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Electronique > Réalisations > Boucle magnétique 001

Dernière mise à jour : 07/05/2017

Présentation

Le montage présenté ici permet de recevoir et d'écouter sur casque, une modulation audio par le biais d'une boucle magnétique.



Simple à réaliser, alimenté par une pile ou une batterie, ce récepteur ne nécessite que des composants courants et peu coûteux.

Fonctionnement d'une boucle magnétique

Une boucle magnétique repose sur un procédé de transmission et d'induction électromagnétique, avec un émetteur Tx et un ou plusieurs récepteurs Rx.
L'émetteur Tx est composé d'un amplificateur audio de puissance et d'une boucle électrique plus ou moins "géante", qui n'est rien d'autre qu'un long fil conducteur de cuivre. Cette boucle peut couvrir (en l'entourant) une large surface telle qu'une pièce de maison, une salle de cinéma ou de conférence, ou une zone plus réduite comme celle d'un guichet ou bureau d'accueil par exemple. Le fil d'émission peut être installé en hauteur (plafond), à "hauteur d'oreille" ou au sol, de façon définitive ou temporaire (détails un peu plus loin). Le fil de la boucle est traversé par un courant dont l'intensité varie avec la source audio, la source sonore électrique venant de la sortie de l'amplificateur audio de puissance. Le fonctionnement est analogue au fonctionnement d'un haut-parleur mais tout cela se fait en silence puisqu'ici l'idée n'est pas de transformer l'énergie électrique en énergie acoustique. En résumé, la boucle du fil d'émission transforme les variations de courant électrique (qui représentent le son) en variations d'énergie électromagnétique qui peuvent se propager (en silence) dans l'air.
Le récepteur Rx effectue l'opération inverse : il transforme les variations de champ électromagnétique en variations de signal électrique. Ces dernières, une fois amplifiées, peuvent alimenter un casque audio qui restitue le son sous forme acoustique.

Mais c'est un transfo BF !

Oui, une boucle magnétique repose sur le même principe de transfert d'énergie que celui utilisé pour les transformateurs audio et les transformateurs d'alimentation. La grosse différence repose sur la distance qui sépare la bobine primaire (qui émet le flux magnétique) et la bobine secondaire (celle qui le reçoit). Avec un transformateur d'alimentation ou transformateur audio, les deux bobines sont très proches l'une de l'autre pour un rendement optimal (l'amplitude du champ magnétique en un point de réception donné, diminue avec la distance par rapport au point d'émission). Dans le cas d'une boucle magnétique, les deux bobines d'émission et de réception sont distantes, ce qui impose d'une part d'émettre un champ magnétique conséquent (ampliifcateur audio de plusieurs dizaines de watts pour des surfaces à couvrir moyennes) et d'autre part d'avoir un récepteur sensible (capable de s'en sortir avec un champ reçu faible). Dans la pratique, ces deux points ne posent pas de problème puisqu'on sait faire des amplis de forte puissance et des récepteurs sensibles et miniatures. Dans le descriptif qui va suivre, la bobine d'émission Tx sera appelée L1, elle sera composée d'une ou plusieurs spires de grand "diamètre". La bobine de réception Rx sera appelée L2, elle sera de petites dimensions et composée d'un grand nombre de spires.

Remarques

• Contrairement aux modes de diffusion adoptés pour la diffusion TV et radio ou pour les téléphones portables, il n'y a pas modulation d'un signal permanent de type "porteuse". En absence de signal BF, aucun champ magnétique n'est émis par la boucle d'émission. Tout contrôle de bon fonctionnement d'un récepteur de boucle magnétique impose donc la présence d'un signal au niveau de l'émetteur (ampli audio).
• Pour une réception optimale, le récepteur doit être situé à l'intérieur de la boucle magnétique. Toutefois, selon la puissance d'émission et la sensibilité du récepteur, on peut bénéficier d'une bonne réception en dehors (mais pas trop loin) de la boucle.
• De part son principe de fonctionnement, l'émission d'un signal audio ne peut se faire qu'en monophonie.

Ou trouve-t-on des boucles magnétiques ?

A l'origine, ce montage a été élaboré pour des besoins personnels en maison individuelle, et c'est pourquoi un schéma de récepteur a été proposé. Mais le principe de fonctionnement est identique à celui adopté pour les boucles magnétiques installées dans des zones publiques telles que lieux culturels, théâtres, musés, cinémas, églises, salles de conférences, salles des fêtes, mairies, ou encore là où un dialogue doit s'opérer (guichets de gares par exemple). La présence d'une boucle magnétique dans un lieu public est signalée par un  logo (pictogramme) destiné aux malentendants équipés d'un appareil auditif disposant d'un commutateur avec position "T" (T comme Téléphone), qui peuvent ainsi profiter d'une écoute plus confortable, puisque ce qu'ils entendent alors vient d'une source "propre" et exempte des bruits ambiants.



Liens divers
http://www.infomobi.com
http://www.canford.fr

Avertissement

Le montage décrit ici n'a pas été étudié pour être utilisé par un malentendant.

Schéma

Le récepteur proposé ici date quelque peu, il a été élaboré sur la base d'un schéma existant (source "Le Haut-Parleur" N°1196, qui lui-même était inspiré d'une description faite dans la revue "Radiorama"). Le schéma d'origine mettait en oeuvre des transistors au germanium de type AC128, composants obsolètes que j'ai remplacés par un transistor plus récent de type BC109 (d'autres peuvent convenir) associé à un ampli intégré LM386. Par la même occasion, j'en ai profité pour mettre le pôle négatif de l'alimentation à la masse.

Principe général de fonctionnement

La bobine L1, qui fait le tour du plafond, constitue la partie rayonnante (émission) et est reliée sur la sortie d'un amplificateur de puissance BF, que vous pouvez fabriquer pour l'occasion si vous (ou vos parents) avez peur pour votre ampli hifi (voir paragraphe suivant). La bobine L2 fait partie intégrante du récepteur, et capte le champ magnétique créé et diffusé par L1. Sa réalisation est le point le plus "casse-pied" du système, mais n'est heureusement pas critique du tout (nous verrons celà plus loin). Le faible signal électrique fourni par la bobine L2 est amplifié par le transistor Q1, monté en émetteur commun. Le signal amplifié est recueilli sur son collecteur et est appliqué à l'entrée d'un amplificateur intégré de type LM386, au travers du potentiomètre de volume RV1, de type logarithmique. Le gain du LM386 est fixé à son maximum, c'est à dire à 200 (46 dB), grâce au condensateur C3 directement cablé entre les broches 1 et 8. Le potentiomètre RV1 est optionel, puisque l'amplitude du signal reçu dépend de l'amplitude du signal émis. Il est tout de même préférable de disposer d'un réglage local pour éviter de devoir se relever pour ajuster un bouton sur l'amplificateur BF de puissance (bah oui, pas forcément de télécommande sur l'ampli audio). Le condensateur de liaison C4 évite d'envoyer une tension continue de quelques volts aux écouteurs, ce qu'ils ne peuvent qu'apprécier. L'alimentation du LM386 et du transistor Q1 est assurée par une pile 9V, découplée par les condensateurs C5 et C6.

Type et puissance de l'amplificateur BF

Puissance nécessaire

La puissance que doit être en mesure de délivrer l'amplificateur audio dont on relie la sortie à la boucle L1, dépend de la surface à couvrir. On estime que 30 W suffisent pour couvrir une surface de 100 m2, et qu'une puissance de 150 W est nécessaire pour une surface de 500 m2 (en absence de larges surfaces métallique absorbantes). Si votre salon fait 30 m2, on peut estimer qu'une puissance de 10 W à 20 W est suffisante. En fait, une puissance de quelques watts seulement suffit pour commencer à entendre assez bien dans le récepteur. Mais le récepteur étant un capteur de champs magnétique à part entière, sans filtrage d'aucune sorte, il est en mesure de capter d'autres sources de champs non désirés, tel que le 50 Hz (et ses harmoniques) rayonné par les transformateurs de certains appareils électronique, ou le rayonnement des tubes fluorescent. Il convient donc d'éloigner le récepteur des sources parasites, et en même temps de trouver un bon compromis entre puissance émise et rapport signal / bruit désiré. Si le récepteur capte beaucoup de champs parasites, on est bien obligé de monter la puissance côté boucle d'émission pour passer correctement au-dessus des bruits non désirés. Cet aspect des choses met en évidence un point un poil contradictoire avec l'idée de départ, qui consistait à rendre le récepteur assez sensible pour éviter d'utiliser une puissance élevée à l'émission... En tout cas si la zone de couverture souhaitée se trouve dans un endroit fortement parasité.
Remarque : la portée du système s'étend un peu au-delà de la boucle, et le champ magnétique émis passe à travers les murs. 

Choix de l'ampli

Pour ce genre d'utilisation, il est plutôt conseillé d'utiliser un amplificateur de type Public-Adress (PA) ou un amplificateur de sonorisation, même de bas de gamme, car ce type d'ampli se comporte généralement mieux sur des impédances faibles et est mieux protégé contre les surcharges et court-circuits. Un ampli pour autoradio à base de TDA2002 ou TDA2003 (ou pourquoi pas un ampli à base de TDA2030) peut aussi être un bon candidat.



Mais celà n'a rien d'obligatoire ! L'usage d'un ampli hifi peut aussi fairer l'affaire. Et si ce denier dispose de sorties amplifiées avec une référence à la masse, rien n'empêche de monter les voies gauche et droite en pont, avec application du signal audio source "normal" sur l'entrée d'une voie, et application du signal audio source déphasé de 180 degrés sur l'entrée de l'autre voie. Certains amplis de sono intègrent d'origine cette possibilité, mais je n'ai jamais vu ça sur un ampli hifi, qui nécessite l'ajout d'un petit déphaseur fort simple à construire (exemple). Vous pouvez aussi acheter un amplificateur spécialement conçu pour cet usage (commercialement appelé amplificateur pour boucle magnétique), par exemple chez Ampetronic (je cite cette marque au hasard, il en existe d'autres). Attention toutefois à l'impédance de charge. Un fil conducteur court peut présenter une résistance en continu de valeur insuffisante et dangereuse pour l'ampli. Faites en sorte que la résistance en continu de la boucle soit au moins égale à la valeur minimale tolérée par l'ampli. Au besoin, ajouter une résistance de puissance en série avec la boucle pour faire le complément (1 ohms à 3,3 ohms par exemple). Cette résistance provoquera évidement une perte de niveau du signal rayonné et obligera à monter davantage le volume de l'ampli, mais ce dernier sera protégé.

Améliorations possibles côté parasitage (moins amateur)

Dans le circuit d'émission, on peut ajouter un récepteur identique à ceux utilisés dans la zone couverte pour limiter l'influence de perturbations magnétiques locales. Le signal reçu par ce récepteur supplémentaire (lui aussi placé dans la zone couverte) peut en effet être utilisé pour réinjecter au point d'émission, des signaux "contraires" aux signaux parasites reçus. Cette façon de faire est implémentée sur certains amplificateurs de boucle magnétique professionnels. Le procédé n'est pas parfait car pour fonctionner la perturbation doit être reçue à l'identique partout dans la zone couverte. Mais cela peut toutefois grandement améliorer la qualité de réception.
Si le message véhiculé est de la voix, on peut limiter la bande passante (côtés émission et réception). La "qualité sonore chiffrée" en prend un coup, mais cela présente l'avantage d'augmenter l'intelligibilité et de moins fatiguer l'oreille de l'auditeur. Dans ce cas de figure en effet, point besoin d'aller en dessous de 80-100 Hz ni au dessus de 10 kHz. Certains systèmes de boucles limitent la bande passante à 6500 Hz.

Prototype

La réalisation des bobines est le plus drôle.

Réalisation bobine primaire (L1, côté émission)

Côté émission, il faut se payer la fixation d'un long fil isolé (diamètre 4/10 mm ou 5/10 mm) qui court le long du plafond. Si vous disposez d'une très grande pièce, il est possible que deux spires suffisent, mais je conseille tout de même d'en réaliser trois ou quatre. Ma première expérience avec ce système, qui remonte aux années 1970, s'était limitée à la réalisation d'une bobine d'émission de diamètre modeste, car je ne souhaitais pas provoquer le couroux de ceux qui me regardaient de travers dès que je commençais à déployer quelques mètres de fils électriques.

Réalisation bobine secondaire (L2, côté réception)

Côté réception, il faut se farcir entre100 et 400 spires de fil fin (diamètre 2/10 à 4/10 mm) à bobiner sur un petit baton de ferrite plat. A la lecture de ces lignes, vous penserez certainement qu'il est plus simple de construire un émetteur VHF (dont les voisins peuvent profiter) ou un système à infrarouges (qui nous obligent à une certaine directivité entre émetteur et récepteur). Je vous laisse juger de vous même, allez simplement regarder quelques schémas de ces systèmes... J'ai récupéré plusieurs batonnets de ferrite dans divers récepteurs AM (GO et PO) en panne dont la destination finale s'avérait être un panier en fer que l'on vide périodiquement quand il est plein.



Parmi tous les batonnets récupérés, deux étaient plats, j'ai choisi le plus petit. Dit en passant, faites bien attention avec les batons ferrites, qui sont très fragiles et se cassent pour un rien ! Eviter tout choc.



Pas courageux pour un sou, j'ai eu l'idée de récupérer un bobinage tout fait qui était enroulé sur un des batonnets ronds, en me disant qu'en l'applatissant un peu, il irait bien sur le batonnet plat.



Malheureusement, il manquait un malheureux millimètre pour que tout se mette en place, ce qui m'a obligé à me taper le bobinage. Si on ne cherche pas à faire au plus vite, le fil se casse moins souvent ou pas du tout...

Remarque : pas essayé, mais quid d'un vieux transfo BF tel que ceux utilisés dans les vieux récepteurs portables et talkie-walkies ? On pourrait peut-être aussi utiliser son enroulement primaire ou secondaire, non ?

Position de la boucle d'émission

Dans certains articles, on peut lire qu'il est conseillé de placer la boucle en haut du plafond, ce qui correspond à une hauteur d'environ 2 mètres. Dans d'autres articles, il est préconisé de mettre la boucle à hauteur des oreilles d'une personne de taille moyenne assise, c'est à dire à une hauteur d'environ 1,30 mètres. Dans d'autres enfin, il est indiqué que la boucle peut être placée au sol. La boucle n'a pas besoin de rester au même niveau de hauteur sur toute sa longueur. Il est tout à fait possible de la fixer à une hauteur de 1,50 mètre le long des murs, et de la faire grimper au dessus du montant des portes, de telle sorte qu'il devient inutile de placer un écriteau de type "Attention au fil, passer en-dessous" à chaque emplacement de porte. Pour une installation dans un monument à plafond haut (église, chateau), la question se pose moins... Attention aussi à la pose près de murs en béton armé ou vers des surfaces métalliques importantes, qui absorbe une grande partie du champs rayonné et diminue la qualité de la réception (affaiblissement et distorsion).

Position de la boucle de réception

La bobine de réception L2 présente une certaine directivité, sa position influe sur le niveau de réception. Elle doit être positionnée verticalement pour une sensibilité maximale.

Prototype de Thierry O.

Thierry a réalisé cette boucle pour usage en spéléologie, toute l'électronique et la pile sont logées dans une "carcasse" de récepteur FM. La bobine de réception (L2) est déportée dans un tube plastique de dimensions modestes.



Merci Thierry pour ces retours positifs et photos.

Prototype de Jean-François S.

J.F.S. (01/05/2017) : je viens de réaliser un petit amplificateur basique avec un TDA2003 alimenté en 12v avec un fil tendu autour de mon salon et une charge de 3.3 ohms en série. Le résultat est surprenant, la réception est très bonne à l'intérieur de cette boucle. Il me reste quelques modifs à trouver de façon à ameliorer la qualité sonore.
Merci Jean-François pour ce retour très intéressant !

Historique

07/05/2017
- Ajout précisions sur l'ampli utilisable pour la boucle d'émission.
- Ajout retours de Jean-François S.
10/08/2014
- Ajout photos de Thierry O., qui utilise cette boucle magnétique en spéléologie.
26/01/2008
- Première mise à disposition.