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> Détecteur sonore 001
Dernière mise à jour : 20/09/2015Présentation
Le détecteur sonore dont il est question ici est destiné à enclancher un magnétophone ou à allumer une ampoule à filament, dès qu'un son, capté par un petit microphone, dépasse un niveau sonore prédéterminé.
La plage de sensibilité est très étendue, le montage est capable de réagir à une voix parlée à cinq mètres de distance du microphone. Bien entendu, une telle sensibilité n'est pas toujours désirée, et le montage dispose d'un réglage permettant d'adapter celle-ci à vos besoins. J'ai réalisé ce montage à la demande d'un responsable d'un centre de vacance, qui souhaitait disposer d'un "avertisseur lumineux de dépassement de bruit" dans un réféctoire. Histoire de fixer une limite à ne pas dépasser, avec les enfants présents à l'heure du repas. Pas facile, sachant que le jeu peut aussi consister à faire le maximum de bruit pour allumer la lampe... Le tout est de fixer les règles de façon précise, n'est-ce pas ?
Schéma
Il existe certes des circuits bien plus simples que celui-ci, et qui se
contentent d'un seul transistor ou d'un seul circuit
intégré comme élement actif. Autant le dire tout
de suite, j'ai élaboré ce schéma en ayant la
volonté d'avoir quelque chose de parfaitement reproductible et
qui fonctionne bien à tous les coups. Je n'ai pas cherché
à faire au plus simple, car dans le cas présent, vouloir
faire plus simple aurait pû être synonyme
d'embêtements. Dans ce schéma, aucun composant n'est
vraiment critique, et
prendre une valeur approché pour chacun d'entre eux ne devrait
poser aucun problème. Le montage est composé de cinq
parties distinctes, que je vais décrire séparement : un
préamplificateur pour microphone, un redresseur à diode,
un comparateur, un monostable (temporistateur), et un étage de
sortie de puissance.
Préamplificateur pour microphone
Le préampli micro est basé sur l'emploi d'un transistor courant. Mais pourquoi donc ne pas avoir utilisé le schéma visible en page Préampli pour micro simple 001 ? Il est plus simple et devrait bien suffire, non ? C'est une bonne question. D'ailleurs, si vous y regardez bien, il n'y a pas énormément de différences entre le schéma du préampli 001 et celui de cette page. Les différences principales résident dans l'ajout d'une résistance R6 dans le circuit émetteur du BC109 (Q1), afin d'assurer une bonne stabilisaton thermique, qui garanti un fonctionnement stable même avec de fortes variations de température ambiante. Comme cette résistance est assez élevée (vu son emplacement) et qu'elle diminue fortement le gain de l'étage d'amplification, un condensateur C2 de 100 uF lui est ajouté en parallèle. Ce dernier se comporte comme un circuit ouvert en régime statique, et n'influence pas la polarisation en tension continu du transistor, et se comporte quasiment comme un court-circuit en régime dynamique, c'est à dire quand un signal BF est présent en entrée. Ce condensateur permet donc de "récupérer" le gain perdu à cause de la résistance d'émetteur. La résistance R5 de 12 KO joue sur la polarisation de base de Q1 et joue également sur le gain, qui est ici voisin de 20 dB.. Si vous jugez ce gain insuffisant, vous pouvez augmenter la valeur de R5 jusqu'à 220 KO, valeur pour laquel le gain sera alors approximativement de 32 dB, soit 12 dB de plus. Le microphone utilisé est de type capsule electret, choisi pour sa compacité, sa grande sensibilité et son très faible coût. Si vous préférez utiliser un petit microphone dynamique de 200 ohms, vous le pouvez, mais dans ce cas, ne cablez pas les composants R1, R2 et C3, qui servent ici à l'alimentation du micro electret (ce type de micro à besoin d'une alimentation pour fonctionner). La cellule RC composée de R1 et C3 est absolument indispensable, elle permet d'isoler l'alimentation du micro du reste du montage. Sans cette cellule de découplage, il y aurait de forts risque d'entrée en oscillation de cet étage préampli. Notez que l'alimentation du transistor Q1 subit aussi un découplage assez énergique, pour les mêmes raisons. Le signal amplifié ressort sur le collecteur du transistor Q1, et passe au travers d'un condensateur de liaison, destiné à empêcher la tension continue présente sur le collecteur de parvenir au potentiomètre de réglage de sensibilité qui fait suite.Redresseur à diode
Le redresseur à diodes dont il est question ici est basé sur l'emploi d'un circuit intégré AOP de type LM358, qui amplifie encore un peu le signal BF avant de le redresser, c'est à dire de le transformer en une tension continue proportionnelle à l'amplitude du signal capté par le microphone. Cette section ne s'appuye pas sur la fameuse architecture où la diode de redressement est insérée dans la boucle de contre réaction de l'AOP afin de supprimer le seuil de conduction de la diode. Ici, pas besoin de cet artifice, que l'on laissera volontier à des montages plus élaborés. Le signal à traiter est prélevé sur le curseur du potentiomètre RV1 qui sert ici de réglage de sensibilité, et est appliqué à l'entrée inverseuse de l'AOP U1:A, première moitié du LM358. Le taux d'amplification de ce second étage est élevé, sa valeur est déterminé par le rapport entre les deux résistances R10 et R9, qui est ici de 100 (ce qui correspond à 40 dB). Si la sensibilité du montage vous semble trop grande en situation pratique, n'hésitez pas à baisser la valeur de R10, jusqu'à 100K, voire moins. Une fois le signal BF amplifié de nouveau donc, il est appliqué sur la patie redressement à proprement parler, constituée de C9, C10, D1, D2 et R14. Sur la cathode de D1 (point commun de D1, C10 et R14), on retrouve une tension continue qui est proportionnelle à l'amplitude du signal BF appliqué à l'entrée du redresseur (point commun R10 / C9). Il ne reste plus qu'à comparer cette tension variable, à une tension de référence fixe, qui fixera le seuil de déclenchement du système.Comparateur
C'est la section la plus simple de ce montage, elle ne fait appel qu'aux trois composants U1:B (seconde moitié du LM358), R15 et RV2. La sortie 7 de l'AOP U1:B est à l'état haut (12V) quand la tension présente sur l'entrée 5 (+) est supérieure à la tension présente sur l'entrée 6 (-). Cette même sortie est en revanche à l'état bas (0V) quand la tension présente sur l'entrée 5 (+) est inférieure à la tension présente sur l'entrée 6 (-). La tension redressée appliquée sur l'entrée 5 (+) étant d'autant plus élevée que le son capté est fort, il y a bien un moment où cette tension dépassera la tension de référence (sur la borne 6) et fera basculer la sortie de l'AOP de l'état bas à l'état haut. Vous comprenez donc qu'il y a un second réglage qui déterminera le seuil de déclenchement, et qu'il vous faudra trouver un bon compromis entre les deux réglages offerts par RV1 et par RV2. Notez cepeandant que vous pouvez tout à fait, à titre de simplification, remplacer le potentiomètre RV2 par une résistance fixe de 1K à 4K7, et ainsi ne conserver que le réglage de RV1. Personnellement, je préfère conserver ce potentiomètre RV2, qui simplifie les réglages dans des cas de sensibilité extrême.Monostable (temporisateur)
Cette partie a été ajoutée afin de garantir un temp de déclenchement minimal, quelque soit le temps pendant lequel le signal sonore capté par le microphone a dépassé le seuil de commutation. Le circuit est basé sur l'utilisation d'un monostable de type CD4528 ou CD4538, qui produit une impulsion de largeur parfaitement définie quand on applique sur son entrée de déclenchement"positive", un front montant (niveau logique qui passe de l'état bas à l'état haut), ce qui est justement le cas de l'étage qui précède quand le son capté est assez fort. Le temps d'activation de la sortie (sa largeur d'impulsion) est déterminé par la valeur des composants C11, R18 et RV3, et peut être ajusté entre un peu moins de 1 seconde et une dizaine de secondes. Notez que c'est la seconde moitié du CD4528 (4538) qui a été utilisée, et ce uniquement pour faciliter le routage du CI. La première moitiée aurait tout a fait convenu aussi ! Comme elle n'est pas utilisée, les entrées de déclenchement et de reset sont reliées à la masse, afin de rester à un potentiel parfaitement fixe et ainsi éviter de "baguoter" d'un état à un autre au bon vouloir de l'environement ambiant (il est toujours nécessaire - et il faut en prendre l'habitude - de relier à la masse ou au plus d'alimentation, toutes les entrées non utilisées des circuits logiques).
Etage de sortie de puissance
Cet étage est indispensable pour pouvoir piloter des charges autres qu'une petite lampe basse tension ou une led. L'emploi d'un relais est ici justifié par le fait que le circuit commandé peut être inductif (magnétophone à K7 avec un transformateur pour son alimentation), ce qui poserait problème si la sortie s'était faite avec un triac. Le relais est commandé par un transistor NPN de type universel, genre 2N2222. Ce transistor est protégé par la diode D3 contre les surtensions provoquées par le relais lors de sa désactivation. Le relais doit être choisi en fonction de la puissance consommée par l'appareil à commander, ses contacts devront être en mesure de supporter le courant commuté. La led D4 sert de témoin local, et est facultative. Pour garantir aux contacts du relais une plus longue durée de vie, une cellule RC série (C13 / R19) a été ajoutée en parallèle sur les contacts, celle-ci évite la production d'étincelles lors des commutations.Alimentation
Une alimentation simple telle que celle décrite sur la page Alimentation simple 001 est amplement suffisante. C'est celle que j'ai adoptée, en fixant la tension de sortie à 12V.Prototype
Prototype réalisé sur plaque d'expérimentation :
A noter que sur la photo ci-avant, on n'aperçoit ni la section monostable ni l'étage de sortie, que je n'avais pas besoin d'expérimenter tellement elles sont déjà bien rodées ;-).
Circuit imprimé
Circuit imprimé réalisé en simple face, emplacement prévu pour relais OMRON G2R-14-DC12.
Circuit imprimé du 20/09/2015
Typon aux formats bmp et pdf
Réalisation pratique
La diode 1N4007 qui assure la protection du transistor de commande du relais (diode de roue libre) a ses pattes montées en "dissipateur de chaleur" pour faciliter l'évacuation des calories (je ne le faisais pas avant d'avoir réouvert après 20 ans de service quasi-continu, mon régulateur à découpage pour perceuse). A côté de la diode, le réseau RC de protection des contacts du relais qui évite l'étincelage.
Mise en boite
J'ai opté pour un coffret Retex 4 en plastique, qui contient la totalité des composants et l'alimentation secteur. Le micro est dirigé vers l'extérieur et est entouré de caoutchouc pour absorber les vibrations. Les potentiomètres de réglages sont placés à droite du boitier, l'arrivée et la sortie commande secteur se font sur la partie gauche. La section alimentation secteur (redressement, filtrage, régulation) est réalisée "en l'air". Je sais, ça fait moins beau qu'avec un circuit imprimé.
Remarque : j'ai du entourer le relais electromécanique de papier bulle afin d'absorber un peu le bruit qu'il produit naturellement lors des commutations. Sans cela, et avec un réglage de sensibilité élevée, le bruit provoqué par le relais au moment de sa fermeture, est capté par le micro... qui redéclanche l'ensemble, assurant ainsi une boucle sans fin. Cela se produit encore quand la sensibilité est au max, mais difficile de faire autrement avec ce type de relais. Pour éviter totalement ce phénomène, il faudrait un relais électromécanique silencieux (hors de prix), ou un relais statique, qui a été rejeté ici à cause du type de charge qu'il doit être possible de raccorder en sortie. Heureusement, la joyeuse troupe d'enfants sous "surveillance sonore" devrait produire plus de bruit que le relais, et il ne devrait pas y avoir besoin de pousser trop la sensibilité du détecteur...
Historique
20/09/2015- Correction implantation relais sur PCB.
28/10/2008
- Première mise à disposition.