Gearporn #2 : les lampes

Bonjour à tous,

Voilà le deuxième poteau que j’écris sur le matos électronique. On va l’appeler *Gearporn #2* (aucune idée s’il y aura d’autres épisodes plus tard).

Dans des poteaux précédents : [celui-ci sur l’orgue Philicorda](https://www.reddit.com/r/france/comments/13fg607/un_peu_de_gearporn_avant_dattaquer_le_weekend/) et celui-là sur [mon agacement sur la fiabilité et la réparabilité du matos](https://www.reddit.com/r/france/comments/14aryvh/la_merdification_des_choses/), j’ai parlé à plusieurs reprises de “tubes” ou de “lampes”. L’un des redditeurs m’avait fait la réflexion que tout ça avait l’air bien intéressant mais qu’il ne savait pas ce que c’était que cet objet et que ça ne lui permettait pas d’appréhender pleinement ce que j’avais écrit.

Je me suis donc dit : bah tiens, ça pourrait être un sujet de poteau en soi ça !

Si vous jetez un oeil sur la définition wikipédia d’un tube électronique, vous allez tomber sur ceci : [https://fr.wikipedia.org/wiki/Tube\_%C3%A9lectronique](https://fr.wikipedia.org/wiki/Tube_%C3%A9lectronique)

Alors c’est pas que c’est pas intéressant en soi, mais c’est peut-être un brin complexe.

On va donc partir du plus simple : un tube électronique/une lampe, c’est un type de **composant électronique** dont le nom un peu générique désigne en réalité plusieurs composants aux fonctions très différentes. Avec un tube, on peut amplifier un signal (intéressant dans le domaine musical), créer des portes logiques (intéressants dans le domaine de l’informatique), générer des images (tube dans les télés dites “cathodiques” par exemple), générer des rayons X, redresser un courant (participer à transformer un courant alternatif en courant continu), réguler une tension et bien d’autres fonctions encore.

Les lampes sont toujours utilisées pour tout un tas d’utilisations, mais dans l’immense majorité des applications, elles ont été remplacées par d’autres composants moins contraignants (diodes, transistor, régulateurs de tension, etc…).

Dans le domaine musical, celui des amplis, un tube désigne dans l’immense majorité des cas un dispositif d’amplification. Parfois, on va aussi trouver des lampes redresseuses, des oscillateurs ou des régulateurs de courant, mais si vous entendez un guitariste parler de lampes/tubes, il y a 99% de chances qu’il soit question de tubes pour amplifier le signal. Les guitaristes adoooorent parler de leurs lampes (et de leur matos en général).

*Déjà, pourquoi est-ce qu’on parle de tubes ou de lampes ?*

L’apparence de ce type de composants rappelle une ampoule avec son filament d’où la référence au mot lampe. En anglais, on parle de *vaccuum tube* (tube à vide), d’où l’utilisation du mot “tube” également.

Une lampe, ça ressemble à ça :

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De bas en haut : On a une embase mâle en plastique ou bakélite traversée par des picots métalliques (qui serviront à se fixer sur une embase femelle reliée aux autres composants), de l’autre coté de l’embase se trouve une capsule de verre remplie d’un gaz rare ou de vide (là en l’occurrence c’est du vide). Et à l’intérieur de cette capsule de verre, on retrouve des sortes de plaques métalliques. On va donc disséquer ça pour essayer de comprendre comment ça se goupille.

**D’abord un tout petit peu de théorie (ultra méga simplifiée).**

Dans un tube électronique destiné à l’amplification, on va trouver différents éléments métalliques séparés les uns les autres par du vide dans le but d’amplifier le signal (en gros, transformer une petite puissance d’entrée en grosse puissance de sortie).

**Aparté dispensable sur l’amplification avec des explications peu convaincantes (mais j’ai pas trouvé mieux).**

Avant de rentrer dans le vif du sujet, on va parler d’amplification (pareil ça va être ultra simplifié et sûrement mal expliqué et pas très clair). Alors à quoi ça sert l’amplification ? Typiquement, si vous connectez votre guitare directement à un haut-parleur, il y a peu de chances que vous entendiez grand chose. Le signal est trop faible et n’aura pas assez de patate pour faire vibrer la membrane du haut-parleur. Il va donc falloir l’amplifier. L’amplification ça sert à rendre audible ce signal faible.

Imaginez que vous avez votre main sur le robinet de votre évier de cuisine avec un mitigeur. Vous levez la main à fond, l’eau coule à fond. Vous baissez la main, l’eau s’arrête de couler. Si vous mettez la main au milieu des deux positions, vous atteignez une zone intermédiaire où l’eau coulera un peu. Tout le monde a l’image en tête ?

Maintenant, imaginez que vous faites bouger votre main de façon régulière en passant du moment où le mitigeur bloque l’eau jusqu’au moment où l’eau coule à fond et vis et versa. Vous avez donc une oscillation entre la situation où aucune eau ne coule et la situation où l’eau coule à fond.

Imaginez maintenant que nous sommes dans un univers parallèle où les lois de la physique sont un peu bizarres. Si vous mettez le mitigeur en position milieu, rien ne coule. Si vous le mettez en haut, l’eau coule normalement. Et si vous l’abaissez totalement, l’eau remonte !

En effectuant le va et vient précédent, vous allez donc avoir une circulation de l’eau qui va aller de haut en bas en fonction du mouvement de votre main. Ce qui est marrant c’est qu’en agissant de la sorte, vous allez pouvoir manipuler à votre guise quelques litres d’eau avec seulement un mouvement de main d’une petite amplitude (quelques centimètres).

Maintenant, imaginez que vous aimeriez faire joujou de la même manière mais en manipulant les millions de tonnes d’eau du barrage du Jinping (plus grand barrage du monde) avec la même facilité que vous manipulez votre mitigeur. Vous imaginez bien que le mouvement de quelques centimètres de votre main ne saurait être assez efficace pour manipuler mécaniquement les vannes immenses du barrage (les barrages n’ont pas de mécanismes aussi simples que des mitigeurs). On va donc imaginer tout un système d’intermédiaires pour qu’on puisse contrôler les millions de tonnes d’eau du barrage de Jinping avec la même énergie que celle que l’on mets à manipuler notre mitigeur. C’est extrêmement imagé et pas très bien expliqué (vraiment pas très bien), mais vous voyez l’idée.

Du coup, pour revenir à notre guitare, le but c’est que le signal de faible puissance dégagé par le micro de notre guitare (le mouvement de notre main sur le mitigeur) puisse, par un jeu d’amplifications successives, avoir assez de puissance pour faire vibrer la membrane d’un haut-parleur (le barrage de Jinping).

**Retour sur la lampe.**

Et bien justement, une lampe, elle va permettre d’amplifier un signal faible qu’on lui envoie pour transmettre un signal plus fort. Et ce signal plus fort, on va pouvoir le travailler, et le renvoyer vers d’autres endroits de l’ampli où il sera réamplifié etc. jusqu’à ce qu’en définitive, on puisse avoir un haut-parleur qui vibre. Du coup, sur la lampe, on va trouver comme sur un robinet, une arrivée de courant électrique, une sortie de courant et une « vanne » qui détermine la quantité de courant qu’on envoie.

Un exemple tout bête : la triode nommée 12AX7 ->

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Sur le schéma suivant, on a une arrivée du signal à gauche (la petite sinusoïde). En gros, c’est l’équivalent de notre main qui ouvre et ferme le robinet dans l’analogie précédente. On a une arrivée d’électricité (là où c’est marqué “+HT”) et une sortie (là où il y a le symbole de la masse en bas).

Si on “lève ou baisse la main sur notre mitigeur” (en gros si on a une tension positive ou négative au niveau du signal d’entrée), on va avoir un débit de courant plus ou moins important dans un sens ou dans l’autre dans le tube. Et si on regarde ce qui se passe au niveau de la sortie du robinet (le trait horizontal en haut à droite sur le schéma), on peut voir qu’on a un signal plus important. Ce signal peut à son tour servir à “manipuler le mitigeur” de la lampe suivante etc etc. Vous observerez aussi que le sens de la sinusoïde a changé. Bon là, on s’en fiche, on n’en parlera pas par la suite.

Mais pour vraiment comprendre ce qui se passe dans une lampe… il faut en regarder le mécanisme de façon un peu plus précise en étudiant sa physique.

**Et là, à l’intérieur du vide, un faisceau !**

Un courant électrique, c’est le déplacement de charges électriques (le plus souvent des électrons) dans un matériau conducteur.Or, dans notre lampe, on a… du vide. Dur dans ces conditions là de faire transiter des électrons puisque le vide est bien moins conducteur que le cuivre ou l’aluminium.Du coup, on ne va pas avoir un courant électrique « traditionnel » au sein de cette lampe, mais plutôt une [émission thermoionique](https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89mission_thermoionique). N’étant pas physicien, je vais avoir du mal à être forcément très clair parce que c’est un phénomène que je comprends très partiellement. Je vais tout de même m’employer à transmettre ce que je crois avoir compris.

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Au sein de la lampe, on va trouver ce que l’on appelle la **cathode**. C’est la partie de la lampe qui va être reliée à la masse du circuit (en l’occurrence, c’est ce qui est relié au **-** ). Cette cathode, c’est une fine plaque de métal sur laquelle on va trouver des [oxydes alcalino-terreux](https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tal_alcalino-terreux). Ce qui est intéressant c’est la propriété de cette plaque une fois qu’elle atteint une certaine température.

Lorsque cette plaque atteint une certaine température, elle va commencer à émettre des électrons. Si ces électrons ne sont pas « attirés » ailleurs, ils vont tout bonnement “retomber” sur la plaque. Un peu comme des gouttes d’huile bouillante qui crépitent dans une poêle et retombent dans la poêle elle-même. La cathode, c’est là où il y a le symbole de terre sur le premier schéma.

Comment va-t-on chauffer cette cathode ? Et bien, on trouve dans cette lampe, un filament (*heater* en anglais). Ce filament agit comme celui d’une ampoule à incandescence et va dégager de la chaleur (et un peu de lumière) lorsqu’un courant passe dedans. Pour qu’une lampe « fonctionne », il faut d’abord qu’elle atteigne la bonne température. Un circuit d’alimentation dédié au chauffage de ces filaments est présent sur les transformateurs des amplis à lampe par exemple. Lorsque vous regardez l’arrière d’un ampli de guitare, le rougeoiement des lampes (dans une utilisation normale) vient de ce filament. Le filament n’apparaît pas sur le premier schéma mais apparaît bien sur le second schéma, juste en dessous de la cathode.

De l’autre côté de la lampe, on va trouver l’**anode**. L’anode, parfois appelée « plaque » (*plate* en anglais) est la partie de la lampe sur laquelle on va venir apposer une tension positive (le **+** du circuit). Sur le schéma situé plus haut, c’est là où on trouve marqué *+HT*. Ce qui est intéressant c’est que lorsque l’on va venir appliquer une tension positive assez forte sur l’anode, celle-ci va se mettre à attirer les électrons qui « crépitent » et se détachent de la cathode. En fait, ces derniers au lieu de « retomber » sur la fine plaque de métal dont il est question plus haut, vont partir rejoindre l’anode. Les électrons ainsi émis par la cathode traversent le tube à vide et atteignent l’anode.

Alors oui, il y a quelque chose de contre-intuitif entre la représentation que l’on a du courant (qui va du plus vers le moins) et le mouvement réel des électrons (qui lui va du moins vers le plus). Plus d’infos [ici](https://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_%C3%A9lectrique#Sens_du_courant_%C3%A9lectrique).

Bon et du coup, lorsque ces électrons quittent la cathode pour rejoindre l’anode qu’est-ce que l’on obtient ? Et bien on obtient un déplacement de charges électriques, un courant. Même si ces électrons ne sont pas visibles à l’œil nu, ils traversent le vide et vont de la cathode à l’anode.

**Bon et du coup, c’est super, mais ça me fait une belle jambe !**

Oui, pour l’instant ça n’a pas grand intérêt, mais un peu de patience.

Et c’est quoi le rapport entre ce courant électrique au sein de la lampe et mon signal de guitare ?

J’y viens.Entre la cathode et l’anode, on va trouver un autre élément : la **grille** (*grid* en anglais). Cette grille métallique est reliée à l’arrivée du signal. En gros, pour reprendre l’analogie de tout à l’heure, c’est un peu l’équivalent du mitigeur de l’arrivée d’eau.

Comme cette grille est reliée à la guitare (ou au synthé ou à ce que vous voulez qui produit un sinal sonore), elle va réagir au signal qui lui est envoyé. Un signal musical, c’est un courant alternatif avec des alternances positives et négatives. Lorsque l’alternance est positive, vu depuis la cathode de la lampe, c’est comme si cette tension positive s’ajoutait à la tension positive de l’anode, cela va donc attirer davantage d’électrons. Lorsque l’alternance est négative, cela va au contraire freiner le départ des électrons depuis la cathode jusqu’à l’anode.

Et si on parle de « grille », c’est justement parce que les électrons, s’ils sont influencés par la tension s’y appliquent, ne s’y arrêtent pas et la traversent pour rejoindre l’anode (et visuellement, l’objet est plus ou moins une grille).

Du coup, ce signal, à travers la « grille » peut contrôler le débit d’électrons au sein du tube. Et si on regarde ce qui se passe du côté de l’anode, on obtient une copie du signal, mais amplifiée (la copie est aussi inversée, mais ça je ne vais pas l’expliquer ici).

Selon le type de lampe, on va parfois trouver plusieurs grilles. Je ne vais pas rentrer dans les détails, mais en gros chacune de ces grilles va avoir une incidence sur le flot d’électrons qui part la cathode pour aller vers l’anode. Exemple : dans la lampe que je tiens dans ma main au début du texte (il s’agit d’une lampe de type EL34), on va trouver trois grilles. La grille de l’arrivée du signal, une autre grille nommée « écran » (*screen grid* en anglais) et une dernière nommée « grille suppresseuse » (*suppressor grid* en anglais).

Et on peut noter aussi… que dans certains lampes, on peut trouver plusieurs combinaisons cathode+grille+anodes qui sont indépendantes les unes des autres. Typiquement, la lampe la plus commune des amplis à lampe, la 12AX7 est ce que l’on appelle une double-triode. On y trouve donc deux cathodes indépendantes, deux grilles indépendantes et deux anodes indépendantes mais au sein d’une seul enveloppe de verre. Et ces deux triodes partagent les mêmes filaments de chauffage.

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Si on regarde une lampe en coupe, on voit à peu près ça. On a la cathode au centre du tube de verre, l’anode (plate) à l’extérieur entre les deux on va trouver les différentes grilles. Ce que le schéma permet de voir c’est justement de flot d’électrons qui partent de la cathode, traverse les grilles pour ensuite arriver sur l’anode/plate.

Et si on regardait ça en vrai ?

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https://preview.redd.it/krr6leocc0mb1.jpg?width=3016&format=pjpg&auto=webp&s=b37be2e96861a9f7d429e77df377f04aab40b593

Déjà, on va commencer par scier l’enveloppe en verre du tube avec une lime « tier point ».

Cela nous permet donc de virer l’enveloppe en verre.

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Et à partir de là, on s’équipe de pinces et on commence à tout démonter méthodiquement.

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https://preview.redd.it/zst8tpgsc0mb1.jpg?width=3016&format=pjpg&auto=webp&s=c86ca379e3423ffdcb31a5fb061fb3978e7edb03

Là, j’ai démonté l’une des plaques (anode). On peut donc apercevoir les grilles en dessous et la cathode au centre.

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https://preview.redd.it/eaw6lq2yc0mb1.jpg?width=3016&format=pjpg&auto=webp&s=60bae1dcf3f73fa575cccaf95fe5698f052e65cd

Là, on observe plus facilement les différentes grilles. La cathode est descendue. Et on voit sortir de la cathode une sorte de « trombone torsadé blanchâtre ». Et bien cette partie là, c’est le filament de chauffage des lampes.

Je ne m’attarde pas sur les petites parties. Bien qu’à la base le reportage photo était bien plus détaillé, j’ai décidé de faire court. On trouve aussi dans la lampe des pièces isolantes qui servent à maintenir les différents éléments ensemble.

**De l’utilité des lampes.**

Bon alors, je vais conclure par ce chapitre qui s’adresse plutôt au non-musiciens.Alors si l’on raisonne de façon purement pragmatique, la technologie à lampe n’est pas très pratique pour l’audio. Typiquement, cela oblige à avoir des amplis plus lourds (en grande partie à cause des transformateurs plutôt balaises dont on a besoin pour faire fonctionner le tout). Par dessus le marché, les lampes sont des consommables. Elles ne sont pas conçues pour durer éternellement et peuvent très bien cesser de fonctionner, faire des bruits chelous (crépitements, microphonie) ou se briser pour des raisons mécaniques (un choc le plus souvent). Et pour en rajouter une couche, ces amplis consomment pas mal de jus, chauffent comme pas permis et ne sont pas d’une fiabilité à toute épreuve (même s’ils sont quand même pas mal robustes en vrai). Et même si les amplis à lampe sont, en théorie, plus facilement réparables que pas mal d’amplis utilisant des semi-conducteurs, ce sont aussi parfois de vraies usines à gaz (les Mesa et les Blackstar, cette plaie).

Mais alors pourquoi choisir ce type d’amplis ? Tout d’abord, il y a l’aspect historique, patrimonial etc. qui pousse à s’acheter le même ampli qu’Hendrix ou Dick Dale et qui pousse à essayer de retrouver un son identique. Il y a l’idée de « s’acheter une marque » et de vouloir jouer sur du matos entouré d’une aura de prestige (plus ou moins méritée d’ailleurs).

Mais il y a autre chose : le son des amplis à lampe a les défauts de ses qualités. L’exemple typique, c’est la distorsion. Normalement, la distorsion, c’est quelque chose que l’on a d’abord essayé d’éviter de prime abord. Lorsque l’on a commencé à fabriquer des amplis pour amplifier des guitares ou des pedal steel, le but était de fabriquer des amplis capables d’amplifier le signal de départ sans l’altérer (ou en l’altérant le moins possible). Sauf que dans les années 50-60, la question de la pureté du son ne s’est plus vraiment posée dans ces termes là et au contraire, la distorsion est devenue une manière d’exprimer la colère, la rébellion, la folie etc. et a pleinement intégré l’esthétique rock. Et pour ce qui est de produire de la distorsion, les amplis de guitare à lampes sont assez balaises. Ce qui serait un défaut dans les monde de la Hi-Fi (les audiophiles détestent la distorsion) devient dans le monde des amplis de guitare, un atout sonore à exploiter.

Et si on connaît maintenant plein de façon différentes de faire un son distordu (en utilisant des diodes ou des transistors, en utilisant des systèmes numériques par exemple), le son des lampes a quelque chose de caractéristique qui est fortement recherché par les musiciens.

Plus d’infos :

→ Valve Wizard, le site de référence des internets sur ce type de sujet

→ Le site de Rob Robinette. Là, on est plus sur un site de technicien, bricoleurs, moddeurs, mais les passages théoriques sont cools et faciles à comprendre.

→ Le *RCA Receiving Tube Manual* de 1966. L’ouvrage est très gros, mais les premiers chapitres sont très facile à comprendre et détaillent bien le fonctionnement de ce type de composant.

by morinl