Electronique > Bases > Percussions et éclairages
Dernière mise à jour : 11/12/2011Présentation
Cela fait un petit moment déjà que l'on me questionne sur les principes à mettre en oeuvre pour déclencher des lumières lors de la frappe sur des percussions.
Des lampes de scène déclenchées sur un coup de grosse caisse ou de caisse claire, des LED entourant les futs qui s'allument à chaque impact et qui restent allumées un certain temps avec ou sans extinction progressive, et avec éventuellement une intensité lumineuse qui dépend de la force de frappe... Et bien sûr si possible sans microcontrôleur. Il fallait bien qu'un jour ou l'autre j'aborde le sujet.
Méthodes de détection des chocs
Il existe au moins deux approches simples pour déterminer quand un coup est porté sur une percussion :- détection des vibrations causées par le choc, à l'aide d'un capteur piezo fixé à même le ou les futs. Dans ce cas il faut un capteur piezo par élement de percussion.
- détection sonore après captation par microphone. Dans le cas où il y a captation par plusieurs microphones et diffusion via console de mixage, on peut se repiquer sur des sorties directes de la console ou sur des prises d'insert si ces dernières ne sont pas déjà exploitées pour des compresseurs ou effets externes (dans ce cas on relie simplement ensemble les deux points Send et Return et on tire un simple câble blindé).
Dans les deux cas, on peut travailler selon deux méthodes :
- fonctionnement en tout ou rien, la lampe s'allume complètement si l'amplitude de frappe a dépassé un certain seuil (qu'on peut bien sûr rendre ajustable) et reste allumée plus ou moins longtemps après le choc (durée d'allumage elle aussi ajustable).
- fonctionnement en mode dynamique, l'intensité lumineuse de la lampe (LED ou autre) est alors fonction de la force de frappe. La sensibilité peut là encore être ajustée.
Dans ces deux modes de fonctionnement, l'extinction de la source lumineuse peut se faire d'un coup ou progressivement.
Principes électriques
D'un point de vue technique / électronique, que l'on utilise un capteur piezo ou un microphone pour détecter le coup ne change que très peu de choses à l'affaire, même si dans la pratique et côté installation, les choses sont bien différentes entre les deux techniques. Dans les deux cas en effet, on recueille des signaux électriques dont la forme est un signal alternatif amorti, c'est à dire dont l'amplitude diminue de façon progressive, avec une vitesse de décroissance assez brève. Le but de l'opération consiste à convertir ce signal électrique alternatif "audio" en un signal de commande "continu". Pour ce faire aucune difficulté, on utilise ce qu'on appelle un redresseur, technique largement employée dans les détecteurs sonores dont la captation se fait par microphone. Si le signal capté présente une amplitude faible, il faut préalablement l'amplifier et ceci est une affaire que l'on sait aussi mener sans grande difficulté. Un capteur piezo, de part sa structure physique même, impose l'emploi d'un étage d'entrée à haute impédance (Hi-Z) pour ne pas trop le "charger" et ne pas trop déteriorer et amoindrir le signal qu'il délivre. Par chance et dans un tel contexte, on peut aussi utiliser un tel étage à haute impédance d'entrée avec un microphone electret ou dynamique, chose qu'on évite cependant pour une captation sonore de qualité. Ici on ne cherche pas la qualité sonore pour un enregistrement audio, on cherche une "efficacité électrique" pour détecter de façon fiable un choc mécanique. En résumé, un même étage d'entrée haute impédance peut être pensé pour une détection par choc vibratoire (capteur piezo) ou par déplacement d'air (transducteur microphonique). Du coup, un même montage complet peut convenir aux deux types de capteur, puisque l'électronique qui fait suite à l'étage d'entrée est strictement similaire dans les deux cas. Le synoptique qui suit montre un exemple de "réalisation complète".
Version "complète"
Et le synoptique suivant une version simplifiée.
Version simplifiée
Préampli Hi-Z
Comme dit auparavant, ce préampli doit disposer d'une impédance d'entrée élevée si on veut pouvoir y connecter un capteur piezo. Un minimum de 100 kO est recommandé. Le choix est assez large de ce côté, on peut opter pour un étage à transistor FET (BF245 par exemple) ou un AOP à entrée JFET (TL071 par exemple). L'amplification peut être fixée à une valeur non modifiable et dans ce cas on insère un réglage de niveau (sensibilité) juste avant, ou peut être modifiée dans une plage plus ou moins grande, par exemple entre 0 dB et +40 dB).Filtre passe-bas
Le filtre passe-bas n'est pas indispensable mais dans certains cas peut s'avérer utile pour s'affranchir de faux déclenchements, surtout pour une grosse caisse où finalement la fréquence du signal capté par microphone reste basse. La fréquence de coupure peut par exemple être fixée à quelques centaines de Hz (pour usage avec grosse caisse) ou à quelques kHz pour usage avec caisse claire. En optant pour un capteur piezo comme élement détecteur, ce filtre passe-bas se révèle plus que facultatif car la fréquence du signal délivré par le capteur dépend plus du capteur que de la source qui le fait vibrer. Si je devais m'attaquer à une telle réalisation, je n'en mettrais pas pour commencer les tests.Redresseur
Cet étage transforme le signal alternatif amplifié (et éventuellement filtré) en un signal continu dont la valeur lui est directement proportionnelle : plus le son capté est fort et plus la tension continue en sortie du redresseur est élevée. Cet étage peut dans sa simplicité extrême se contenter d'un triplet de composants tels que diode, condensateur et résistance. La diode permet de ne retenir que les alternances positives (ou négative), le condensateur permet de conserver un minimum de temps la crête de tension que la diode laisse passer et la résistance permet au condensateur de se décharger au terme d'un temps plus ou moins long. C'est ainsi que ce petit bloc fonctionnel peut déjà, à lui seul, fournir une tension continue qui représente l'enveloppe du signal audio redressé et ce avec une mémorisation (on peut aussi parler de constante de temps) dont la durée est adaptée à l'usage qu'on veut en faire. Les valeurs données à la résistance et au condensateur doivent permettrent un temps de réaction rapide (disons 1 ms pour fixer l'ordre de grandeur) et un temps de relachement un peu plus long (disons 100 ms là encore pour donner un ordre de grandeur).Comparateur
Le comparateur permet de spécifier le seuil de déclenchement de la machinerie. Il compare en permanence la tension continue redressée avec une tension continue de référence plus ou moins élevée et fixée par l'utilisateur (bien sûr ce dernier ignore durant le réglage quelle tension de référence est ainsi spécifiée, le réglage se fait à l'oeil et au feeling). Si la tension continue redressée est supérieure à la tension de référence (de comparaison), alors la sortie s'active. Le fait de régler la tension de référence à une valeur faible conduit à obtenir une sensibilité plus élevée mais aussi à un temps de relachement plus long si le choc présente une forte amplitude.Mémorisation
Etage facultatif, la mémorisation "logique" peut prendre la forme d'un monostable dont la sortie délivre une "impulsion" de durée désirée à chaque fois que son entrée reçoit une impulsion brêve. Le signal de commande élaboré suite à un coup de grosse caisse qui dure moins de 200 ms peut ainsi être prolongé de plusieurs secondes, le cas échéant (bien sûr en pratique on ne s'amusera pas avec des durées aussi longues). Cet étage peut être supprimé dans la mesure où la mémorisation qui n'est que rarement longue, peut être déjà assurée par l'étage redresseur qui précède le comparateur.Interface
L'interface (de sortie) permet de faire le lien entre le signal de commande d'allumage et d'extinction avec la source lumineuse elle-même. Il peut s'agir d'un simple transistor pour allumer une ou plusieurs LED, ou d'un triac pour allumer une lampe fonctionnant en 230 V.Exemple pratique
Vous êtes peut-être arrivé sur cette page parce que le sujet vous intéresse, et comme il s'agit d'une page plus théorique que pratique, vous vous demandez si toutefois, par le plus grand des hazards, il ne serait pas possible d'avoir, comment dire... un exemple pratique à mettre en oeuvre. Je pense que cela est possible, mais avant de proposer un schéma tout cuit, j'aimerais donner quelques pistes, histoire de vous habituer à quelques gymnastiques qui pourraient vous être utiles dans l'avenir. Les synoptiques proposés composent des blocs fonctionnels, qui peuvent être fabriqués avec quelques composants. Je propose ailleurs sur ce même site, différents montages dont certaines portions pourraient bien être mises à profit. Par exemple, le préamplificateur pourrait bien être celui proposé à la page Détecteur impulsion mécanique 001.
Comble du hazard, ce schéma montre qu'en plus du préampli pour piezo / micro, on dispose aussi du redresseur à diode et du comparateur à AOP. Ce qui va sans doute singulièrement simplifier la suite des opérations. Pour être franc avec vous, ce schéma tout bête remplit à lui seul la quasi-totalité de ce qu'on demande au système qui nous intéresse ici. Le seul point que l'on pourrait encore discuter est la méthode d'extinction de la LED, qui se fait de façon brutale et non progressive. Pour ne froisser personne, je propose donc une petite variation du montage précédent pour disposer d'une commande de LED avec extinction progressive, que voici ci-après.
(clic sur image pour accès à l'article complet)
Et en plus le montage a été simplifié (en tout cas j'essaye de vous en persuader).