ce n’est pasla carte qui représente le maillon faible du système.

Encore une autre source : analogique !



Après avoir passé quelques jours avec la carte comme amplificateur sur le système principal, par curiosité, je me suis décidé à utiliser une platine Technics équipée d’une cellule Shure RXT4 en source analogique, avec un assez vintage préamplificateur à tubes. Là, dès les prmières mesures, ce fut une grosse claque. Sur le premier album de Tracy Chapman, immédiatement, sur la voix, les cordes de la guitare, on a l’impression de (re)découvrir un univers de sonorités disparues depuis longtemps ! Rickie Les Jones ensuite, avec un grave présent, rapide et qui ne bave pas, des sons de clochettes naturels et qui filent haut... Du coup on exhume des cartons tous les albums vinyles disponibles, en se disant qu’il va falloir faire un tour au magasins de vinyles d’occasion. La proposition sonore dans ce cas là est enthousiasmante, la musique semble fluide, dynamique,

Bon sang, loin du MP3 il existe un univers sonore fait de timbres justes, de nuances dans les voix, de grave sec et ferme, de scène sonore précise et en trois dimensions...

A venir
Je considère avoir fait le tour des sources (numérique premier prix, numérique modifié et optimisé, analogique) et des préamplificateurs (sans, avec à transistors et à tubes) avec une paire d’enceintes (pas excellentes, mais je les connais, en cela ce sont des références pour moi) avec un rendement très faible, autour de 84dB. Il me reste à tester plusieurs types d’enceintes, mais c’est plus difficile car il est nécessaire de gérer “le déménagement”.

D’autres idées qui viennent...
On l’aura compris, ce processeur Texas Instruments propose des résultats sonores tout à fait intéressants dans l’absolu et sans concurrence une fois la question du tarif intégrée dans le calcul. A 15€ la carte (la bleue, la rouge est moins chère) elle peut servir de base à de nombreux projets. Avec une alimentation possible entre 6V et 24V, un encombrement réduit et une consommation très faible, la carte peut servir à une amplification en automobile ou bateau avec comme source une tablette ou un téléphone.

Si l’on réfléchi dans une perspective de délire audiophile, on peut très facilement “multiplier les boîtes” : par exemple on peut utiliser deux cartes en mono (en mode PBTL) - la carte bleue se prête très facilement à la manoeuvre avec un soudure à effectuer - et réduire la diaphonie à néant. On peut aussi avoir un bloc d’alimentation pour chaque carte mono : on se retrouve avec une solution d’amplification composée de deux blocs mono de 100W, avec alimentation séparée dans un “boitier” séparé...

Si l’alimentation à découpage “c’est le mal” en audio, on peut aussi alimenter la carte avec une batterie. Ayant consacré quelques du temps à ce domaine, l’étude des batteries fait que l’atelier regorge de ressources. Qu’à cela ne tienne, alimentons une carte avec une vulgaire batterie au plomb de 12V.

La tension en fin de charge est de 14V (c’est pourquoi j’évite une utilisation en série qui risque de tuer la carte) et la capacité de la batterie est de 7Ah. Je pose un petit module pour avoir en temps réel la tension aux bornes de la batterie (pour éviter de la vider), et au bout de trois jours d’utilisation à raison de 12 bonnes heures par jour (les vacances...) la tension est toujours supérieure à 12V ! Cette carte ne consomme vraiment rien.



Ci-dessous une photo de la carte et de la batterie, disposées sur le capot de l'amplificateur à tubes. Il faut beaucoup de courage à la maîtresse de maison pour supporter mes bricolages. Aussi, la mesure de la tension est effectuée par un petit module, l'alimentation de laboratoire qui permettrait d'en savoir un peu plus va rester à l'atelier, on ne va pas abuser davantage de la patience de tout le monde : le salon ce n'est pas l'atelier !




Quelques mots de conclusion : le TPA3116 ne représente pas la solution ultime et la meilleure qualité sonore de tous les temps. Par contre, en regard de son tarif, de la facilité d'implémentation, de son rendement, le circuit représente une avancée significative dans le domaine et risque de mettre à mal les amplifications classiques à base de transistors, plus complexes à mettre en oeuvre et pas nécessairement plus musicales.

[lalule]

très intéressant merci.

parfait pour transformer des enceintes passives en active

[renaud]

Il y a trois déclinaisons du circuit. La moins puissance n'a pas de radiateur passif parce que ce n'est pas nécessaire.

La version 3116 avec le radiateur passif ne chauffe pas vraiment : allumé depuis trois heures, Joe Satriani fait évoluer la température entre 28 et 29°, le capteur de la sonde thermique est posé sur le heatsink.

[Vinc]

On avait déjà parlé de classe D on avait conclu que pour le prix c'était très sympa : viewtopic.php?f=88&t=27720

[higgins]

merci pour ces tests très intéressant comme démarche...le coup de réutiliser un vieil ampli irréparable pour x raisons avec ce système audio à bas coût apparaît assez attrayant...