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> Liaison audio bidirectionnelle 001
Dernière mise à jour : 02/08/2009Présentation
Cet article décrit un montage permettant de transmettre deux signaux audio d'un point à un autre de façon bidirectionnelle, en passant par un unique câble BF (une masse + un seul conducteur).
Il ne s'agit pas d'un système haut de gamme, bien que ses performances en terme de distorsion et de bande passante n'aient pas du tout à rougir devant certains autres équipements (bande passante 10 Hz à 100 KHz, distorsion comprise entre 0,1 % et 1 % sur l'ensemble de la bande). Il convient parfaitement pour une liaison intercom full duplex de haute qualité entre deux pièces ou entre deux points assez éloignés. Le circuit est conçu pour travailler avec des niveaux ligne en entrée, mais il est également possible d'y raccorder directement des microphones, moyennant quelques changements mineurs, point qui sera abordé dans le texte qui suit. Dans son principe, ce système est tout à fait comparable à l'interphone 001, également de type bidirectionnel.
Fonctionnement général
Le procédé utilisé est fort similaire à celui employé dans les hybriques pour lignes téléphoniques (convertisseurs 2 fils / 4 fils) à la base des inserts téléphoniques analogiques. De chaque côté de la liaison filaire "deux fils", une interface est mise en oeuvre pour faire la séparation Départ / Arrivée en "quatre fils".
Sur le synoptique qui précède, on voit deux interfaces, une de chaque côté de la liaison filaire. Ces deux interfaces disposent de trois points de connection audio :
- une entrée audio sur laquelle on injecte le signal audio à transmettre à l'autre bout de la liaison;
- une sortie audio où on récupère la source audio injectée à l'entrée audio de l'interface située à l'autre bout de la liaison;
- une entrée / sortie audio bidirectionnelle sur laquelle connecter le fil de la liaison.
Avec le circuit qui nous concerne, il serait plus juste d'appeler cette interface un convertisseurs 1 fil / 2 fils car pour chaque point de connexion, un des deux fils est relié à une masse commune à l'ensemble. Mais dans le principe, on parle bien de la même chose. Un circuit anti-local est prévu, qui agit comme un "annulateur local de source", et qui évite que le signal injecté à l'entrée d'une des interfaces, ne ressorte sur sa propre sortie. Ce que l'on souhaite en effet est que la sortie de chaque interface ne restitue que le signal injecté sur l'entrée de celle qui est à l'autre bout de la liaison. Afin de permettre une très légère réinjection locale de l'entrée vers la sortie (certains utilisateurs n'aiment pas quand l'annulation est totale), un réglage est prévu pour doser le taux de retour local. Le synoptique suivant décrit les grandes lignes du système.
L'amplificateur AMP1 reçoit le signal audio source N°1, son signal de sortie est transmis vers la sortie bidirectionnelle en vue d'être réceptionné par l'interface située à l'autre bout, via l'ampli AMP3'. De façon symétrique, l'amplificateur AMP1' reçoit le signal audio source N°2, son signal de sortie est transmis vers la sortie bidirectionnelle en vue d'être réceptionné par l'interface située à l'autre bout, via l'ampli AMP3. A ce niveau, rien n'est spécialement fait pour contrer le cheminement de ces signaux, ce qu'on envoie d'un côté arrive bien de l'autre côté. Le fonctionnement du système anti-local, qui évite au signal source émis d'un côté d'être récupéré du même côté, est simple à comprendre : on additionne au signal qui vient de l'autre côté, le signal de la source locale mais inversée en phase. Ainsi, sur la partie haute du synoptique, le signal local (source audio 1 venant sur AMP1) est transmis à l'amplificateur local AMP4 via deux chemins distincts : le premier chemin passe par R2 et aboutit sur AMP2, et le second chemin passe par R1 et aboutit sur AMP3. A ce stade, les deux signaux sont en phase. Les sorties de AMP2 et AMP3 arrivent ensuite sur un amplificateur différentiel AMP4, qui inverse un des deux signaux et ne touche pas à l'autre. Si les deux signaux en sortie de AMP2 et AMP3 ont même amplitude, on ne retrouve rien (ou quasiment rien) en sortie de AMP4, par phénomène d'annulation par opposition de phase. Voilà pour l'annulation du signal local, qui subit une atténuation d'au moins 40 dB, ce qui correspond à un rapport 100. Pour le signal qui vient de l'autre côté de la liaison, le chemin prioritaire est celui qui amène le signal (audio source 2) sur AMP3. Il n'y a pas de phénomène d'annulation par opposition de phase, et le signal aboutit normalement en sortie de AMP4. En réalité, une petite portion du signal source 2 va arriver sur AMP2 au travers de R1 et R2, mais avec une amplitude insuffisante pour provoquer une baisse importante du signal. La fonction de bidirectionnalité avec anti-local est bien assurée en sortie de AMP4. Le réglage d'annulation du signal local est dosé par les valeurs de R2 et R3, ainsi que par la valeur du gain de AMP2, qui en pratique est ajustable.
Le schéma
Le schéma qui suit est complet, il montre les deux interfaces - rigoureusement identiques - à construire et à raccorder entre elles. Le circuit imprimé qui sera proposé plus loin concernera une moitié seulement de ce schéma, et sera à construire en deux exemplaires.
Fonctionnement général
Il correspond à ce qui a été dit précédement, il suffit de faire les correspondances suivantes :- U1:B correspond à AMP1, et U2:B correspond à AMP1'
- U1:C correspond à AMP2, et U2:C correspond à AMP2'
- U1:D correspond à AMP3, et U2:D correspond à AMP3'
- U1:A correspond à AMP4, et U2:A correspond à AMP4'
Le gain de l'étage d'entrée U1:B (AMP1) est déterminé par la valeur des résistances R1 et R2. Pour l'augmenter, il faut augmenter la valeur de R2. RV1 permet d'ajuster le gain de AMP2 et de AMP3 de façon "complémentaire" : quand son curseur, relié à la masse, se rapproche de R3, le gain de U1:C (AMP2) augmente en même temps que le gain de U1:D (AMP3) diminue. A l'inverse, quand le curseur se rapproche de R5, le gain de U1:C (AMP2) diminue et le gain de U1:D (AMP3) augmente. Même phylosophie pour RV2. En jouant sur ce potentiomètre, on règle en même temps le dosage du signal local (source audio 1) et du signal distant (source audio 2). Ce sont ces potentiomètres qui permettent d'ajuster le degré d'action de la fonction anti-local.
Utilisation de microphones
Il est possible de câbler des microphones directement sur les entrées, sans ajouter de préamplificateur dédié (bien que cela soit parfaitement autorisé). Pour cela, il convient d'augmenter le gain de l'étage d'entrée de chaque section, construit autour de U1:B (pour la première section) et de U2:B (pour la deuxième section). Pour ce faire, suivre les points suivants :- remplacer R27 et R29 de 10 KO par des résistances de valeur comprise entre 10 et 100 ohms.
- remplacer R2 et R15 de 15 KO par des résistances de valeur comprise entre 470 KO et 1 MO (ou potentiomètre ajustable de 1 MO).
- mettre en parallèle sur R2 un condensateur de 22 pF à 33 pF. Même chose sur R15.
Type de câble pour la liaison BF
Tel quel, le montage nécessite de préférence un raccordement par câble blindé entre les deux interfaces, mais il est également possible d'utiliser une paire torsadée de faible longueur (ne pas dépasser quelques mètres, sachant que la longueur max dépend essentiellement de l'environnement). Pour autoriser l'emploi d'une paire torsadée de grande longueur (un câble réseau Ethernet Cat5 par exemple), il faut ajouter un petit transformateur BF au niveau du connecteur de liaison bidirectionnel (modèle 600 / 600 ohms), sur chaque interface, afin de symétriser la liaison. Les AOP intégrés dans le TL064 ne sont pas vraiment prévus pour attaquer un transfo BF, mais ça fonctionne tout de même, avec toutefois une bande passante qui peut être légèrement chahutée (pas grave du tout pour de la voix).Alimentation
Alimentation symétrique (double) requise de +/-9 V à +/-15 V. Les circuits présentés aux pages Alim symétrique 001 ou Alim symétrique 002 conviennent très bien.Circuit imprimé
Pas encore fini, le circuit imprimé est basé sur la seule "moitié haute" du schéma principal, puisque cette partie doit être reproduite en deux exemplaires disposés physiquement à distance. Il répond donc au schéma suivant, lequel se voient juste ajouter, par rapport au schéma complet précédent, un connecteur J3 de sortie I/O (entrée / sortie), un bornier d'alimentation J4 et deux condensateurs de découplage d'alimentation C2 et C3.
Circuit imprimé réalisé en simple face, avec un strap et une liaison cuivrée un peu plus fine que les autres (si cette dernière vous gêne, supprimez-la du dessin et remplacez-la par un fil électrique soudé côté cuivre).
Typon 001a aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi