Un égaliseur stéréo à commande numérique

Nous avons le plaisir de vous proposer un instrument dont rêvent de nombreux audio-philes : un égaliseur(1) stéréo permettant de linéariser la courbe de réponse en fréquence de tout appareil de reproduction du son, de la chaîne hi-fi de la maison à l’amplificateur de sono d’une salle de spectacle. Il dispose de dix bandes de réglage et de quatre mémoires.





Mais quel besoin a-t-on d’égaliser, vous demanderez-vous peut-être ? Si le spécialiste a déjà la réponse, le nouveau venu dans le monde de l’audio ne la connaît pas encore.

Toute installation de reproduction des sons, de la hi-fi domestique au système de diffusion publique (salle de bal, cinéma, spectacle en plein air) donne difficilement le meilleur résultat avec n’importe quel environnement : selon l’orientation des haut-parleurs, la consistance des matériaux alentour, la forme et le revêtement des murs, telle ou telle fréquence peut être absorbée ou réfléchie, créant des grondements ou des résonances dégradant la qualité de l’écoute. C’est justement pour adapter les propriétés d’une installation acoustique au local dans lequel elle doit retentir que les constructeurs de petites et grandes Hi-Fi prévoient des contrôles de tonalité et autres fonctions comme super-basses, présence, filtres subsoniques, etc. Deux ou trois bandes d’égalisation (basses, media(2) et aiguës) parfois ne sont pas suffisantes : alors, dans ce cas, il devient impérieux d’utiliser un égaliseur.

Les égaliseurs se divisent en deux catégories : graphiques et paramétriques.

Les premiers ont des bandes de largeur et de fréquence centrale fixes tandis que les seconds peuvent modifier la largeur de la bande d’intervention en faisant opportunément varier le facteur de mérite (Q = F/B) des divers filtres. Celui que nous vous proposons de construire dans cet article est un égaliseur graphique à contrôle numérique.



Note 1 : Je laisse volontiers l’anglicisme fort répandu “équaliseur” à qui l’assume ! Mais on aura beau jeu, ensuite, à prétendre que notre langue est incapable de faire face aux innovations techniques.

Note 2 : “Medium”, en latin, est un singulier ; au pluriel cela fait “media” ; inutile, donc, d’y rajouter un “s” ; et encore plus absurde de dire “des mediums” (c’est comme dire “des chevals”) !




Notre montage

La section numérique est réalisée avec deux circuits intégrés SGS-Thomson TDA7317 et elle est intégrée par une interface à microcontrôleur PIC16F876-MF414, déjà programmé en usine, lisant les dix potentiomètres à glissière correspondant aux dix bandes stéréo. Par cette interface de commande, vous pouvez facilement régler le niveau des signaux dans ces bandes, exactement comme vous le feriez en intervenant sur un classique égaliseur analogique constitué des traditionnels filtres actifs à amplificateurs opérationnels.

En réalisant le montage proposé dans ces pages, vous pourrez donc bénéficier d’un égaliseur réunissant les deux avantages d’être à élaboration numérique tout en conservant la commodité d’une commande manuelle.

Comme nous l’avons déjà laissé entendre, le montage est constitué de deux platines. La carte principale comporte les deux TDA7317 préposés à l’élaboration des fréquences : chaque circuit intégré est stéréophonique et, par conséquent, il traite les signaux des deux canaux droit et gauche. La carte de commandes comporte, elle, les deux potentiomètres à glissière (ou rectilignes) et le microcontrôleur précité, dédié à la gestion des deux TDA7317 et de la mémorisation des réglages paramétrés.











FRÉQUENCES DE COUPURE

 40 Hz    120 Hz

250 Hz 500 Hz

1 kHz 2 kHz

4 kHz 8 kHz

10 kHz 16 kHz




Le schéma électrique

La carte principale audio

Si nous analysons le schéma électrique des deux unités, nous voyons que la section d’élaboration audio, simple mais essentielle, est constituée des deux TDA7317 configurés selon les indications du constructeur : chacun d’eux dispose d’un réseau de filtre pour chaque bande de fréquence, ce qui fait donc dix filtres en tout. Notez que tous les réseaux étant formés exclusivement de composants passifs, l’appareil ne comporte de composants actifs que les deux circuits intégrés audio et le microcontrôleur.

On l’a dit, chaque TDA7317 peut gérer un maximum de cinq bandes pour deux canaux audio : nous en avons donc mis deux en cascade pour disposer de dix bandes de fréquence stéréo.

Leur liaison en série ne doit pas vous induire en erreur : il n’aura aucun effet négatif sur la fonction d’égalisation car ce sera comme si l’on avait deux égaliseurs traditionnels, le second étant relié à la sortie du premier ; l’un intervient sur cinq bandes et l’autre sur les cinq autres. Aucun changement dans le niveau du signal car, normalement (lorsque les contrôles sont sur zéro), un égaliseur n’a ni gain ni atténuation (il laisse passer la BF sans altération).

Même chose pour notre platine d’élaboration audio : les signaux des canaux stéréo sont appliqués aux entrées correspondantes (broches 30 et 1) de U1 et envoyés, éventuellement modifiés par la réponse en fréquence, via les broches 19 et 12, aux entrées de U2.

Voyons, à présent, comment intervient le contrôle de la correction de la courbe de réponse : le TDA7317 est commandé par des signaux codés envoyés sur le bus I2C dont il est équipé et dont les broches 16 et 17 sont, respectivement, les lignes SCL et SDA. La broche 18 est l’ADDR, c’est-à-dire celle avec laquelle est assignée l’adresse (“ADDRess”) au périphérique. Les connexions bus I2C prévoient, en effet, que tous les dispositifs soient connectés au moyen de deux lignes nommées SCL et SDA : la première porte l’horloge (CK) scandée par l’unité devant imposer une commande ; la seconde transfère cette commande et les réponses éventuelles des périphériques.

Comme il s’agit d’une liaison unique, pour envoyer des commandes sélectives, c’est-à-dire que puissent atteindre seulement une unité déterminée du bus, il est prévu que la syntaxe contienne un code d’adresse : la commande sera interprétée seulement par le dispositif dont l’identification correspondra à celle qu’on lui envoie. Normalement il est possible de paramétrer jusqu’à 8 adresses différentes au moyen de 3 bits mais, dans le cas du TDA7317, seulement 2 possibilités sont prévues puisqu’on n’a qu’une broche d’adresse (ADDR) paramétrable avec un niveau logique bas (0) ou un niveau logique haut (1). C’est pourquoi avec un tel circuit intégré il n’est pas possible de réaliser un égaliseur à plus de 10 bandes.

Dans le schéma électrique de l’unité d’élaboration audio, le circuit intégré U1 est adressé comme 1 et U2 comme 0 : en effet, la broche 18 de ce dernier est reliée à la masse (0 logique) ; sur le schéma, la broche 18 de U1 n’apparaît pas… mais alors, comment peut-elle être maintenue au niveau logique haut (1) ? C’est très simple : le TDA7317 dispose internement d’une résistance de tirage (pull-up) qui, si on laisse la broche 18 en l’air, la met automatiquement au niveau logique haut (1).

Les lignes SCL et SDA du bus I2C sont communes aux deux puces et sortent de la platine pour atteindre la carte de commande que nous examinerons bientôt.

Voyons, pour le moment, quelques détails touchant la fonction d’égalisation proprement dite : chaque TDA7317 peut accentuer ou atténuer la fréquence de centre bande de chaque filtre jusqu’à un maximum de 14 dB (±14 dB, ce qui correspond à plus de 5 fois en tension) au pas de 2 dB. Il est également possible de déterminer la largeur de chaque gamme de fréquence, c’est-à-dire l’amplitude de l’intervention de chaque contrôle : dans notre cas, elle a été paramétrée à 30 %, c’est-à-dire que chaque bande comprend 1/3 en plus et 1/3 en moins de la fréquence centrale.

Par exemple, pour 1 000 Hz, cela signifie que le contrôle correspondant intervient dans une gamme s’étendant de 700 à 1 300 Hz. Toujours au sujet des paramétrages, notez que les filtres actuellement prévus sont dimensionnés pour les fréquences de centre bande suivantes : 40, 120, 250, 500 Hz et 1, 2, 4, 8, 10 et 16 kHz.

Autre détail concernant le TDA7317 : on a la possibilité d’opérer un contrôle efficace du volume de sortie au moyen d’instructions spéciales adressées par le bus I2C ; on peut atténuer le signal de 17,625 dB au pas de 0,375 dB ; la connexion en cascade des deux puces permet (en envoyant les commandes alternativement à l’un puis à l’autre et ainsi de suite) une atténuation globale de 35,25 dB (plus de 56 fois en tension).



Figure 1 : Schéma électrique de l’égaliseur stéréo à commande numérique (carte principale avec entrées/sorties).



Figure 2 : Le dernier prototype. A gauche, la carte principale avec les filtres et les deux TDA7317. A droite, la carte de commandes avec les potentiomètres à glissière, le microcontrôleur et les mémoires.



Figure 3 : Schéma synoptique interne et brochage du TDA7317 SGS Thomson.

On remarque que chaque circuit intégré peut gérer cinq bandes d’égalisation stéréo.




La carte de commandes

Voyons maintenant l’unité à laquelle il est demandé d’effectuer les commandes au moyen des potentiomètres rectilignes à glissière : il s’agit d’une platine à microcontrôleur basée sur un PIC pourvu de deux fils, correspondant à SCL et SDA, à relier aux contacts respectifs de l’égaliseur. Par l’intermédiaire de ces lignes, le PIC commandera les TDA7317, tant en ce qui concerne les dix bandes stéréo de fréquences (par R1 à R10) que le volume de sortie (par R11).

Le logiciel du microcontrôleur remplit les fonctions suivantes : après le “power-on-reset”, il initialise ses lignes d’I/O en paramétrant les broches 2, 3, 4, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 et 28 comme bidirectionnelles (Input et Output) et 11, 12, 13, 14 et 15 comme entrées. Les broches 17 et 18 deviennent, en revanche, des sorties, dédiées respectivement à l’émission du signal d’horloge pour le bus et à la commande de la LED LD1. Enfin, la broche 16 est paramétrée comme ligne bidirectionnelle et correspond au fil SDA du bus I2C. Une fois lancé, le programme teste continuellement et cycliquement l’état des poussoirs reliés aux broches 11, 12, 13, 14 et 15 puis il lit les potentiomètres.

La méthode de lecture de ceux-ci est un peu particulière en ce qu’elle met à profit l’instruction du PICBasic recourant à la charge et à la décharge des condensateurs (par exemple C1 pour R1) placés en série : le microcontrôleur produit, sur la ligne correspondante, une impulsion de niveau logique haut (1) puis reporte le zéro et vérifie la courbe de décharge. Plus long est le temps relevé, plus grande est la valeur résistive du potentiomètre et vice-versa. Traduit en signal audio, cela signifie qu’en augmentant la résistance insérée (par le potentiomètre), la bande de fréquence correspondante est accentuée ; si on la réduit, elle est atténuée. A la moitié de la valeur résistive (potentiomètres tous avec le curseur en position centrale) correspond un fonctionnement “transparent” (aucune atténuation ni accentuation, l’amplitude de toutes les fréquences reste inchangée).

Tout ceci étant entendu, il nous faut maintenant analyser la fonction des cinq poussoirs. Précisons, avant tout, que l’égaliseur peut travailler aussi bien en automatique qu’en manuel.

Cela signifie qu’il est possible de mémoriser vos égalisations préférées (jusqu’à quatre) et les actualiser automatiquement en déshabilitant la fonction des potentiomètres ou agir manuellement sur le réglage des dix bandes.

Le mode manuel ou le mode automatique est choisi en utilisant les cinq poussoirs présents sur la platine de commandes : P1, P2, P3, P4 et P5.

Les quatre premiers permettent d’enregistrer (et ensuite actualiser) les différents paramètres. La mémorisation se fait selon une procédure très simple et intuitive : il suffit de régler les potentiomètres à glissière comme on veut et, une fois obtenu le résultat souhaité, tenir appuyé au moins 3 secondes le poussoir correspondant à la position de mémoire dans laquelle on veut enregistrer l’égalisation.

Quand ces quatre séquences sont mémorisées, en pressant un des quatre poussoirs (P1 à P4) on passe en mode automatique et on actualise la configuration mémorisée sous ce poussoir.

Cette condition est signalée par l’allumage de la LED de signalisation.

Le poussoir P5 rétablit le mode manuel et éteint la LED.

Quant au réglage du volume, il est possible dans les deux modes, automatique comme manuel, et il permet une atténuation jusqu’à 35 dB.



Figure 4 : Schéma électrique de l’égaliseur stéréo à commande numérique (carte de commandes).



Figure 5 : Les deux cartes de notre prototype dûment interconnectées.

Une fois les deux platines reliées, le microcontrôleur peut piloter les deux TDA7317 en fonction des valeurs lues aux bornes des potentiomètres à glissière. Comme nous travaillons en FCBUS, les deux fils du signal (DT et CK) et ceux de l’alimentation (+Vin et GND) sont suffisants.




Figure 6a : Schéma d’implantation des composants de l’égaliseur stéréo à commande numérique.

Platine principale des entrées/sorties et des filtres.




Figure 6b : Schéma d’implantation des composants de l’égaliseur stéréo à commande numérique.

Platine de commandes avec le microcontrôleur et les mémoires.




Figure 7a : Photo d’un des prototypes de l’égaliseur stéréo à commande numérique. Carte principale des entrées/sorties et des filtres. Tous les filtres utilisent exclusivement des composants passifs : les seuls composants actifs sont les deux circuits intégrés SGS-Thomson TDA7317.



Figure 7b : Photo d’un des prototypes de l’égaliseur stéréo à commande numérique. Carte de commandes avec le microcontrôleur et les mémoires. Ici, en revanche, tout le travail est confié au microcontrôleur PIC16F876-MF414, déjà programmé en usine.



Figure 8a : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la carte principale de l’égaliseur stéréo à commande numérique.



Liste des composants

(Carte principale)

R1 = 5,6 kΩ

R2 = 3,9 kΩ

R3 = 5,6 kΩ

R4 = 4,7 kΩ

R5 = 5,6 kΩ

R6 = 4,7 kΩ

R7 = 3,9 kΩ

R8 = 3,9 kΩ

R9 = 4,7 kΩ

R10 = 3,9 kΩ

R11 = 5,6 kΩ

R12 = 3,9 kΩ

R13 = 5,6 kΩ

R14 = 4,7 kΩ

R15 = 5,6 kΩ

R16 = 4,7 kΩ

R17 = 3,9 kΩ

R18 = 3,9 kΩ

R19 = 4,7 kΩ

R20 = 3,9 kΩ

R21 = 47 kΩ

R22 = 33 kΩ

R23 = 47 kΩ

R24 = 39 kΩ

R25 = 56 kΩ

R26 = 39 kΩ

R27 = 33 kΩ

R28 = 33 kΩ

R29 = 39 kΩ

R30 = 33 kΩ

R31 = 47 kΩ

R32 = 33 kΩ

R33 = 47 kΩ

R34 = 39 kΩ

R35 = 56 kΩ

R36 = 39 kΩ

R37 = 33 kΩ

R38 = 33 kΩ

R39 = 39 kΩ

R40 = 33 kΩ

C1 = 220 nF

C2 = 220 nF

C3 = 22 nF

C4 = 100 nF

C5 = 100 nF

C6 = 33 nF

C7 = 10 nF

C8 = 33 nF

C9 = 10 nF

C10 = 18 nF

C11 = 10 nF

C12 = 10 nF

C13 = 10 nF

C14 = 8,2 nF

C15 = 3,3 nF

C16 = 3,3 nF

C17 = 3,3 nF

C18 = 1,8 nF

C19 = 1,8 nF

C20 = 1,8 nF

C21 = 1,5 nF

C22 = 1,5 nF

C23 = 1,8 nF

C24 = 1,5 nF

C25 = 1 nF

C26 = 220 pF

C27 = 1 nF

C28 = 1 nF

C29 = 470 pF

C30 = 330 pF

C31 = 220 nF

C32 = 220 nF

C33 = 100 nF

C34 = 22 nF

C35 = 100 nF

C36 = 33 nF

C37 = 10 nF

C38 = 33 nF

C39 = 10 nF

C40 = 18 nF

C41 = 10 nF

C42 = 10 nF

C43 = 10 nF

C44 = 8,2 nF

C45 = 3,3 nF

C46 = 3,3 nF

C47 = 3,3 nF

C48 = 1,8 nF

C49 = 1,8 nF

C50 = 1,8 nF

C51 = 1,5 nF

C52 = 1,5 nF

C53 = 1,8 nF

C54 = 1,5 nF

C55 = 1 nF

C56 = 220 pF

C57 = 1 nF

C58 = 1 nF

C59 = 470 pF

C60 = 330 pF

C61 = 100 nF

C62 = 470 μF 16 V électro.

C63 = 100 nF

C64 = 470 μF 16 V électro.

C65 = 1 μF

C66 = 1 μF

C67 = 1 μF

C68 = 1 μF

C69 = 1 μF

C70 = 1 μF

C71 = 22 μF 63 V électro.

C72 = 22 μF 63 V électro.

D1 = Diode 1N4007

U1 = Intégré TDA7317

U2 = Intégré TDA7317

U3 = Régul. LM7809



Divers :

1 Prise alimentation

4 Prises RCA 90° pour ci

1 Boulon 3MA pr TO220



Tous les condensateurs dont la qualité n’est pas spécifiée sont des céramiques ou des polyesters au pas de 5 mm.





Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la carte de commandes de l’égaliseur stéréo à commande numérique.



Liste des composants

(Carte de commandes)

R1 = 4,7 kΩ pot. glissière

R2 = 4,7 kΩ pot. glissière

R3 = 4,7 kΩ pot. glissière

R4 = 4,7 kΩ pot. glissière

R5 = 4,7 kΩ pot. glissière

R6 = 4,7 kΩ pot. glissière

R7 = 4,7 kΩ pot. glissière

R8 = 4,7 kΩ pot. glissière

R9 = 4,7 kΩ pot. glissière

R10 = 4,7 kΩ pot. glissière

R11 = 4,7 kΩ pot. glissière

R12 = 10 kΩ

R13 = 10 kΩ

R14 = 10 kΩ

R15 = 10 kΩ

R16 = 10 kΩ

R17 = 4,7 kΩ

R18 = 100 Ω

R19 = 100 Ω

R20 = 4,7 kΩ

R21 = 4,7 kΩ

R22 = 470 Ω

C1 = 100 nF 63 V polyester

C2 = 100 nF 63 V polyester

C3 = 100 nF 63 V polyester

C4 = 100 nF 63 V polyester

C5 = 100 nF 63 V polyester

C6 = 100 nF 63 V polyester

C7 = 100 nF 63 V polyester

C8 = 100 nF 63 V polyester

C9 = 100 nF 63 V polyester

C10 = 100 nF 63 V polyester

C11 = 100 nF 63 V polyester

C12 = 100 μF 35 V électrolytique

C13 = 47 μF 63 V électrolytique

C14 = 100 nF multicouche

U1 = Régulateur 7805

U2 = PIC16F876-MF414

LD1 = LED rouge 5 mm

Q1 = Quartz 4 MHz

P1 = Poussoir pour CI NO

P2 = Poussoir pour CI NO

P3 = Poussoir pour CI NO

P4 = Poussoir pour CI NO

P5 = Poussoir pour CI NO



Divers :

1 Support 2 x 14 broches

11 Boutons pour pot. à glissière

1 Coupe de 10 cm de 4 fils en nappe

1 Boulon 3MA pour TO220

8 Vis + rondelles 3MA pour entretoises

4 Entretoises 8 mm pour vis 3MA

1 Boîtier Teko Pult363 ou éq. Technibox





La réalisation pratique

Tout d’abord vous devez vous procurer ou réaliser les deux circuits imprimés.

Si vous optez pour la réalisation personnelle, utilisez les dessins, à l’échelle 1, figures 8a pour la carte principale et 8 b pour la carte de commandes.

Utilisez votre méthode habituelle ou celle décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?".

Quand les cartes sont gravées et percées, vous pouvez commencer à insérer les composants en allant des plus bas (de profil) vers les plus hauts en respectant bien la polarité des condensateurs électrolytiques, l’orientation des diodes (au silicium et LED), des régulateurs de tension, des supports des TDA7317 et du microcontrôleur (puis des circuits intégrés eux-mêmes quand, à la fin, vous les insérerez). Pour les circuits intégrés, aidez-vous du repère détrompeur en forme de U. Pendant toutes ces insertions ayez constamment l’oeil sur les figures 6a et 6b ainsi que sur les figures 7a et 7b. Quant aux potentiomètres rectilignes à glissière, il en faut onze d’une longueur de 35 mm (au pas de 33 mm).

Quand les soudures sont terminées et vérifiées et que les circuits intégrés sont insérés dans leurs supports, vous pouvez interconnecter les deux platines à l’aide d’une coupe de 10 cm de câble en nappe 4 conducteurs. Les connexions à faire sont : les lignes SDA et SCL du bus I2C, la masse et la ligne principale d’alimentation. Les entrées audio de l’unité contenant les TDA7317 correspondent aux deux prises RCA pour circuit imprimé. Même chose pour les deux sorties.



Figure 9 : Le boîtier plastique utilisé, avec sa face avant découpée, prête à recevoir la sérigraphie auto-adhésive (voir l’effet de celle-ci sur la photo de première page).



Le montage dans le boîtier

Le tout est à installer dans un boîtier plastique bien choisi : la carte de commandes sera montée derrière la face avant. Bien sûr, celle-ci doit être préalablement percée de manière à laisser passer les boutons des curseurs des potentiomètres à glissière, sans oublier les cinq poussoirs et la LED. Pour monter notre prototype, nous avons utilisé un boîtier Teko Pult363 avec face avant métallique (aluminium) dont nous disposions mais on peut également choisir dans la gamme Technibox. Nous avons préféré substituer à la face avant aluminium, une face avant en résine de synthèse beaucoup plus facile à ajourer de fentes (à chantourner, si vous préférez).

Une feuille de plastique adhésive vient se coller par-dessus et constitue une élégante sérigraphie… d’aspect tout à fait professionnel comme en témoigne la photo de première page de l’article.

Le panneau arrière aussi est à percer pour le passage des quatre prises RCA des entrées/sorties et de la prise d’alimentation.

Pour alimenter, justement, l’appareil, prenez un adaptateur secteur capable de fournir 12 V au moins sous 300 mA avec une fiche à “+” central.

Les liaisons du et au signal audio sont élémentaires : les prises RCA sont à connecter à toute installation stéréo en se servant de câbles stéréo ordinaires RCA/RCA mâles ; on les trouve dans tous les commerces Hi-Fi ou même en grandes surfaces.

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...