Electronique > Réalisations > Effets > Chenillard sonore 001

Dernière mise à jour : 30/10/2011

Présentation

Le système décrit ici permet de produire un effet sonore quelque peu particulier, en faisant tourner un son autour d'une personne par le biais de plusieurs haut-parleurs placés en cercle.

chenillard_sonore_001_syno_001a

Son principe repose sur la distribution d'une source sonore mono vers un haut-parleur parmi plusieurs, de façon séquentielle, avec des transitions douces et sans heurt (sans cloc dans les HP). Le système proposé ici travaille avec des signaux audio asymétriques de niveau ligne (aux alentours de 0 dB, disons entre 100 mVeff et 1 Veff) et est prévu pour attaquer huit systèmes d'amplification (un amplificateur audio par HP), mais il peut sans problème être étendu à un nombre supérieur de diffuseurs sonores, ce point sera abordé plus loin.

Principe général de fonctionnement

Il existe plusieurs approches pour obtenir l'effet désiré, qui dans tous les cas consistent à atténuer plus ou moins fortement un signal audio sauf pour une des voies d'amplification, celle que l'on appellera voie active. On peut :
J'ai choisi les optocoupleurs pour leur coût de revient bien plus bas et pour leur plus grande facilité de mise en oeuvre. L'optocoupleur doit être de type "analogique", on ne peut pas utiliser un optocoupleur logique de type MCT2 ou un TIL11 par exemple.

Choix des optocoupleurs

Du côté analogique, on ne trouve pas beaucoup de références vraiment faites pour cet usage. On peut par exemple utiliser des optocoupleurs analogiques moulés de type NSL-32 (marque Adanced Photonic, anciennement Silonex) ou VTL5Cx.

opto_silonex_nsl32

Voici les modèles que j'ai trouvés chez Farnell, avec prix et commentaires perso.

RmaxRminPrixCommentaire
NSL-32500 k5002 €Nota (1)
NSL-32SR25 M402,50 €Nota (2)
NSL-32SR325 M603 €Nota (3)
VTL5C150 MO2006 €Nota (4)
VTL5C21 MO2006,50 €Nota (5)
VTL5C310 MO1,56,50 €Nota (6)
VTL5C4400 M754,50 €Nota (7)

Nota (1) : courant LED requis de 40 mA pour résistance Ron de 500 ohms. Temps de montée de 3,5 ms. Temps de relachement de 500 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 500 kO de Rmax.
Nota (2) : courant LED requis de 20 mA pour résistance Ron de 40 ohms. Temps de montée de 5 ms. Temps de relachement de 80 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 5 MO de Rmax.
Nota (3) : courant LED requis de 20 mA pour résistance Ron de 60 ohms, 150 mA pour 150 ohms. Temps de montée de 5 ms. Temps de relachement de 10 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 25 MO de Rmax.
Nota (4) : courant LED requis de 10 mA pour résistance Ron de 600 ohms, 40 mA pour 200 ohms. Temps de montée de 2,5 ms. Temps de relachement de 35 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 50 MO de Rmax.
Nota (5) : courant LED requis de 10 mA pour résistance Ron de 800 ohms, 40 mA pour 200 ohms. Temps de montée de 3,5 ms. Temps de relachement de 500 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 1 MO de Rmax.
Nota (6) : courant LED requis de 10 mA pour résistance Ron de 5 ohms, 40 mA pour 1,5 ohm. Temps de montée de 2,5 ms. Temps de relachement de 35 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 10 MO de Rmax.
Nota (7) : courant LED requis de 10 mA pour résistance Ron de 125 ohms, 40 mA pour 75 ohm. Temps de montée de 6 ms. Temps de relachement de 1500 ms pour atteindre 100 kO après coupure du courant dans la LED d'émission, 10 secondes nécessaires pour retrouver les 400 MO de Rmax.

Remarques sur les "défauts" des optocoupleurs analogiques
Les optocoupleurs dénoncés ci-avant présentent la particularité de posséder un temps de recouvrement long, et pour certains il faut mettre le paquet de courant pour bénéficier d'une résistance Ron (Rmin) vraiment faible. Mais dans l'application de chenillard sonore qui nous concerne ici, il est deux points qui présentent moins d'importance que pour une application audio plus critique :
Ceci pour dire que dans la pratique, le "moins bon" des optocoupleurs précités devrait très bien convenir à notre affaire. Je pars donc sur l'idée qu'on peut faire confiance au NSL-32 (le moins cher de tous) pour nous apporter satisfaction, même si dans d'autres projets, j'ai eu tendance à préférer le NSL32-SR3.

Faire soi-même ses optocoupleurs ?
Oui, pourquoi pas ! J'ai proposé quelques références d'optocoupleurs clé en main mais rien ne vous empêche de mettre en regard une LED et une cellule LDR. Je serais vous, j'essaierais avec une LED blanche haute luminosité (HL) et une LDR dont la résistance en éclairement est faible (max 1 kO) et dont la résistance en obscurité est forte (min 1 MO). Il existe pas mal de références de photorésistances, vous pouvez outre les célèbres LDR03, LDR05 ou LDR07, regarder ce qui se fait côté "Silonex" (nom d'un fabricant chez qui on trouve des LDR à 0,50 euros). Si vous les faites vous-même, n'oubliez pas de mettre chaque optocoupleur à l'abri de la lumière ambiante et de son voisin.

Et pourquoi pas des portes analogiques style CD4016 ou CD4066 ?
Oui, pourquoi pas, on pourrait utiliser de tels circuits comme cela a été fait pour le commutateur audio 001. On pourrait aussi envisager l'emploi de transistors FET, comme déjà vu dans le commutateur audio 012. Pour ce montage de chenillard sonore, je me suis dit qu'il fallait tenter autre chose - que je n'avais pas encore fait de façon "officielle". Mais bien sûr, libre à vous d'utiliser le mode de commutation qui vous séduit le plus, en apportant quelques modifications si cela s'avère nécessaire. Mon but n'est pas de vous dicter une façon de faire, mais de donner des idées, en espérant que ces dernières puissent à leur tour en faire naître de nouvelles dans votre esprit.

Schéma

Le schéma complet se compose de deux parties bien distinctes : le circuit séquenceur à base de NE555 et CD4017 (partie verticale gauche du schéma), et le circuit de commutation analogique avec ses optocoupleurs analogiques (partie verticale droite du schéma, à partir des diodes D2 à D9).

chenillard_sonore_001

Section séquenceur
On retrouve ici ce qui a fait le succès du chenillard 001 et de ses petits et grands frères. Un circuit intégré "timer" de type NE555 (U1) produit sur sa broche 3 un signal rectangulaire périodique dont la fréquence (vitesse) dépend de la position de l'axe du potentiomètre RV1 - en plus de dépendre de la valeur des autres composants qui y sont attachés, à savoir C1, R1 et R2. La LED D1 câblée en série avec R3 marque chaque nouvelle impulsion par un petit flash lumineux. Cette LED indique donc directement la vitesse des commutations successives des voies analogiques. La sortie 3 de U1/NE555 ne se contente pas de faire clignoter la LED D1. Elle est également utilisée pour fournir ses impulsions de séquencement au compteur décimal U2/CD4017, via sa broche 14 d'entrée d'horloge (CLK = Clock = horloge). Les huit premières sorties du CD4017 (Q0 à Q7) pilotent la circuiterie des commutateurs analogiques que nous verrons bientôt. La neuvième sortie Q8 (broche 9) est rebouclée sur l'entrée de remise à zéro MR (broche 15), de telle sorte que quand la huitième sortie Q7 a fini de travailler, on revient aussitôt à la première sortie Q0, sans tenir compte des deux dernières sorties Q8 et Q9 qui dans le cas présent ne nous intéressent pas.

Section commutations analogiques
Ah, le plus intéressant... Si vous avez déjà analysé un peu le schéma, vous aurez constaté qu'il y a quelques composants additionnels entre les sorties Q0 à Q7 du CD4017 et les entrées LED de chaque optocoupleur. Ceci pour deux raisons :
L'humain curieux que vous êtes aura écarquillé aussi fort qu'il le peut ses yeux, en constatant qu'il n'y a aucune résistance de limitation de courant entre les émettteurs des transistors de commande Q1 à Q8 et les LED des optocoupleurs qui leur sont raccordées. Sacrilège, au fou ! Pas de panique, une petite précaution a été prise de ce côté, qui prend la forme d'un limiteur de courant construit sur une base de régulateur de tension intégré 78L05 (U11, régulateur de tension positif 5 V). La résistance RX détermine le courant max qui peut circuler dans l'ensemble des optocoupleurs, il est ici limité à 22 mA (RX = 220 ohms). Cette curieuse approche vous permet d'adapter le courant dans les LED des optocoupleurs en changeant une seule résistance et non huit. Bien sûr il n'y a rien d'obligatoire dans cette façon de faire, et rien ne vous interdit de jeter U11 et RX puis d'ajouter une résistance en série avec chaque LED d'optocoupleur.

Calcul des niveaux en sortie des optocoupleurs
Les quelques lignes qui suivent donnent une idée du taux d'affaiblissement entre le signal audio qui entre sur le connecteur d'entrée J2 et celui qui ressort sur un connecteur de sortie (J3 pour la première voie, J4 pour la seconde voie, etc), quand la cellule photorésistive de l'optocoupleur est à sa valeur min ou à sa valeur max.Au vu de ces calculs vite faits, on en déduit rapidement qu'il vaut mieux à priori utiliser un NSL-32SR2 plutôt qu'un NSL-32, mais que ce dernier peut tout de même convenir. Après tout, 40 dB d'atténuation ce n'est pas si mal que ça.

Plus de 8 haut-parleurs ?
Le principe adopté ici permet en théorie de disposer d'autant de voies analogique qu'on le désire. Bien sûr en pratique cela va surement nécessiter quelques adaptations du côté des optocoupleurs, mais qui ne tente rien n'a rien. Pour disposer d'un séquencement sur 10 voies, 16 voies ou plus, jetez donc un oeil sur mes schémas de chenillards lumineux, histoire de voir comment tourne leur mécanique.

Prototype

Réalisé en partie, avec 4 optocoupleurs NSL32-SR3.

nsl32sr3_x8_001a nsl32sr3_x8_001b

Optimiste comme je suis et après les petits tests réalisés, j'aurais tendance à penser que ce montage est susceptible de fonctionner. A vous maintenant de jouer, et de me faire un compte-rendu détaillé de tous les problèmes que vous aurez rencontrés. Et tant que vous y êtes - et dans l'hypothèse où vous avez la moindre compassion pour mon pauvre cerveau fatigué - pensez à noter les corrections dans votre compte-rendu...

Circuit imprimé

Non réalisé.

Historique

30/10/2011
- Première mise à disposition.