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Dernière mise à jour : 24/06/2007
Présentation
Vous venez de finaliser la construction d'un super compresseur de
modulation, d'un préampli, d'une console de mixage, d'une boite
d'effet ou tout autre système de routage de signaux audio, et
vous
aimeriez bien ajouter un dispositif de visualisation de niveau BF.
Seulement voilà, comment faire ? Acheter une paire de
galvanomètres à aiguille et les brancher tel quel en
sortie BF ? Non, ça risque fort de ne pas fonctionner. Le texte
qui suit va
essayer de décrire ce qu'il faut faire pour offrir à
votre dernier né (ou dernier achat) ce petit côté
vivant qui s'il n'est pas forcement toujours précis, permet de
"sentir par l'oeil" les petits soubressauts et silences de votre signal
audio.
Qu'est qu'un vu-mètre ?
Avant d'aller plus loin, il est sans doute nécessaire de
rappeler la fonction première du vu-mètre. C'est pourquoi
je vous invite à faire un petit saut sur la page Mesure de niveau audio,
paragraphe "Vu-mètre". Ce qu'on
appelle vu-mètre est donc l'ensemble complet qui permet
l'affichage
du niveau moyenné d'un signal BF. Le composant à aiguille
n'est pas un vumètre, mais bien un galvanomètre.
La photo ci à
gauche montre un
galvanomètre dédié vu-mètre (clic pour
agrandissement)... On pourrait très bien s'en servir pour
afficher une tension continue en sortie d'une alimentation secteur de
laboratoire, après avoir remplacé le papier de graduation
en unités Vu, par un papier de graduations en unités
Volts.
Alors que faire ?
Le galvanomètre est constitué d'une aiguille
montée sur un support mobile, et cette aiguille va bouger sous
l'effet d'un champs magnétique créé par le passage
d'un courant continu dans une bobine de fil électrique. Pour
réaliser un vumètre, il est nécessaire
d'ajouter un circuit
électronique pour piloter le galvanomètre, ceci pour au
moins trois raisons principales :
1 - Le courant que peut fournir l'étage de sortie BF n'est pas
toujours suffisant pour attaquer
directement la
bobine du galvanomètre, empêchant ainsi un
débattement à pleine échelle,
2 - La bobine du galvanomètre risque de perturber
singulièrement la sortie BF d'une part parce que c'est une belle
self (bobine de fil conducteur), et surtout parce que sa
résistance interne est faible et risque fort de faire
s'écrouler le signal électrique si l'endroit où
à lieu le prélèvement du signal audio est de type
moyenne ou haute impédance. Ainsi il est impossible de brancher
directement un galvanomètre sur une sortie guitare (c'est un
exemple saugrenu je l'admet),
3 - Il faut intégrer (moyenner) le
signal BF pour avoir un affichage en cohérence avec l'effet
désiré
(représentation grossière d'une notion de "puissance").
Sans moyennage, l'aiguille bougera rapidement et affichera plutôt
des crêtes qu'une moyenne, même si par construction,
la mécanique du galva présente une inertie souvent trop
grande pour afficher les crêtes.
On peut réaliser un vu-mètre avec un
galvanomètre, mais on peut aussi utiliser des leds ou des
modules LCD
permettant un affichage sous forme de bargraphe. Dans tous les cas, un
étage électronique est nécessaire. Ce montage
électronique peut être assez simple à
réaliser (voirs schémas proposés à la page Affichage
/
Mesures). Mais il peut être plus complexe, selon
l'élement qui servira d'affichage, et selon la ballistique
(temps d'attaque et de relachement) désirée. La plupart
des circuits simples permettent un affichage grossier, qu'il est
toujours possible d'étalonner pour l'affichage correct d'un bon
zéro dB, mais dont l'affichage aux extrémités
reste assez fantaisiste (cas du vumètre 001
que je qualifierais de vumètre décoratif). Ceci dit, cela
peut tout à fait suffire
pour certaines applications de contrôle général. Le
synoptique ci-dessous résume les étapes à
accomplir.
Amplification / Redressement
Un signal BF est par nature alternatif, et au point où on
souhaite le prélever, il n'a pas forcement une amplitude
suffisante. Il convient de l'amplifier si cela est nécessaire.
Puis ensuite il faut le redresser,
c'est à dire récupérer les alternances positives
ou négatives (ou les deux), et les "lisser" pour pouvoir les
afficher. Si on ne procèdait
pas ainsi, la valeur moyenne affichée serait toujours voisine de
zéro : lors des alternances négatives, l'aiguille du
galvanomètre aurait tendance à aller à gauche, et
lors des alternances positives, elle aurait tendance à aller
à droite. Avec l'inertie de la mécanique, l'aiguille ne
bougerait que très peu, et on aurait l'impression qu'aucun
signal n'est mesuré. Le redressement, qui est donc obligatoire
vous l'avez compris, peut être effectué par une ou
plusieurs diodes. Il arrive parfois qu'on se contente de visualiser les
alternances positives seules (on ignore dans ce cas les alternances
négatives), principalement pour limiter la complexité du
montage... et son coût de revient. Bien entendu, ne travailler
qu'avec les
alternances positives réduit la précision de l'affichage,
mais cette façon de faire est assez répendue sur les
appareils grand public.
Un schéma de redresseur double alternance à diodes est
présenté à la page Vu-mètre
- Redresseur 001.
Ballistique
La ballistique correspond au temps de réponse (temps de
réaction, ou temps d'attaque) du système d'affichage, et
au temps de relachement (le temps que met l'affichage pour retourner
à zéro quand on coupe le signal BF d'un coup). Un temps
d'attaque de quelques centaines de ms a été ainsi
adopté pour le vu-mètre, il va sans dire que les
crêtes (passages forts très brefs) n'ont pas le temps
d'être prises en compte ! Dans ce domaine, il faut trouver un
compromis entre temps d'attaque rapide (pour ne pas louper les
crêtes) et temps d'intégration (pour afficher une valeur
qui soit le plus en relation possible avec la sensation de puissance
sonore. Comme celà est difficile à réaliser avec
un seul appareil, l'usage de deux affichages indépendants
possédant chacun des ballistiques différentes peut
être envisagé (un vu-mètre et un
crête-mètre surveillant en même temps le même
signal BF). Notons en passant qu'il existe tout de même des
systèmes d'affichage de type bargraphe qui permettent de montrer
simultanement une valeur "Vu" et une valeur "Crête" d'un
même signal. Pour cela, il est fait usage d'un commutateur rapide
qui oriente alternativement l'entrée du système
d'affichage proprement dit, soit vers la sortie de la section Vu, soit
vers la sortie de la section Crête, assez rapidement pour que
l'oeil n'y voit que du feu. Il va de soi qu'un galvanomètre
à aiguille ne peut être utilisé pour ce genre
d'opération...
Plage dynamique
Selon la plage de dynamique à couvrir et à afficher (20
dB, 40dB voir plus),
on peut faire usage d'un circuit de compression de dynamique. Oh, pas
un système comme on peut l'imaginer pour compresser la dynamique
d'un signal BF. Non, là il s'agit de comprimer la dynamique d'un
signal continu. Pour ce faire, on peut utiliser différentes
méthodes, mais deux sont plus courement utilisées :
l'amplificateur logarithmique, et la compression successive par diodes.
La section "Dynamique" du synoptique précédent montre un
ampli-op et un transistor cablé en
contre réaction : il s'agit d'une méthode pour assurer
une conversion
linéaire vers logarithmique et permettre ainsi un affichage plus
étendu. Sans
ce type de convertisseur log, l'affichage est assez restreint, mais il
est quasiment toujours omis sur des systèmes d'affichage simple
(grand
public). L'amplificateur logarithmique est le plus souvent
constitué d'un
AOP monté en amplificateur, et dont la contre-réaction
est de type non linéaire (jonctions d'un transistor par
exemple). Les afficheurs "moyen de gamme" se contentent d'un
convertisseur "pseudo-log" (conformateur à diodes par exemple)
qui
permet un affichage assez étendu mais sous forme de "segments de
droite". C'est déjà beaucoup mieux même si ce n'est
pas professionnel. La compression successive par diodes fonctionne par
paliers : on place en parallèle plusieurs
"réseaux" de diodes en série, chaque réseau ayant
un nombre différent de diodes, présentant ainsi des
seuils de conduction différents. Selon l'amplitude du signal
électrique appliqué simultanement à l'ensemble de
ces réseaux, plus ou moins de diodes vont conduire et
atténuer plus ou moins le signal. Les puristes diront que ce
n'est pas précis, mais c'est simple à faire et ça
donne tout de même la possibilité de couvrir une plage
dynamique assez élevée. Et puis il existe les "vrais"
convertisseurs log, qui font monter le
prix, car réaliser un convertisseur log qui ne dérive pas
trop avec la
température ambiante demande quelques petites précautions
(un
convertisseur log "bon marché" n'affiche pas la même chose
à 20°C et à
30 °C). Pour traiter une plage dynamique très importante,
qui met en
application des niveaux audio très faibles et des niveaux audio
très
élevés, il faut que toute la partie électronique
qui gère la zone
linéaire soit en mesure de le faire. Sûr que si vous vous
interressez à ce sujet, vos recherches vous conduiront à
ce que vous voulez précisement. Peut-être au final
tomberez-vous sur un circuit intégré miracle qui accepte
en entrée un signal BF, et qui sort directement une tension
continue redressée et "comprimée"... Il est vrai que des
fois, au lieu de s'embêter avec des circuits complexes qui nous
en apprennent trop...
Interface de "puissance"
L'interface de puissance est le dernier petit bout qui permet
d'attaquer en toute quiétude l'élement d'affichage
(galvanomètre ou leds par exemple). Il
peut s'agir d'un transistor, d'un AOP, ou d'un circuit
intégré spécialisé. Dans les circuits les
plus simples (notement ceux à galvanomètre),
l'élement de "puissance" est en même temps utilisé
pour le redressement et pour la commande finale de l'élement
d'affichage. Pour les circuits de type bargraphe, il est souvent fait
appel à des AOP montés en comparateurs de tension, chacun
possédant un seuil bien défini (exemple avec le vumètre 005).
Cela permet de
définir précisement pour quel niveau chaque point de
l'affichage doit s'activer. On peut aussi employer des diodes ou des
transistors montés "en série" pour assurer des pas (des
écarts) fixes entre chaque point d'affichage (exemple avec le vumètre 004),
mais si cette
méthode est simple, elle à l'inconvénient de ne
pas
permettre une large couverture (quelques dB la plupart du temps) et
surtout de se faire avec une progression linéaire et non
logarithmique.
