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Filtre BF 009 (10 voies)
Dernière mise à jour : 21/03/2010Présentation
Le présent descriptif concerne un ensemble de dix filtres actifs de type passe-bande qui se partagent l'ensemble de la bande passante audio de 20 Hz à 20 KHz. Ces filtres peuvent être utilisés comme base pour un égaliseur ou pour un système d'extraction de données sonores capable de distribuer sur des sorties individuelles, les signaux audio faisant partie d'une bande de fréquence déterminée. Les fréquences centrales des filtres correspondent à ce qu'on trouve habituellement sur les égaliseurs 10 bandes ou sur les analyseurs de spectre 10 bandes, à savoir 32 Hz, 64 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, 8 KHz et 16 KHz. Bien entendu, rien ne vous empêche, dans un cadre particulier, de n'utiliser qu'un certain nombre de filtres parmi les dix. Deux schémas sont proposés :- schéma 009 : 10 filtres simples de type "pont de Wien"
- schéma 009b : 10 filtres simples à "structure de Rauch"
Ces deux types de filtres se partagent la bande audio de façon différentes, avec des recouvrements différents entre bandes.
Schéma 009
Le schéma complet est visible ci-après, avec courbe de réponse en fréquence de chaque filtre dans un petit coin (valable pour les valeurs données aux composants du schéma).
Un étage d'entrée à haute impédance d'entrée et basse impédance de sortie (basé sur l'AOP U3:C) permet d'attaquer simultanément les dix filtres dans de bonnes conditions. Chaque sortie de filtre se fait de façon individuelle, au travers d'un potentiomètre (facultatif) de réglage individuel de niveau.
Analyse d'une cellule de filtrage
Tous les filtres sont basés sur la même structure : une contre-réaction sélective en fréquence est opérée entre sortie et entrée de chaque AOP, au moyen de quatre composants, deux résistances et deux condensateurs. Je vous invite à comparer la structure des filtres mis en oeuvre ici, avec la structure du générateur audio 010 proposé ailleurs sur ce site et dont le synoptique général est rappelé ci-après :
Dans le cas qui nous concerne ici, on ne cherche pas à créer une oscillation entretenue comme c'est le cas pour le générateur audio 010, mais un filtrage sélectif dans une plage de fréquences donnée. Il est cependant intéressant de comparer les deux schémas et de voir qu'une fois de plus une même structure électronique peut servir à plusieurs fonctions. La fréquence centrale Fc d'un tel filtre (de type passe-bande) est définie par la formule suivante :
Fc = 1 / (2 * PI * R * C)
où Fc est la fréquence centrale du filtre, R = R1 = R2 et C = C1 = C2.
Pour disposer de plusieurs filtres ayant des fréquences centrales différentes, il suffit de modifier la valeur des quatre composants concernés, en gardant à l'esprit que les deux résistances doivent avoir la même valeur et que les deux condensateurs doivent aussi avoir la même valeur.
Réponse en fréquence des filtres du schéma 009
La réponse en fréquence des filtres dépend des composants posés pour chacun d'eux. Comme vu ci-avant, quatre composants permettent de définir la fréquence centrale. Il est aussi possible de jouer sur la largeur de bande et sur le facteur de surtension des filtres (facteur Q ou sélectivité), en jouant sur la valeur des résistances R3, R7, R11, ..., R35, R39. Les graphes suivants montrent comment les filtres se comportent pour des valeurs différentes données aux résistances R3, R7, ..., R35, R39.Avec résistances R3, R7, ..., R35, R39 = 22 kO, on obtient ceci :
Et avec résistances R3, R7, ..., R35, R39 = 12 kO, on obtient ceci :
Dans le second cas, les filtres sont plus sélectifs, les recouvrements entre bandes sont moindre. Selon l'application envisagée, on préfèrera sans doute telle type de courbe à telle autre.
Schéma 009b
Ce second schéma diffère du premier au niveau des cellules de filtrage. Plutôt que de faire appel à des filtres de type "pont de Wien", il est fait cette fois usage de cellules de filtrage passe-bande à "structure de Rauch". Le schéma de base d'une telle cellule est rappelé ci-après.
Voir page Filtre BF 008 (schéma 008c) pour plus de détails, notamment concernant le calcul de la fréquence centrale du filtre. Le schéma complet est donc sans trop de surprise celui qui suit.
On y retrouve l'étage d'entrée permettant d'attaquer tous les filtres en même temps sans problème, et les dix filtres montés en parallèle avec leur sortie individuelle.
Réponse en fréquence des filtres du schéma 009b
A comparer aux courbes montrées pour le premier schéma.
On ne peut pas dire que ce schéma est meilleur ou moins bon que le précédent, il est simplement différent. Il n'y a qu'à voir les courbes de réponse pour se faire une idée de ce en quoi il est différent. Attention toutefois à ne pas vous laisser piéger par les échelles verticales, qui sont différentes.
Utilisation pour analyse spectrale ?
Du fait que ces filtres sont capables de restituer des signaux faisant partie d'une bande de fréquence donnée, on peut tout à fait envisager de les faire suivre par des redresseurs qui fournissent une tension continue proportionnelle à l'amplitude du signal sortant de chaque filtre (voir exemple en page Modulateur lumière 006). La valeur des tensions continues ainsi obtenues peut ensuite être visualisée via un vumètre à leds comportant un nombre de leds de votre choix : 3, 5 ou 10 leds par exemple (vumètres à transistors, à comparateurs de tension ou à circuit spécialisé tel que LM3915). Cela fonctionne bien, mais il faut tenir compte de la sélectivité des filtres, dont la largeur de bande n'est pas sans incidence sur les données affichées. Si la largeur de bande des filtres est grande, un signal de fréquence donné va ressortir plus fort du filtre qui lui correspond, mais va tout de même un peu "baver" dans les filtres voisins. Si ce signal de fréquence donné se situe pile à l'intersection des pentes de deux filtres adjacents, il sortira avec la même amplitude sur la sortie des deux filtres. La séparation entre voies n'a pas besoin d'être très grande non plus, cela dépendra des applications. Pour un effet lumineux miniature (à leds) ou géant (à spots) cela sera très bien dans quasiment tous les cas de figure, mais les résultats ne seront pas forcement conforme à ceux désirés dans le cas d'une mesure de haute précision. Dans ce domaine, il faut savoir ce que l'on veut et ce que l'on fait si on veut être sérieux.Alimentation
Alimentation symétrique requise, mais possibilité d'utiliser une alim simple avec quelques modifications mineures. A prévoir tout de même avant réalisation du circuit imprimé !Circuit imprimé
Non réalisé.Mais on peut envisager deux approches possibles :
- soit un circuit imprimé unique pour la totalité des composants (étage d'entrée et filtres),
- soit un circuit imprimé de type "carte mère" supportant l'étage d'entrée, avec dix petits circuits "fille" pour les filtres, eux-mêmes posés sur la carte mère.