LA BOÎTE DE DIRECT : Passive versus Active

La fonction première d’une Boîte de Direct est d’ajuster l’impédance de sortie d’une source moyenne / haute impédance, de type asymétrique, pour la convertir en une liaison symétrique de basse impédance. Pouvoir ainsi transporter son signal sur de grandes longueurs mais pouvoir de plus l’intégrer aux restes des sources sur des entrées basse impédance (telle une console).
D’autres fonctionnalités sont souvent proposées : un Thru/Link pour pouvoir profiter également du signal d’origine, sur place en asymétrique, pour une utilisation à courte distance du musicien (une pédale d’effet, une tête d’ampli,…), un interrupteur pour couper une boucle de masse, un PAD d’atténuation en entrée pour diminuer le gain de la source et éviter toute saturation, …
 
On retiendra grossièrement :
1/ Une version passive fonctionnera sans alimentation, coupera court à toute ronflette Hertzienne électrique MAIS atténuera le signal en sortie. À privilégier avec un instrument actif.
2/ Une version active nécessite d’être alimentée par pile 9V ou par l’alimentation Phantom de la console, elle peut générer une boucle de masse. Il faudra veiller à ce que le niveau d’entrée ne sature pas MAIS elle conserve la dynamique du signal, voire la stimule. À privilégier avec un instrument passif.

Préambule :
Avant de comprendre comment fonctionne une Boîte de Direct (Direct Injection ou Direct Input – DI Box), il faut rappeler quelques règles de l’électroacoustique.
 
• Lorsque l’on branche deux appareils ensemble, l’Impédance d’entrée Zi (dite impédance de charge – l’appareil d’arrivée, ex : une tranche de console) doit être ⩾ à l’Impédance de sortie Zo (l’appareil émetteur, ex : un clavier, un lecteur, un micro…), ou strictement supérieur dans le cadre d’une liaison numérique.
Note 1 : L’impédance de sortie est en vrai dépendante d’une fréquence considérée sur l’intervalle audible 20Hz-20kHz. On retiendra par simplicité une moyenne admise nommée impédance nominale.
Note 2 : On distinguera l' « Impédance » (symbole Z), résistance d’un circuit au courant alternatif, de la « Résistance » (symbole R), elle aussi exprimée en ohm et correspondant à la résistance d'un circuit au courant continu.

• Liaisons Asymétriques versus Symétriques
 
1.    Dans une liaison asymétrique, le signal (qui est rappelons-le du courant alternatif de très faible amplitude) est véhiculé par un câble à deux conducteurs :
- le premier, l’âme (ou point chaud), portant le signal,
- le second, la masse, tressé autour du premier et qui lui sert de blindage.
 
Elles contiennent moins de cuivre qu’une liaison symétrique, nécessitent également moins de conversions dans la chaine de son, et sont donc privilégiées pour ces raisons économiques. Mais la protection offerte par la masse reste tout de même faible face aux rayonnements électromagnétiques d’autres cordons portant des tensions plus importantes. Le câble étant assujetti à ces perturbations le long de cette liaison, on comprend aisément que cette méthode ne saura être utilisée que sur de courtes distances.
Elles sont tout à fait adaptées dans un usage grand public où les longueurs à couvrir sont rarement conséquentes.
Exemple d’une perturbation électrique sur le signal modulé :

Parasite électrique sur liaison asymétrique

2.    Dans une liaison symétrique, ce signal est porté à travers un câble à trois conducteurs :
Les deux premiers, le point chaud (Pc) et le point froid (Pf), portant le même signal MAIS en opposition de phase (la tension U du point froid UPf = – UPc). Le troisième, la masse comme en asymétrique, tressée autour des deux premiers brins pour les protéger au mieux de parasites électriques.
Au point d’entrée, en fin de liaison, une désymétrisation est effectuée conduisant à la soustraction des signaux portés par Pc et Pf… UPc – (–UPc) = UPc + UPc = 2xUPc
De cette façon si un rayonnement affecte le signal, il touchera les deux brins AVEC LA MÊME POLARITÉ et sera atténué lors de cette soustraction :

Parasite électrique sur liaison symétrique

Après soustraction : parasite estompé

Présentons maintenant le distinguo mécanique entre une DI passive et une DI active.

Boîte de Direct Passive

La méthode passive fait appel à un transformateur Basse Fréquence. Par son principe d’induction électromagnétique il présente l’avantage de ne pas avoir de conducteur électrique direct, donc aucun problème de buzz/ronflette électrique ou boucle de masse : on parle d’isolation galvanique.
Il est doté d’une SELF (bobinage) au primaire (Nombre N1 de spires d’un câble conducteur) et d’une seconde à l’étage secondaire (avec un nombre N2 de spires).
Le courant alternatif qui parcourt l'enroulement primaire crée un champ magnétique, enregistré et réparti par l'enroulement secondaire qui le reconditionne en courant. Le rapport de transformation (ou rapport en tension ou rapport d’atténuation) est lié au nombre de spires de l'enroulement primaire par rapport à celui de l'enroulement secondaire : N1 / N2.
Par exemple, si la SELF au primaire compte 500 spires, la seconde 25 : le rapport de transformation sera d'environ 20.
 
Et c’est ainsi qu’il adapte l’impédance car Z1 / Z2 = (N1 / N2)²... [ où Z1 = impédance au primaire, et Z2 = impédance au secondaire ]
Dans notre exemple précédent, le rapport en tension étant de 20, le rapport des impédances sera de l'ordre de 20² = 400.
On l’a vu en préambule, on doit toujours avoir Zentrée ⩾ Zsortie.
L'entrée micro présente une impédance entre 1000 et 10 000 Ω. Prenons le cas d’une valeur moyenne à 5000 Ω… Pour l’obtenir au secondaire, il nous faudra au primaire une impédance inférieur ou égale à 5000 x 400 = 2 000 000 Ω. 
L’impédance d’un instrument se plaçant sur l’intervalle 10 000 à 100 000 Ω, on tombe bien sous la valeur critique : Zi (Boite de Direct Primaire) ⩾ Zo (sortie de guitare).
 
Cependant, par son principe mécanique, la boîte de directe Passive engendre une perte de niveau marquée : dans notre exemple de 20, un signal entrant dans la DI à 0.2V en sort à 0.01V pallié par le gain en entrée micro. Il est admis que cette perdition est généralement de 20 à 100.

Boîte de Direct Active

La méthode active repose sur un circuit électronique (transistor FET, Field Effect Transistor, bipolaire, ou AOP, amplificateur opérationnel) et nécessite une alimentation. Délivrée par l’alimentation phantom de la console ou par une à deux piles 9V.
 
La méthode active laisse profiter de l’entièreté du signal, elle n’affecte pas d'atténuation en sortie voire au contraire amplifie parfois légèrement : elle peut donc être raccordée sur une entrée ligne si le niveau de sortie s'y prête.
Cependant, ce type de boîtier ne permet pas l’isolation galvanique de la précédente et peut dans certains cas contribuer plus facilement à créer des problèmes de boucle de masse (ou ne plus contribuer à leur élimination).
Notons toutefois qu'en raison d’un apport d'alimentation peu élevée (une pile 9V), le gain apporté par le transistor n'est jamais très haut afin d’éviter d’atteindre l'écrêtage sur des niveaux dominants. C’est aussi pour éviter ce seuil qu’elles sont souvent équipées également d’un atténuateur de gain d’entrée.