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Electronique > Réalisations > Jeux de lumière > Piano lumineux 003

Dernière mise à jour : 08/01/2012

Présentation

Le circuit présenté ici n'est pas un piano lumineux dans le sens où il ne possède pas de touche. Il s'agit plutôt d'un système qui permet d'allumer une ou plusieures lampes (il peut s'agir de LED) lors de la détection d'un choc ou d'un son, par le biais d'un capteur piezo ou d'un petit microphone dynamique ou electret.



Pourquoi appeler "piano lumineux" un tel montage ? Pour la similitude d'effet entre éclairage obtenu et note décroissante d'un piano. Son usage est plutôt "décoratif" et on pourra s'en servir par exemple pour allumer une colonne ou un cercle de LED autour d'un fut percussif comme une grosse caisse, une caisse claire ou un tom. A chaque coup porté sur le système (musical ou autre) auquel est attaché le dispositif détecteur, les lampes s'allument rapidement et s'éteignent à une vitesse réglée par vos soins. Le montage s'alimente sous une tension continue comprise entre 9 V et 18 V.

Schéma

Ce schéma est fort similaire à mes autres détecteurs sonores et de vibrations. Et pour cause, pourquoi changer de roue quand celle qu'on a peut encore nous mener là où on veut ?

Capteur

Le capteur (marqué PIEZO sur le schéma) peut être de type piezo mais il peut aussi s'agir d'un microphone dynamique ou même d'un écouteur de casque pour balladeur à 1 euro trouvé dans un bazar quelconque. Le principal est d'utiliser un transducteur qui délivre un signal électrique à chaque fois qu'il reçoit un coup ou qu'il vibre.

Etage d'entrée et amplification

Le couplage du capteur à l'étage d'entrée se fait sans hésitation grâce à un petit condensateur de liaison de 100 nF, nommé C1. La résistance R3 charge le capteur mais pas trop, tandis que les deux diodes D1 et D2 contribuent à la protection des entrées de l'AOP U1 dans le cas où l'amplitude du signal d'entrée sortirait des limites des bornes d'alimentation. Ces diodes sont facultatives et vous pouvez tester le montage sans elles, mais une fois terminé je vous conseil de les mettre. Le gain de l'étage amplificateur constitué par U1 est déterminé par les résistances [R1+RV1] et R2, selon le rapport R2 / [R1+RV1]. Quand RV1 est à son maximum, le rapport d'amplification (Av) est voisin de 100, ce qui correspond à +40 dB. Comme un capteur piezo bien excité peut délivrer plusieurs centaines de mV voire plusieurs volts, on a de la marge.

Redresseur

Le redresseur est constitué des deux condensateurs C3 et C4 et des deux diodes D3 et D4. On aurait pu se contenter d'une seule diode et d'un seul condensateur mais je ne trouvais pas le montage assez compliqué. La tension continue résultante aux bornes de C4 dépend de l'amplitude du signal d'entrée, tout du moins jusqu'à saturation puisqu'au delà ça ne monte plus. Pour bien faire, il faut que le potentiomètre RV1 soit réglé de telle sorte que la LED D5 s'allume franchement quand le capteur piezo reçoit une vibration d'amplitude "moyenne". Le potentiomètre RV2 permet de décharger plus ou moins rapidement le condensateur C4 et détermine le temps d'extinction de la LED quand le coup est passé. Plus sa valeur est élevée (curseur côté D4 et R4) et plus la LED met du temps pour s'éteindre.

Etage (interface) de sortie

Un simple transistor BC517 assure l'interfaçage avec la ou les sources lumineuses. Le courant pouvant circuler dans les LED D5 et D6 est limité par la résistance R5 qui vaut ici 220 ohms, cette dernière peut bien sûr être modifiée selon la ou les LED utilisées (nombre de LED, couleur et type de LED). La résistance R4 limite le courant de base du transistor Q1, qui n'a pas besoin d'être élevé vu le courant qu'on demande en sortie et vu que ce transistor a un très grand gain (c'est un darlington). Le schéma ne montre que deux LED mais vous pouvez en câbler bien plus, selon un montage série / parallèle. Par exemple avec des LED haute luminosité dont la tension nominale est de 3 V, vous pouvez installer plusieurs branches de 3 LED en série chacune. Bien que la tension d'alimentation soit de 15 V, on ne peut pas mettre une grande quantité de LED en série car la tension maximale en "sortie" (émetteur) du transistor ne dépassera guère 10 V. A cause des différentes tensions de déchet accumulées au fil du circuit, en commançant par l'AOP U1 et en terminant par le transistor Q1, en passant par la diode du redresseur. Le BC517 est capable de laisser passer plusieurs centaines de mA, et même en tenant compte du fait qu'il est utilisé ici plus en régime linéaire qu'en régime bloqué / saturé (il est câblé en suiveur de tension), on peut déjà câbler pas mal de branches de LED. En employant des LED haute luminosité 20 mA, on peut ainsi disposer d'un bloc de 10 branches de 3 LED, ce qui fait tout de même 30 LED. De quoi faire sans problème le tour d'une grosse caisse sans trop d'espacement entre chaque point lumineux.

Prototype (le mien)

Réalisé sur plaque d'expérimentation sans soudure, LED câblées en série / parallèle avec du fil rigide ramassé par terre lors d'une ballade, près d'un point d'accès lignes tél. France Telecom.



Les tests ont été réalisés pour commencer sous une tension d'alim de 9 V avec une seule LED rouge (LED positionnée sur la plaque sans soudure), ensuite sous une tension de 12 V avec un paquet de LED plus conséquent (5 branches de 3 LED vertes) disposées en cercle autour d'un bongo. Pas très propre niveau fixation des LED, mais j'ai fait ça vite et sans intention de les laisser en place. Le capteur piezo est coincé en bas du bongo avec un bout de papier, vers un des pieds (dernière photo).

Remarques

• Du fait que les LED rouges et vertes sont attaquées en tension, la LED rouge s'allume avant les vertes. On le voit très bien sur la vidéo de démonstration, les petits coups portés sur la peau du bongo ne déclanchent que l'allumage de la LED rouge, et quand on tape plus fort, toutes les LED vertes sont de la partie.
• En multipliant les branches avec des séries de LED comportant un nombre de LED différent, on peut sans peine imaginer plusieurs cercles lumineux qui s'allument selon la force de frappe. C'est plus simple à faire et ça demande moins de composants que de multiplier le nombre de détecteurs, mais en contrepartie ça demande quelques ajustements (il faut trouver les combinaisons de LED qui conviennent) qui restent ensuite fixes.
• Au lieu d'utiliser des LED séparées comme je l'ai fait, on peut aussi utiliser des rubans de LED tout fait et qu'on peut acheter au mètre, voire pourquoi pas des guirlandes de LED, c'est le bon moment pour en trouver à bas prix. D'un point de vue esthétique, je pense qu'il est plus aisé d'obtenir quelque chose de propre en se cassant moins la tête. Selon la tension requise par de tels rubans LED, il faudra peut-être adapter l'interface de sortie à transistor, mais même si c'est nécessaire ça reste forcement simple.
• J'ai essayé ce système avec pour l'AOP U1, un TL071 et un TL081. Le second permet une plus grande sensibilité.
• Si la force de frappe est vraiment élevée et que la sensibilité s'avère trop grande (déclanchement des LED d'un fut alors que c'est le voisin qui est touché), on peut essayer des capteurs moins sensibles, tels que écouteurs de balladeur, petit HP ou petit micro dynamique.

Vidéo de démonstration

Le montage en action est visible sur cette petite vidéo sans prétention. Ce n'est pas spectaculaire, c'est juste pour montrer que ça fonctionne bien et que la sensibilité est suffisante même pour ceux qui restent très doux avec leur instrument. Démonstration également de l'effet visuel rendu avec extinction rapide et lente des LED.

Autres prototypes

Simon me semble bien actif et a débuté l'année 2012 sur les chapeaux de roue. Merci à lui pour ses nombreux retours.

Prototype de Simon

Réalisé sur plaque d'expérimentation à pastilles. Simon a remplacé le transistor BC517 (NPN darlington) par un BC547 (NPN classique).



Proto de Simon visible en fonctionnement sur sa vidéo YouTube.

Circuit imprimé

Réalisé en simple face, avec - c'est une première pour moi - une résistance orientée à 20 degrés.



Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi

Les potentiomètres RV1 et RV2 sont ici des modèles ajustables standard mais vous pouvez bien sûr utiliser des potentiomètres de tableau pour disposer de réglages plus faciles d'accès. Le déport de ces potentiomètres sur une face avant de boîtier est d'autant plus facilité qu'il ne faut que deux fils pour chacun de ces deux composants, qui sont montés en résistances ajustables.

Historique

08/01/2012
- Ajout photos prototype de Simon D.
11/12/2011
- Première mise à disposition.