Hard du hard • le Coil Whine

Peut-on y remédier ?

Dans l'absolu, c'est un problème complexe à résoudre. On sait que ça n'est pas en faisant des choix particuliers de tensions électriques que l'on endiguera ce phénomène, car une tension n'est autre que la circulation du champ électrique le long du circuit, bien que la loi d'ohm nous démontre que le flux de courant qui circule dans un composant est dépendant de la tension qu'on lui applique. On peut cependant changer la fréquence et/ou l'amplitude du signal, mais parfois cela n'est pas envisageable quand on a besoin qu'il évolue dans une certaine plage de fréquences.

PCB d'une alimentation Seasonic X, où l'on voit clairement les composants isolés avec de la résine blanche (non, ce n'est pas sale)

Mais on sait aussi qu'un moyen concret pour atténuer ce sifflement est d'amortir physiquement les micro-vibrations qui le provoquent. Il ne s'agit donc pas de chercher à résoudre ce phénomène électriquement en circuit, car il est justement inévitable. La méthode la plus basique est donc de sceller les bobines pour immobiliser leur noyau au maximum, en les engluant de silicone, de résine ou de polyepoxyde fondu. Cependant, malgré cela, il y aura toujours des nanos-vibrations dans la bobine, certes pas assez amples pour provoquer une agitation de l'air qui les rendrait audibles autour de son noyau, mais avec l'usure du composant et le durcissement de la résine avec le temps (elle devient donc cassante), elles pourraient se transformer en micro-vibrations capables de résonner à la fréquence du courant qui la traverse.

Aussi, même si ça n'est pas facile de le démontrer, on peut dire que selon leur méthode de fabrication et la combinaison des matériaux qui les composent, certaines bobines sont plus sensibles que d'autres à ce type de phénomène. En fait, nous savons que ce bruit est affecté par les irrégularités du matériau ferromagnétique qui constitue la bobine, et que la densité de flux induit est affectée par ces mêmes irrégularités, provoquant de minuscules perturbations de courant qui contaminent le signal d'origine. En physique, on appelle cela Perturbations de Barkhausen. On pourrait donc en conclure que la qualité de production du noyau ferromagnétique de la bobine est un facteur important dans ce qui provoquerait l'effet "Coil Whine", cela étant, ça n'a pas encore été réellement démontré.

Vous m'embobinez là, elles servent à quoi ces bobines ?

En électronique, l'usage de bobines dans les circuits est fondamental, et en particulier quand il s'agit de manipuler, compenser, filtrer ou convertir un signal électrique. A l'instar du condensateur, sa principale propriété est de pouvoir emmagasiner de l'énergie. Aussi étonnant que cela puisse paraître, elles peuvent jouer un grand nombre de rôles différents en fonction de la nature des autres composants avec lesquels elles sont combinées. Quelques exemples classiques en passant, on s'en sert :

• pour réduire des tensions haute fréquence parasites sur une ligne d'alimentation ou une entrée d'appareil ;
• pour filtrer une alimentation à découpage au niveau de la conversion continu-continu (c'est d'ailleurs souvent ce cas de figure qui provoque du coil whine sur une carte vidéo) ;
• comme composante principale dans un relais électromécanique ;
• pour créer des trappes dans une antenne en parallèle de condensateurs de façon à ce qu'elle puisse servir pour plusieurs bandes de fréquences ;
• comme oscillateur dans la constitution de circuits résonnants.

Série de bobines 1R2 dans leur blindage disposées sur le PCB d'une carte mère de PC, accompagnées de leurs acolytes condensateurs, dispositif essentiel pour purifier le signal régulé qui doit parvenir aux différents circuits intégrés.

Ne suffirait-il pas de redimensionner les composants ?

Quand on conçoit un circuit électronique, la valeur de chacun de ses composants passifs est méticuleusement calculée en fonction de son rôle en circuit tout en respectant la loi qui régit son principe de fonctionnement. Quand on observe un circuit finalisé, si une résistance a une valeur de 680 ohms, un condensateur a une valeur de 1500uF (s'exprime en Farad, symbole F) ou une bobine a une inductance de 47mH (s'exprime en Henry, symbole H), c'est que les calculs nous ont permis d'aboutir à ces résultats. Rien n'est dû au hasard. Au mieux, ça ne fonctionnera pas du tout, au pire, ça fera sauter votre compteur électrique après vous avoir pété à la figure.

Et il en va de même lorsqu'il s'agit du dimensionnement d'un circuit qui doit respecter des contraintes d'encombrement. Il y a toujours ce type de contrainte à l'arrivée, parce qu'un circuit électronique doit être contenu dans un espace plus ou moins restreint, défini à l'avance. La combinaison de ces 2 facteurs (valeur + encombrement) nous permet alors de choisir le type de composants à placer sur le circuit imprimé.

Et en général, les constructeurs qui ont pignon sur rue trouvent souvent les meilleurs compromis. En pratique, pour une carte vidéo, quand le fabricant choisit d'utiliser un modèle précis de bobine, c'est que, sur le papier, elle remplit parfaitement les contraintes techniques de son cahier des charges. Mais les cartes vidéo utilisent essentiellement de toutes petites bobines enfermées dans un blindage cubique rempli de matériau ferromagnétique. Ce blindage est justement censé atténuer l'effet de résonance magnétique, et les mesures montrent que dans la majorité des cas, l'efficacité est réelle. Cependant, elles ne possèdent pas de propriété d'amortissement mécanique étant donné qu'il n'y a pas de résine à l'intérieur de ce blindage.

Il arrive que le marketing ne fasse pas QUE du bullshit !

Lorsqu'une de ces petites bobines émet le sifflement qui fait l'objet de cet article, la remplacer par une autre bobine de même grandeur d'inductance, mais de conception différente peut en effet supprimer le "Coil Whine". Nous avons déjà eu à l'expérimenter avec succès. Mais ça reste une tâche fastidieuse sans pour autant garantir à 100% qu'elle résoudra le problème définitivement.

Et les condensateurs alors, ils sont concernés eux aussi ?

Absolument pas. Lorsqu'un condensateur électrochimique produit un bruit de haute fréquence tout en étant encore actif, c'est qu'il est sur le déclin et ne tardera plus à rendre l'âme. En fait, quand c'est le cas, cela sous-entend que son gaz s'échappe inéluctablement par des trous microscopiques. Ça ne se voit pas, mais ça s'entend et c'est mauvais signe pour l'état général du dispositif auquel il appartient, car, contrairement à une bobine qui produit un sifflement, un condensateur vidé de sa substance ne peut plus jouer son rôle, ce qui aura pour effet de provoquer une panne plus ou moins importante selon la place qu'il occupe dans le circuit.

Article réalisé en collaboration avec Deus Ex Silicium