Mesure du rendement amplificateur audio : Méthodologie et références par classe

Rendement = (Puissance audio sortie) / (Puissance CC entrée) × 100 %

Le rendement d'un amplificateur n'est pas un nombre unique — il varie avec niveau sortie, impédance charge, fréquence, et tension alimentation. Une mesure correcte requiert acquisition simultanée puissance entrée/sortie sous conditions définies.

Montage de mesure

 Alim CC Amplificateur Charge (R_L) DUT (Vcc, Gnd, Courant) ─────►│ [ALIM] │──────►│ [AMP] │──────►│ [R_L] │ │ └───────┘ │ └───────┘ │ │ │ ▼ ▼ ▼ [Analyseur puissance] [Analyseur audio] [Thermique / V/I] (P_entrée = Vcc × I_CC) (V_sortie, THD+N) (P_sortie = V_eff² / R_L) 

Procédure étape par étape

1. Définir conditions test : Tension alim (V_CC), Charge (R_L = 4 Ω, 8 Ω), Fréquence (1 kHz standard), Bande passante (20 Hz–20 kHz ou 20 kHz BW).
2. Calibrer : Vérifier linéarité analyseur, précision charge (4 fils), calibration shunt courant alim.
3. Régler niveau sortie : Piloter ampli vers points spécifiques :
   • Puissance nominale (THD+N = 1 % ou 10 % selon spec).
   • 1/8 Puissance (simulation facteur crête musique typique).
   • 1 W (rendement niveau bas).
   • Repos (Courant de repos → 0 % rendement).
4. Mesurer simultanément :
   • P_IN = V_CC × I_CC (Puissance CC moyenne). Utiliser analyseur puissance ou oscilloscope large bande (math V×I) pour amplis classe-D pour capturer ripple courant PWM.
   • P_OUT = V_RMS² / R_L (Vrai RMS tension aux bornes charge).
5. Calculer : η = P_OUT / P_IN × 100 %.
6. Enregistrer THD+N : Rendement à 10 % THD sans signification audio. Reporter à 0,1 %, 1 %, et écrêtage.

Nuances critiques

• Classe-D (Commutation) Courant entrée : Pas continu ! Pulsé à f_sw (300 kHz–2 MHz). Doit utiliser analyseur puissance large bande (ex. WT1800, LMG671) ou shunt calibré + intégration oscilloscope. Multimètre lit moyenne → P_IN faux.
• Charge réactive : Vrais HP ne sont pas résistifs. Mesurer avec charge complexe (ex. CEI 60268-1) ou reporter "charge résistive seulement".
• Ripple/Régulation alim : Alim non régulée s'effondre sous charge → P_IN plus bas → η artificiellement haut. Utiliser alim labo rigide.
• Équilibre thermique : Faire tourner à puissance 15–30 min avant lecture. R_DS(on), R_enroulement changent avec température.

Références rendement par topologie (Typique @ Puissance nominale, 4 Ω)

Classe	Topologie	η Pic	η @ 1/8 Puissance	Perte repos	Notes
A	Simple alternance, Courant constant	20–30 %	~10–15 %	Élevée (Biais plein)	Meilleure linéarité, gros radiateur.
AB	Push-Pull, Biais ~50-100 mA	50–65 %	30–45 %	Faible	Point idéal Hi-Fi.
H / G (Commutation rails)	Multi-rails Classe AB	65–75 %	40–55 %	Faible	Pro audio, réduit dissipation.
D (PWM)	Demi/Pont complet, fsw > 300 kHz	85–95 %	75–85 %	Très faible	Dominant maintenant. Filtre sortie requis.
D (GaN/SiC)	fsw > 1 MHz	92–97 %	85–92 %	Très faible	Émergent. Filtres plus petits.
T / Numérique (Tripath/ADI)	DPWM / Modulation AD	80–90 %	70–80 %	Faible	Héritage "Classe T".

Format rapport (Exemple)

Amp : Classe-D perso (TPA3255), V_CC=48 V, R_L=4 Ω, 1 kHz, BW=20 kHz, THD+N=1 %
P_OUT = 125 W, P_IN = 148 W → η = 84,5 %
@ 1/8 Puissance (15,6 W) : P_IN = 21,2 W → η = 73,6 %
Repos : P_IN = 0,8 W

En résumé : Le rendement est une courbe, pas un point. Mesurer P_IN correctement (surtout Classe-D), définir charge/niveau/THD, et comparer aux attentes de classe.