Electronique > Réalisations > Phasemètre (corrélateur de phase) 001

Dernière mise à jour : 01/04/2018

Présentation

Ce phasemètre (corrélateur de phase) facile à réaliser dispose d'un affichage à LED, et permet d'apprécier la phase entre deux signaux audio analogiques gauche et droite d'une source stéréo, entre 0 et 180 degrés.

phasemetre_001_pcb_3d_a

Le circuit disposant de 9 LED, le pas de mesure est de l'ordre de 20 degrés par LED. Une version plus évoluée (31 LED, 6 degrés par pas) est présentée en page Phasemètre 002.

Avertissements

- Le schéma qui a servi de base à cette réalisation n'est pas de moi. Je l'ai redessiné à partir de l'implantation des composants sur un typon fourni par un internaute, et n'y ai apporté que de mineures modifications. Je n'ai pas réalisé le circuit, mais sa simulation sous Proteus donne des résultats cohérents. De plus, le circuit a été réalisé avec succès par un preneur de son et un passionné de hifi (voir photos protos).
- Un phasemètre (ou corrélateur de phase) n'est pas un indicateur de défaut de phase fiable à 100%. Il analyse en effet le signal audio dans sa globalité, incluant l'ensemble des fréquences du spectre audio (20 Hz à 20 kHz). Si dans le signal audio analysé il se trouve une grande composante de graves "en phase" avec une petite composante d'aigus "en opposition de phase", le corrélateur de phase ne montrera pas le problème situé dans les aigus, car le "gros signal" de basses aura le dessus. Il est donc important d'associer un second outil au corrélateur de phase : une paire d'oreilles. Remarque : j'ai développé une solution technique qui rend le corrélateur de phase très fiable, mais comme il n'habitue pas l'opérateur du son débutant à faire travailler ses oreilles, je garde l'idée pour moi ;)

Schéma

Le schéma est décomposé en deux parties pour plus de clarté : la partie supérieure représente le "mesureur de phase" à proprement parler, et la partie inférieure représente la section affichage à LED.

Phasemetre 001

Mesureur de phase
Cette section comporte deux sous-ensembles : un premier qui joue le rôle de comparateur de tension, et qui transforme les signaux analogiques entrant (In_L et In_R) en signaux "carrés". Il est composé des deux comparateurs U1:A et U1:B, dont le seuil de basculement est fixé à +V/2 grâce aux résistances R3 et R4 aboutissant sur les entrées inverseuses des comparateurs. Cette même tension +V/2 est utilisée via R1 et R2 pour fixer le potentiel moyen du signal audio sur les entrées non-inverseuses des comparateurs, tension autour de laquelle évolue le signal audio qui reste avant tout un signal de type alternatif, avec ses alternances positives et négatives. Le second sous-ensemble est composé de 4 portes logiques de type XOR (U3 / CD4030) - dont deux seulement sont réellement utilisées pour la fonction "utile", qui fournit au point B un signal logique dont le "rapport cyclique" dépend de la phase relative entre les deux entrées. L'amplitude crête à crête du signal entrant ne devra pas dépasser 9 Vcac. Si le signal possède une amplitude supérieure à +12 dBu, les diodes zener de 8V2 montées en série tête-bêche entre entrée non-inverseuse des comparateurs de tension et masse, rabottent (ecrêtent) le signal. D'un point de vue "qualitatif", la présence de ces diodes zener ne change pas grand chose, leur rôle principal se résume à protéger les entrées des comparateurs de tension.

Affichage
Cette section comporte un filtre pass-bas (R8 + C4) qui fonctionnent en intégrateur et transforme en une tension continue, le signal à "rapport cyclique variable" fournit par le mesureur de phase au point B. Si l'écart de phase entre les deux voies d'entrée est nul, le signal logique au point B reste nul et la tension en sortie du filtre est également nulle. Plus l'écart de phase entre les deux voies d'entrée est important, et plus les états hauts du signal logique en B durent longtemps (pour des états bas qui durent moins longtemps), ce qui conduit à l'obtention d'une tension continue plus grande en sortie de l'intégrateur (filtre passe-bas).

Signaux L et R en phase :
phasemetre_001_graphe_001a
Signaux L et R hors phase :
phasemetre_001_graphe_001b

Pour un écart de phase de 180 degrés entre In_L et In_R, la tension Vph aux bornes de C4 et RV1 est de l'ordre de 4,6 V. Le LM3914, circuit utilisé pour l'affichage sur barreau de LED, reçoit sa tension de référence haute sur son entrée RHI (borne 6), cette tension est voisine de 4,0 V. C'est parce que cette tension de référence est plus basse que la tension de mesure fournie par R8 / C4, que le potentiomètre de "gain" RV1 est ajouté.

Calibrage
Il est très simple, il consiste à appliquer sur les deux entrées In-L et In_R deux signaux sinus identiques en fréquence et en amplitude, mais opposés en polarité  (écart de phase de 180 degrés). Si vous ne disposez pas de générateur BF, vous pouvez utiliser les deux sorties "chaudes" d'une prise audio XLR analogique (broche 2 de la XLR sur entrée In_L et broche 3 de la XLR sur entrée In_R). Puis il suffit d'ajuster le curseur de RV1 pour que la dernière LED D9 rouge s'allume franchement.

Prototypes

Aucun prototype réalisé de mon côté. Mais en voici deux réalisés par des passionnés, que je remercie pour leurs retours.

Prototype de Sylvère (preneur de son)
Utilisé dans un contexte nomade.

phasemetre_001_proto_sc_001a phasemetre_001_proto_sc_001b

Testé avec sucès via couple binaural OKMII.

Prototype de Lionel
Utilisé en fixe.

phasemetre_001_proto_lx_001a phasemetre_001_proto_lx_001b

Belle réalisation, là aussi !

Circuit imprimé

Non réalisé, vue 3D uniquement pour aperçu. Mais il est commencé et je peux le finaliser sur demande ;-)

phasemetre_001_pcb_composants

Historique

01/04/2018
- Ajout photos prototype de Lionel, que je remercie.
25/02/2018
- Ajout indication brochage alim CD4030 sur schéma, que j'avais omis.
- Ajout graphes montrant l'évolution de la tension continue issue de l'intégrateur, pour des signaux en phase et hors phase.
12/02/2012
- Ajout photos du prototype fonctionnel de Sylvère, que je remercie.
17/10/2009
- Première mise à disposition