Le mini projet LAPIN (Liaison Audio Par INfrarouge) que je propose aux apprentis de 1ère année DUT Geii1 de l’IUT de Cachan consiste à la mise en oeuvre d’une transmission audio par modulation PWM en utilisant une communication infrarouge. Cette activité se déroule sur 4 séances de mise en oeuvre pratique avec une petite séance de bureau d’étude en intriduction. Chaque binôme doit concevoir un transmetteur puis un récepteur afin de relever un défi concernant la transmission d’un signal audio dans une salle de notre plateforme technique sur une portée d’au moins 5m.
Le principe de la modulation PWM est rappelée sur la figure suivante. Le signal audio est comparé à un signal triangulaire de fréquence 50kHz. Le signal obtenu sert de commande à une LED infrarouge.

Pour récupérer le signal audio, il suffit de reconstituer le signal modulé PWM fourni par la photodiode puis d’utiliser un filtre passe bas comme le montre le schéma synoptique suivant :

Documents & fichiers utiles pour le projet :

 

Le montage proposé sur le schéma suivant est un filtenceintere visant à rehausser le niveau des basses pour un signal audio. Il s’agit d’une version modifiée de la structure Baxandall couramment utilisée dans les correcteurs de tonalité. Pour une bonne correction audio on propose les valeurs suivantes Ro=22kΩ, P=R1=47kΩ et C=22nF.

bass_boost

Le calcul de la fonction de transfert dont le détail est disponible dans ce document (calculbassboost.pdf) permet de mettre la fonction de transfert sous la forme canonique suivante : equation1pour laquelle on donne :equation2L’étude de cette fonction de transfert montre que pour le réglage du potentiomètre α=1 le gain est égal à 0dB quelque soit la fréquence. Lorsque α=0 le gain est maximum pour f qui tend vers 0 et son expression est :equation3soit 14,4dB avec les valeurs indiquées.
Une simulation paramétrique avec LTSpice permet de constater le bon fonctionnement de ce montage :

simulationLTSpice

Télécharger le fichier de simulation prêt à l’emploi : bassboost.asc (nécessite la bibliothèque supplémentaire SP.lib). Pour compléter l’étude je vous propose un tracé avec Scilab permettant d’observer l’évolution du gain maximum en fonction du paramètre a ce qui est utile pour étalonner les indications sur la face avant du potentiomètre.

[pastacode lang= »markup » manual= »%2F%2F%20Trac%C3%A9%20du%20gain%20max%20en%20fnct%20de%20alpha%0A%2F%2F%20Amplificateur%20Bass%20Boost%20-%20poujouly.net%0Aalpha%3D0%3A0.1%3A1%3B%0ARo%3D22e3%3B%0AP%3D47e3%3B%0Again%3D20*log10((Ro%2FP%2B2-alpha).%2F(Ro%2FP%2Balpha))%3B%0Aplot(alpha%2Cgain)%0Atitle(‘Evolution%20du%20gain%20max%20en%20fonction%20de%20alpha’)%3B%0Axlabel(‘Rapport%20potentiom%C3%A9trique%20(alpha)’)%3B%0Aylabel(‘Gain%20max%20(dB)’)%3B » message= » » highlight= » » provider= »manual »/]

gainmax

 

En complément à l’analyseur de spectre audio (presentation_mini_AS.pdf), étudié et réalisé pendant les séances d’études et réalisation du module SEI pour les étudiants S2 (grp A,B&C), je propose la mise en oeuvre d’une table de mixage utilisant des correcteurs paramétriques centrés sur les 10 mêmes fréquences que l’analyseur audio. Le schéma synoptique de l’ensemble est représenté ci-dessous :

table_mixage_AS
Pour la réalisation du correcteur paramétrique on fait appel à un amplificateur opérationnel double et un pont de Wien. Le potentiomètre rectiligne P permet de régler l’amplification ou l’atténuation de la bande de fréquence choisie. Afin de faciliter la réalisation du sommateur tout en cascadant les différentes maquettes on ajoute une résistance de 1k en sortie de chacun des filtres.

filtre_parametrique_mini

Pour l’analyse du fonctionnement de ce montage voici quelques étapes importantes pour votre étude :

equations_parametrique

La courbe de réponse en fréquence est donc la suivante :

courbe_reponse_parametrique

Afin de valider le dimensionnement concernant le choix de fo et le réglage du gain je vous propose le schéma de simulation LTSpice suivant :

voicebandfilterLorsque l’on souhaite amplifier un signal audio en ne conservant que la bande passante nécessaire à la parole, on peut mettre en oeuvre le montage ci-contre à base d’un unique amplificateur opérationnel. Ce montage d’application quelque peu modifié (valeurs des composants pour répondre aux besoins de l’exercice) par rapport à la documentation originale du circuit MC33502 peut faire l’objet d’un exercice avec autocorrection grâce au logiciel de simulation LTSpice. Je vous propose donc de répondre aux questions suivantes et de les vérifier en utilisant le fichier de simulation LTSpice à compléter.

  • Quelle est l’expression et la valeur de la fréquence de coupure basse fL ?
  • Quelle est l’expression et la valeur de la fréquence de coupure haute fH ?
  • Quelle est l’expression et la valeur du gain G dans la bande passante ?
  • Télécharger le fichier de simulation voicebandfilter.asc et compléter le schéma (source et type d’analyse) afin de vérifier vos résultats.

hp_analyseur_musicPour clôturer ce mois de juillet, voici donc le devoir de vacances N°3 consacré aux filtres du 2nd ordre avec en particulier une application autour d’un analyseur de spectre audio. Le corrigé de ce nouveau devoir sera disponible d’ici une semaine. Par ailleurs vous trouverez ci-dessous le corrigé du devoir N°2 avec les simulations LTSpice correspondantes. Pour effectuer ces simulations il est nécessaire d’installer la bibliothèque supplémentaire mise à disposition sur ce site.

Bon courage et bonnes révisions !