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Générateur de bruit 003
Dernière mise à jour : 11/09/2022Présentation
Ce générateur de bruit blanc est différent des deux précédents (001 et 002), puisque les premiers étaient basés sur un procédé purement analogique, alors que celui présenté ici fait appel à des circuits logiques (numériques). Le principe repose sur la création d'une séquence binaire pseudo-aléatoire avec un générateur... pseudo-aléatoire.
Voir aussi Générateur de bruit 001 et Générateur de bruit 002 (100% analogiques)
Schéma
Cela peut surprendre, mais oui, ce cicuit logique délivre en sortie un signal analogique de type "bruit blanc" dont la particularité est, rappellons-le, de fournir un spectre très large de signaux avec une amplitude constante à toutes les fréquences.
Numérique OK, mais notons toutefois la présence de la résistance R3 et du condensateur C3 en amont du jack de sortie "analogique" J1.
Générateur de séquence pseudo-aléatoire
Un générateur de séquence pseudo aléatoire (PRBS = Pseudo Random Binary Sequence) produit une séquence binaire périodique. Il s'agit d'un système composé d'un oscillateur suivi d'une cascade de registres à décalage (ici de simples bascules D), et dans lequel on opère un rebouclage de la sortie sur l'entrée en passant par un OU exclusif (XOR). Un tel agencement produit une séquence binaire aléatoire sur une durée déterminée d'une part par le nombre d'étage de retard (bascules) et d'autre part par la fréquence d'horloge. Au bout de cette durée déterminée, le schéma de la séquence aléatoire se reproduit à l'identique, ce qui justifie l'emploi du terme pseudo-aléatoire.
Selon l'usage que l'on veut faire d'un tel générateur de bruit, la durée du schéma (de la séquence) a plus ou moins d'importance. Pour exemple, une cascade de 16 cellules cadencées à 500 kHz permet d'obtenir une séquence binaire de durée 65 ms, alors qu'une cascade de 32 cellules induit une séquence dont la durée est supérieure à une heure.
Les deux graphes qui suivent montrent un extrait d'une séquence binaire (représentation temporelle du changement d'état de la sortie numérique WND) et les composantes fréquentielles correspondantes entre 20 Hz et 20 kHz (représentation spectrale de WNA) pour le schéma présenté ci-devant, avec configuration en 16 cellules et avec une fréquence d'horloge de 100 kHz.
Séquence binaire pseudo-aléatoire (WND = White Noise Digital)
Spectre en fréquence, plage 20 Hz - 20 kHz (WNA = White Noise Analog)
Le montage proposé ici vous permet d'expérimenter en utilisant un registre à décalage global de 16 ou 32 étages (PRBS15 ou PRBS31), sachant qu'un seul circuit intégré de type CD4015 dispose de 2x4 étages. Le choix s'effectue avec le double inverseur (DPDT) SW1. Pour une application en audio, un système à 16 étages (PRBS15) est suffisant.
Pour ceux qui aiment aller plus loin : je vous invite non seulement à modifier le nombre de cellules de décalage, mais aussi à expérimenter avec d'autres valeurs de la fréquence d'horloge. A titre d'exemple et pour vous mettre l'eau à la bouche, voici le spectre obtenu avec 16 étages et une fréquence d'horloge de 20 kHz (observez à quelles fréquences se situent les creux) :
Spectre en fréquence, plage 20 Hz - 100 kHz (WNA = White Noise Analog)
On voit très nettement que le niveau constant attendu dans la bande 0-20 kHz est loin de l'être (constant) !
En revanche, en gardant la même structure mais en portant la fréquence d'horloge à 150 kHz, voici ce qu'on observe :
Spectre en fréquence, plage 20 Hz - 200 kHz (WNA = White Noise Analog)
Serait-il donc décent de supposer qu'une fréquence d'horloge encore plus élevée (par exemple 1 MHz ou davantage) apporterait un plus dans la bande 20 Hz - 20 kHz qui nous intéresse dans le cas présent ?
Je vous laisse mes dix thés ;)
Alimentation
Une alimentation continue simple de valeur comprise entre +5 et +15 V convient parfaitement, tous les circuits intégrés utilisés étant de type CMOS (série CD4xxxx).Historique
11/09/2022
- Première mise à disposition.