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Dernière mise à jour : 20/10/2019

Présentation

Cet analyseur de spectre permet d'afficher le contenu spectral d'une source audio mono ou stéréo sur l'écran d'un oscilloscope configuré en mode XY, sur 7 bandes de fréquence.

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Caractéristiques principales :

Le schéma s'appuie sur un PIC 18F26K22 et des MSGEQ7.

Avertissement

Projet développé pour un usage pro et protégé par copyright (Copyright France). Une version allégée et gratuite du logiciel du PIC, limitée à 3 bandes, est proposée en libre téléchargement.

Schéma

Le schéma qui suit est complet, si on met de côté ce qu'il ne montre pas (oscilloscope, entre autre).

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Principe de fonctionnement
Les signaux audio G et D sont divisés en sous-bandes, chacun de leur côté, à l'aide de filtres passe-bande intégrés dans le MSGEQ7 (filtres centrés sur 63 Hz, 160 Hz, 400 Hz, 1 kHz, 2.5 kHz, 6.25 kHz et 16 kHz). Une détection de niveau est opérée sur chaque portion de signal filtré et le résultat aboutit sous forme d'une tension continue présente sur la sortie 3. Quand le MSGEQ7 est alimenté sous 5 V et qu'on applique sur son entrée audio (broche 5) un signal sinus de 100 mVpp, la tension continue délivrée en sortie DC (broche 3) est voisine de 3 V. La tension d'entrée du MSGEQ7 ne doit pas dépasser 300 mVpp.
Comme le MSGEQ7 possède 7 circuits de filtrage et de détection (redressement et filtrage) et qu'il ne possède qu'une seule sortie, il faut lui indiquer quelle voie on veut activer en sortie (multiplexeur interne configuré avec des commandes envoyées sur les entrées RESET et STROBE). A partir des tensions lues par son CAN, le PIC élabore les tensions analogiques qui sont envoyées aux deux voies d'entrée d'un oscilloscope (analogique ou numérique) configuré en mode XY :
- entrée Y oscilloscope = tension correspondant à l'amplitude des bandes audio
- entrée X oscilloscope = positionnement horizontal des barres sur l'écran
Les tensions de sortie injectées aux entrées X et Y de l'oscilloscope peuvent évoluer entre 0 V et +4 V. Le graphe suivant montre l'évolution des deux tensions X et Y pour un rendu d'écran "typique" (courbe rouge en haut, quatre rafraichissements d'écran à la suite). 

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Les zones de niveau Y (en rouge) sont "évidées" une fois sur deux (la trace dessinée à l'écran ne fait que suivre la tension qu'on applique sur l'entrée Y de l'oscilloscope). Au coup suivant (en alternance) les zones de niveau Y (en rouge) sont remplies. A noter que cette représentation avec alternances "barres évidées" et "barres remplies" ne m'a servi que pour les phases de tests et de débogage, les barres sont toujours remplies dans le programme final.
 
Le mode d'affichage peut être mono (1 x 7 barres) ou stéréo (2 x 7 barres) :

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La largeur des barres peut être ajustée au moyen des boutons-poussoirs Set, Up et Down (voir § Réglages)...

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Etage d'entrée
Les circuits MSGEQ7 extraient l'enveloppe des deux signaux audio analogiques G et D pour en obtenir une information "crête/modulation". Les tensions continues représentatives des signaux audio sont envoyées au CAN 10 bits du PIC (entrées AN0 et AN1) qui les traite comme il se doit. Le niveau des signaux est visualisé en dBu, la conversion log est effectuée par le PIC (ce qui explique l'étendue totale de 55 dB). A ce jour, je n'ai pas encore effectué de mesures précises pour m'assurer de la "dynamique" réelle des MSGEQ7.

Etage de sortie
Les signaux de sortie analogiques à destination de l'oscilloscope sont constitués par un double convertisseur numérique analogique (DAC) de type MCP4822 (résolution 12 bits). D'autres types de convertisseurs peuvent faire l'affaire, moyennant une adaptation du logiciel du PIC (pas nécessaire dans le cas présent).

Réglages
L'oscilloscope, dont la seule fonction est d'afficher les barres de niveau, doit être configuré en mode XY. La voie X reçoit le signal en dent de scie qui permet le balayage horizontal, et la voie Y reçoit la tension "variable" qui représente le niveau des entrées analogiques. 
Il convient de régler le calibre vertical de sensibilité d'entrée et celui de la base de temps pour déployer correctement les barres de niveau sur la presque totalité de l'écran. Commencer par 200 mV/div et 2 ms/div. En fonction de l'oscilloscope utilisé et du nombre de divisions verticales et horizontales, il pourra être nécessaire de le décalibrer via les boutons adéquats.

Réglage largeur barres :
- presser le bouton-poussoir SW1/Set une fois pour passer en mode de réglage "Largeur barres"
- presser SW2/Up ou SW3/Down pour augmenter ou diminuer la largeur des barres
- presser le bouton-poussoir SW1/Set trois fois pour quitter le mode de réglage.

Mémorisation des crêtes :
- presser le bouton-poussoir SW1/Set deux fois pour passer en mode de réglage "mémorisation des crêtes"
- presser SW2/Up ou SW3/Down pour activer ou désactiver la mémorisation des crêtes
- presser le bouton-poussoir SW1/Set deux fois pour quitter le mode de réglage.

Modes mono/stéréo :
- presser le bouton-poussoir SW1/Set trois fois pour passer en mode de réglage "mono/stéréo"
- presser SW2/Up ou SW3/Down pour passer en mode mono ou stéréo
- presser le bouton-poussoir SW1/Set une fois pour quitter le mode de réglage.

Alimentation
Le +5V nécessaire au PIC et au double DAC est obtenu avec un bloc d'alimentation secteur 9V / 200 mA suivi d'un régulateur linéaire de type 7805 (ou 78L05).

Transformation du système en analyseur de niveau multi-voies ?

Se reporter à l'article Vumètre 019 qui permet de visualiser 8 voies audio en même temps ;)

Logiciel du PIC

Le logiciel allégé (LE) disponible en libre téléchargement ici permet de ne visualiser que 3 bandes sur 7 (63 Hz, 1 kHz et 16 kHz).
Analyseur de spectre 001 - PIC 18F26K22 - LE (20/10/2019)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.
Version LE non disponible pour le moment

Historique

20/10/2019
- Première mise à disposition.