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Décodeur tonalité 004 - Pro
Dernière mise à jour : 31/08/2025Présentation
Ce décodeur de tonalité est le second basé sur une "reconnaissance d'un son" effectuée par un logiciel dédié à un microcontrôleur. Il travaille sur une base logicielle similaire à celle mise en oeuvre dans mon décodeur de tonalité 003 à base de PIC24F.
Ce circuit a été étudié pour détecter la présence de bips sonores de fréquence fixe et de durée 300 ms diffusés "en public" lors d'une séance de tirs en compétition, bips destinés à commander l'allumage ou l'extinction d'une lampe "Attente" ou "Autorisation de tir".
Contraintes (cahier des charges)
Les bips étant accompagnés de directives parlées, le montage devait pouvoir faire la distinction entre une voix humaine (paroles) et des bips sonores (tonalité fixe). La reconnaissance des bips est assurée par comptage des périodes du signal audio analysé. Pour détecter et valider la présence d'un bip, le logiciel doit avoir comptabilisé un certains nombre de périodes dans un laps de temps donné. Ici, l'analyse porte sur un signal dont la fréquence est d'environ 1350 Hz et la durée minimale de ce signal (pour validation de la détection) est de 100 ms, ce qui signifie que 135 périodes "identiques" sont requises. Bien sûr, le système accèpte quelques "erreurs" telles que "trou ou doublon" exceptionnels dans le comptage, la captation sonore ne pouvant pas être parfaite (surtout quand elle est réalisée avec un microphone). A la présence de ces "erreurs" peut s'ajouter une légère variation de fréquence du signal supposée fixe, ce qui impose l'acceptation d'une certaine tolérance sur la fréquence du signal analysé. Dernier point critique, l'amplitude du signal capté par le microphone, amplitude qui peut varier dans de larges proportions.Il est certain qu'un raccord direct à la source audio avant son amplification et sa diffusion publique aurait été préférable... on fait avec ;)
Schéma
Le schéma qui suit est complet, régulation d'alimentation comprise.
Pour un fonctionnement optimal, ce circuit est associé à un filtre audio de type passe-bande étroit.
Fonctionnement général
Le système fonctionne avec un signal audio dont l'amplitude crête à crête est comprise entre 300 mV et 3 V. La sortie Out_P (Out_Pulse) délivre une impulsion non maintenue qui perdure le temps de la durée du bip, alors que la sortie Out_L (Out_Latch) change d'état au moment du bip sonore suivant (verrou on/off). La polarité de la sortie Out_L au démarrage est définie par l'état logique appliqué à l'entrée Mode :- Mode = 1 => Out_L = 1 lors de la mise sous tension du système
- Mode = 0 => Out_L = 0 lors de la mise sous tension du système
La distinction paroles / bips est principalement assurée par analyse de la régularité des périodes successivement acquises.
Remarque : aucune décomposition de Fourrier (FFT) n'est mise en oeuvre ici (le PIC utilisé aurait bien du mal à suivre).
Filtrage
Afin de limiter les risques de déclenchement intempestifs (consignes parlées et bruit ambiant), un filtrage énergique est fortement conseillé. Les graphes qui suivent donnent un aperçu de l'efficacité du filtre utilisé avec le décodeur de tonalité proprement dit.
La courbe inférieure rouge représente le signal entrant non filtré (signal réel fortement bruité) tandis que la courbe supérieure verte représente le signal audio filtré.
Contenu des graphes, de gauche à droite :- paroles humaines avant et après les bips (bips au centre)
- premier bip seulement, dans sa globalité
- zoom sur une partie du premier bip
Le graphe suivant atteste du comportement du décodeur de tonalité 004 en présence de ces signaux sonores distincts, à savoir voix humaine (au début et à la fin de la séquence audio) et bips sonores (au milieu). Fréquence des bips comprise entre 1000 Hz et 1500 Hz (ajustage effectué ici pour F = 1350 Hz).
La ligne Debug renseigne simplement sur la détection des signaux audio, quelle que soit leur nature (parole ou bip), la sortie du même nom n'est pas utilisée dans le circuit définitif. Les lignes Out_Pulse et Out_Latch montrent que seuls les bips sont bien pris en compte.
Petit détail : ici, le filtre d'entrée audio n'a pas encore été activé et cela fonctionne déjà bien... Avec le filtre, c'est encore mieux.
Procédure de réglage
La procédure de réglage consiste à ajuster les paramètres suivants :- centrage de la fréquence de détection sur celle des bips sonores (entre 1000 Hz et 1500 Hz, par défaut 1350 Hz)
- tolérance sur la fréquence centrale (entre +/-1 Hz et +/-100 Hz, par défaut +/-10 Hz)
- sensibilité (seuils de détection des passages par zéro du signal audio)
- état logique de la sortie Out_Latch lors de la mise sous tension
Les trois premiers réglages sont assurés par des potentiomètres dont la lecture est assurée en mode réglage (interrupteur SW1/Set fermé). Le dernier réglage dépend de la position de l'interrupteur (ou cavalier) SW3.
Alimentation
Le système requiert une alimentation simple (unique) de 3V3. Un régulateur de tension intégré fournit cette tension à partir d'une source mono-tension comprise entre +5V et +9V.
Circuit imprimé (PCB)
Non réalisé, vue 3D uniquement pour aperçu/illustration.
Historique
31/08/2025- Première mise à disposition.