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Bruiteur Diesel
et autres modules sonores
pour modèle réduit de bateau
(c) Rg.LEGAT
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SOMMAIRE:
01 - Introduction - Présentation - Généralités
02 - Principe de fonctionnement des bruiteurs
- A propos du filtre Passe-Bande (LM386 en Bass_Boost, Structure de RAUCH)
- Générateur de souffle
- Amplificateur BF TDA2030-14W
- Mesure de la vitesse du moteur
03- Bruiteur multi-cylindres 01 - 02 - 03 - 04 - 05
04- Corne de Brume 01 - 02 - 03
05 - Klaxon
Dans le domaine des accessoires pour agrémenter nos modèles, et contribuer un peu plus à leur réalisme, les bruiteurs sonores occupent une place de choix: sirène, bruits de passerelle, bruiteur diesel, ...
Certains considèreront ces modules comme des gadgets étant donné qu''ils deviennent généralement inaudibles au delà d'une certaine distance...
Néanmoins, ne boudons pas notre plaisir, d'autant plus qu'il est rare de faire évoluer nos modèles à des centaines de mètres de la berge !
Vous trouverez sur cette page divers modules sonores, des plus simples, aux plus complets.
Une visite de ma page relative aux modules Serial MP3 pourra aussi être une belle source d'inspiration.
Puisqu'on parle de modules sonores, le maillon final qui restitue ce son, le haut-parleur, a une importance capitale !
Comme pour une radio ou une chaîne Hi-Fi, un petit haut parleur ne restituera qu'un son plat, nasillard et dépourvu de basses.
Sa taille et sa réponse en fréquence devront donc être sérieusement prises en considération.
A proscrire donc les mini HP !
A prendre en considération aussi le positionnement du ou des hauts parleurs dans les superstructures, les ouvertures pratiquées pour laisser sortir le son, le volume et la raisonnance de la coque, ...
D'expérience, je peux toutefois dire que le son restitué est très approximatif et se limite bien souvent à des "toc toc toc" sans grande profondeur :((
Cependant, si vous disposez d'un circuit aux qualités indéniables... n'hésitez pas à m'en faire part pour que je le partage ici. (schémas, enregistrements sonores, circuits imprimés, programmes, ...)
Le PARTAGE intégral est en effet bien mon but pour le plaisir et la motivation de tout modéliste.
Je suis si souvent offusqué de voir les réticences de certains à un réel PARTAGE dans le forums et autres "vitrines", magazines y compris.
On étale, on se gargarise, belles photos à l'appui... mais aucune possibilité de finaliser !
Toutes ces manoeuvres mercantiles pour finalement juste permettre à ces certains de commercialiser leurs électrobidouilles et autres réalisations... TRISTE ...
Je faisais déjà cette navrante constatation sur ma page relative aux montages pour Radios Vintage ...
Bien souvent, les divers montages proposés ici ont fait l'objet de Kits commerciaux dont les entreprises ont disparus (Kemo, VicTronic, ...)
Certaines autres entreprises ont repris ces schémas et reproduit de nouveaux kits (Conrad, ...)
D'une manière générale, un bruiteur sera composé d'un ou plusieurs générateurs d'ondes, généralement carrées car riches en harmoniques, conçus avec des multivibrateurs astables.
La fréquence de ces générateurs pourra être modulée en fonction de la tension d'alimentation du moteur. (VCO: Voltage Controled Oscillator)
De cette manière, la fréquence sonore variera en fonction du régime du moteur et donc de la vitesse du modèle.
Notez qu'il existe des circuits VCO dédiés: CD4046, LM566, ...
Il est également possible d'en réaliser à partir d'un simple Timer 555.
Un module générant du "bruit blanc" peut également être introduit dans la chaîne.
Il est obtenu en tirant profit du "souffle" caractéristique et indésirable des semi-conducteurs.
Tous ces sons sont ensuite superposés et traités par un filtre passe bande qui "écrêtera" les composantes sonores indésirables.
Suivant les paramètres du filtre, le signal en sortie se rapprochera d'un signal sinusoïdal.
Il faudra cependant veiller à centrer sa fréquence de raisonnance vers les basses fréquences pour conserver le réalisme sonore attendu.
De tels filtres peuvent être actifs par l'usage d'amplis-OP ou passifs par l'emploi de composants R/C.
Ce son "traité et nettoyé" sera alors appliqué à un module d'amplification, de diverses factures, mais qui peut se résumer à un ou deux transistors suivant la puissance désirée.
Principe de fonctionnement d'un bruiteur Diesel
A propos du générateur de "souffle"
Il sera produit par un générateur de "bruit blanc".
Il s'agit d'un signal complexe qui apparait dans la jonction d'un semi-conducteur polarisé en inverse. (TR1).
Ce signal de l'ordre de 10mV crête à crête est préalablement amplifié par TR2 avant d'attaquer l'ampli OP dont le gain dépendra de R4 et R6.
Le condensateur C2 agit comme un filtre qui éliminera les fréquences trop hautes.
Il peut être supprimé ou d'autres valeurs peuvent être expérimentées.
A propos du filtre Passe-Bande
Il existe bien des configurations différentes: filtre passif (réseau simple RC ou CR), actif (à amplis-OP); à structures différentes: Rauch, Sallen & Key, ...
Pour les filtres actifs, les composants choisis agiront sur différents facteurs importants: Gain, Facteur de Qualité, Fréquence de Raisonnance, ...
Ces facteurs influenceront le signal finalement disponible en sortie et qui sera ensuite appliqué à un amplificateur.
Exemple de traitement d'un signal carré en fonction des paramètres du filtre passe-bande:
1. Frq. de raisonnance inférieure à la fréquence d'entrée, facteur de qualité bas
2. Frq. de raisonnance égale à la fréquence d'entrée, facteur de qualité haut (filtre accordé)
Notez que le filtre passe-bande a isolé la composante sinusoïdale du signal carré "multiharmoniques".
3. Frq. de raisonnance supérieure à la fréquence d'entrée, facteur de qualité bas
Simulateur en ligne: https://femto-physique.fr/simulations/filtrage-passe-bande.php
LM386 en BASS-BOOST
Filtre Passe-Bande - Structure de RAUCH
Avec C1 = C2, Fc = (1 / (2 * Pi * C)) * Racine ((R1+R2) / (R1*R2*R3))
A propos de l'amplificateur de sortie
On trouve très facilement des petits modules ou des kits utilisant les amplis BF de la famille TDA: TDA2002-8W, TDA2003-10W, TDA2030-14W, ...
Leur prix est tellement dérisoire (1€uro !) qu'il serait totalement illusoire de vouloir les réaliser soi-même !
Ampli BF à base de TDA2030-14W
Enfin, comme dit en guise d'introduction, la qualité du haut-parleur et son implantation seront déterminantes pour une restitution idéale des basses caractéristiques du "Son Diesel".
Mesure de la vitesse du moteur
Pour asservir le bruiteur à la vitesse du moteur nous prélèverons la tension présente aux bornes du moteur.
Cette tension sera appliquée à un pont redresseur dont les sorties +/- seront utilisées pour faire varier la vitesse du ou des VCO générant les ondes carrées.
Pour la phase des tests, un simple potentiomètre connecté entre Gnd et 12V simulera la tension issue du régulateur électronique de vitesse.
Il peut aussi être possible d'utiliser une cellule photorésistive dont la résistance de sortie varierait en fonction de la puissance d'éclairage d'une led alimentée par la tension moteur.
Pour info, j'avais testé quelques-un de mes régulateurs de vitesse pour voir la tension délivrée en fonction des impulsions lues en sortie d'un testeur de servo ou d'un récepteur RC.
On notera que la courbe de réponse de ces régulateurs n'est pas linéaire, pouvant alors provoquer de "brusques" changement de régime du bruiteur !
On peut cependant diminuer cet inconvénient en placant une capacité "tampon" en sortie du pont redresseur, là où la lecture de tension ainsi "lissée" est effectuée.
Nous allons voir ci-dessous, divers schémas dont chaque élément constitutif peut en fait être utilisé comme des modules indépendants.
Il vous serait donc aisé de concevoir votre propre bruiteur en fonction des éléments que vous choisirez et combinerez.
| Bruiteur multi-cylindres 01 |
Un schéma de ce bruiteur avait été édité dans les années 70. Il était dessiné en "mode inversé" et avait fait l'objet de kits.
qui a été amélioré:
Le voici réactualisé (Transistors PNP)
Tension d'alimentation: 6 ... 12 VDC
Le régime du bruiteur variera en fonction de la vitesse de rotation du moteur en prélevant la tension d'alimentation à ses bornes.
La tonalité et autres réglages sonores sont obtenus grâce aux nombreuses résistances ajustables.
Platine double
Disposer de deux ou plusieurs modules Diesel permet de générer des harmoniques qui rendent le son encore bien plus réaliste !
En outre, on peut brancher un ampli de puissance en sortie pour augmenter considérablement le volume sonore.
Dans ce cas, un petit potentiomètre en entrée de l'ampli pourrait être nécessaire pour limiter le signal d'entrée et réduire, si besoin, les distorsions dûes à une saturation de l'entrée.
De tels amplis se trouvent maintenant pour quelques Euros et pour des puissances étonnantes ;))
A noter que ce kit a aussi été décliné avec des transistors NPN !
Les valeurs des composants passifs sont cependant un peu défférentes.
Voici son schéma:
Et sa platine: (identique au kit PNP mais les composants polarisés doivent être inversés et certains composants passifs ont une valeur différente)
Côté pistes cuivrées.
Dans ce circuit, un transistor à effet de champ est utilisé comme résistance variable dont la valeur dépend de la tension appliquée sur la Grille.
Cette résistance influence la fréquence du générateur VCO carré en fonction du régime moteur.
Ce signal sera ensuite mélangé à celui d'un générateur à fréquence fixe.
Le tout est ensuite "traité" par un filtre passe bande pour enfin être amplifié par un simple montage Darlington.
Un nouveau circuit mettant en oeuvre des Timer 555 et 556.
La lecture de la vitesse du moteur se fait par une LDR, qui pourrait être avantageusement remplacée par un opto-coupleur intégré.
Nous disposons ici de deux générateurs à fréquences différentes et fixes.
Un troisième générateur varie en fonction de la vitesse du moteur.
Il vous est loisible d'ajouter un filtre Passe-Bande avant d'attaquer l'ampli de sortie.
La mesure de vitesse du moteur, par lecture de sa tension d'alimentation, se fait donc ici par un système optique.
Il peut facilement être réalisé en insérant une led en regard d'une LDR, dans une gaine noire thermo-rétractée.
Il existe aussi des petites cellules ainsi toutes faites, à faible prix.
Notez cependant que certaines de ces cellules et autres LDR ont un temps de rémanence optique !
Celui-ci influencera donc défavorablement le suivi du régime moteur.
Certaines LDR pouvant atteindre plusieurs secondes...
Dans ce cas, ce n'est donc pas le meilleur moyen de mesure de la tension du moteur.
Retenez alors que la mesure de tension au travers d'un pont de diodes est plus directe et réactive, sous réserve de la courbe de réponse de votre régulateur de vitesse, comme expliqué au début de cette page.
Cellule photo-Résistive
Ce montage utilise un VCO (Voltage Controlled Oscillator) 4046.
A noter qu'un VCO peut également être facilement réalisé avec un Timer NE 555...
Fonctionnement:
La tension du moteur est transmise à la broche de commande de l'oscillateur commandé en tension du 4046.
Lorsque cette tension est modifiée pour contrôler la vitesse du moteur, elle modulera également la fréquence de l'oscillateur commandé en tension, ce qui modifiera le régime du diesel simulé.
Comme un vrai moteur diesel contient beaucoup de masse en rotation, la vitesse à laquelle il peut monter en régime ou ralentir est limitée.
C1, avec sa résistance de décharge R2, simule cet effet d'inertie.
La section suivante du circuit est le générateur de bruit pseudo-aléatoire.
C'est cette section qui génère en fait le claquement caractéristique. Il est constitué d'un registre à décalage à sept étages dont les deux dernières sorties sont connectées ensemble en OU exclusif et réinjectées dans son entrée.
La sortie à onde carrée du VCO est utilisée pour cadencer le registre à décalage 4015.
À chaque transition positive de l'onde carrée, les données qui se trouvent sur la broche 7 du registre à décalage sont synchronisées dans son premier étage.
En même temps, les données du premier étage sont synchronisées dans le deuxième étage, les données du deuxième étage sont synchronisées dans le troisième étage, et ainsi de suite.
Les données sont finalement perdues lorsqu'elles sortent de la huitième phase.
Le 4015 est en fait un double registre à décalage à 4 étages, chaque étage ayant sa propre broche de sortie.
En introduisant la dernière sortie du premier registre à décalage dans l'entrée de données du second, nous avons créé un registre à décalage à huit étages.
Dans ce circuit, les sorties sont prises des étages six et sept. Le huitième étage n'est pas utilisé.
La porte OU exclusif compare les sorties six et sept du registre à décalage, sa sortie reflétant ce qui se trouve sur les broches d'entrée.
Si l'une des entrées est élevée, la sortie de la porte OU exclusif sera également élevée, mais si aucune des entrées ou les deux entrées sont élevées, la sortie sera faible.
Cette sortie est réinjectée dans le registre à décalage et sera bientôt synchronisée avec les sorties 6 et 7. Il en résulte un flux presque aléatoire de niveaux logiques à la sortie de la porte Exclusive-Or.
Il s'agit en fait d'un cycle répétitif. Le fait de varier le nombre d'étapes dans le registre à décalage fera varier le rythme.
Sept étapes semblent être les plus appropriées. C3 et R5 sont là pour démarrer le générateur. Il est possible que le registre à décalage démarre avec tous ses étages contenant des basses.
Et comme un bas par rapport à un bas donne toujours un bas, la séquence pseudo-aléatoire ne démarrera jamais.
C3 et R5 maintiennent l'entrée haute suffisamment longtemps pour qu'un ou deux hauts soient cadencés dans le registre à décalage.
Si votre montage ne démarre pas, réduisez la valeur de R5.
La fréquence du VCO contrôle la vitesse à laquelle le registre à décalage est piloté, modifiant ainsi le taux de "gaz pulsé" en fonction de la vitesse. R5, R6 et C3 forment un simple mélangeur et un filtre. La sortie du générateur de bruit pseudo-aléatoire est mélangée avec un peu de la sortie directe du VCO, puis la composante haute fréquence du signal est dérivée vers le rail commun via C3, tandis que le reste du signal est amplifié et envoyé au haut-parleur. La sortie directe du VCO est utilisée pour simuler le bruit d'un compresseur de suralimentation. Si vous n'avez pas besoin de cet effet, laissez de côté la résistance R7 de 22k.
Ce montage est pourvu d'une entrée auxiliaire vous permettant d'y ajouter un autre étage sonore pour y superposer un effet supplémentaire (générateur de souffle, signal carré, ...)
La sortie peut aussi être équipée d'un filtre actif (voir schémas ci-dessus) et doit ensuite être amplifiée.
Extrait sonore ==> 
Un autre schéma où le Timer NE555 est utilisé en VCO
Fonctionnement du système
L'amplificateur opérationnel utilisé est de type entrée FET ( TL071) pour une tension de décalage minimale sans avoir à utiliser un circuit de tension de décalage zéro.
La tension de décalage du 741 s'est avérée beaucoup trop élevée à 2,3 V, alors que le décalage moyen de 1,15 V du TL071 était idéal pour maintenir une vitesse de ralenti acceptable à l'entrée de référence de zéro volt moteur.
Cette tension est transmise par le pont R1/R2 à la broche 2 de l'amplificateur opérationnel TL071 qui est utilisé comme onduleur, et la tension inversée de la broche 6 est connectée à la broche 5 du timer LM555, NE555, ...
Le condensateur C3 de 47uF aux bornes de l'amplificateur opérationnel est utilisé pour augmenter et diminuer le temps de montée et de descente de la tension appliquée au 555, il peut être supprimé ou sa valeur peut être modifiée à volonté.
R1 et R2 forment un diviseur de tension pour fixer la tension maximale nécessaire pour obtenir la plage de référence de tension inversée du timer tandis que R5 fixe le gain dans cette plage de référence .
Pour obtenir une sortie inversée, l'amplificateur opérationnel doit être alimenté par une alimentation symétrique +/-.
Le pont diviseur R3 et R4 sont utilisés pour diviser l'alimentation et fixer un point de référence commun zéro à la broche 3 . Cela permet à l'amplificateur opérationnel d'inverser complètement sa sortie en dessous de zéro volt pour refléter sa plage d'entrée positive.
Lorsque la tension de référence à l'entrée de l'amplificateur opérationnel est au maximum, la tension de référence à la broche 5 du timer est au minimum et, comme mentionné ci-dessus, la tension de décalage de l'amplificateur opérationnel de 1,5 volt est réfléchie à la broche 5 de l'entrée, cette tension est utilisée pour produire le régime de ralenti (minimum), tel que défini par C4 .
Pour simuler le son du diesel, les impulsions de sortie du circuit intégré 555 à la broche 3 sont utilisées pour déclencher la broche d'entrée 14 du compteur numérique 4017.
Ce circuit intégré est configuré après de nombreux essais et erreurs pour fournir le meilleur son ( avis perso ) qui est filtré par le circuit de tonalité composé de C5, AJ1, R8, AJ2 et C7 qui sont tous en interaction et le résultat est envoyé à l'amplificateur LM386 . Le C8 est un 500uF/16v que je recommande pour soutenir les larges grondements de basses fréquences.
L'amplificateur est programmé pour un gain de 200 avec C10 ( 10uF ) en série avec R10 (500 ohms ), ce qui modifie la constante de temps et le gain de la rétroaction de C9, ce qui contribue à filtrer davantage certaines impulsions. Pour un meilleur résultat, il faut utiliser un haut-parleur de 5" au moins, d'une puissance de 5 watts ou plus, dans une enceinte raisonnante, positionnée sur une grande surface en bois (pont du bateau), pour produire le grondement familier du diesel.
Réglage du Diesel
La sortie du 4017 est une forme complexe d'impulsions dont certaines ne peuvent être entendues avant que AJ1, AJ2 ne soient réglées. Le choix de la valeur C7 modifie encore le résultat .
Le circuit imprimé peut prévoir l'utilisation d'un trimmer pour AJ1 et AJ2, mais en faisant sortir des fils, des potentiomètres et un interrupteur à positions multiples peuvent être utilisés.
Veuillez noter que AJ2 ne se contente pas de régler le gain de l'amplificateur, mais modifie également les sons, ce qui permet d'obtenir de nombreux réglages différents.
Pour les tests, un potentiomètre de 10K placé entre +12V et Gnd peut être utilisé pour simuler la référence de tension du moteur.
Notes
1 - C5,C6 sont des condensateurs non polarisés (NP) et ma valeur préférée pour C7 est .47uF .
2 - le Timer 555 est un type CMOS utilisé pour un courant minimum et une efficacité
3 - Le LM386 a une puissance nominale de 250mw, s'il est utilisé à son gain maximum, il chauffera et devra être refroidi avec un petit radiateur et de la pâte thermique.
4 - Les modifications suivantes peuvent être effectuées en fonction des besoins .
(a) Réduire R9 à 270 ohms ou à toute valeur comprise entre ces deux valeurs, mais en faisant attention à la limite de courant de l'amplificateur et à la surchauffe du circuit intégré .
(b) changer C4 de 0,22uF à toute valeur allant jusqu'à 0,33uF
(c) C7 , toute valeur jusqu'à 1uF , surveillez le courant !
(d) Ne pas dépasser 250 ma de courant d'amplification . Utiliser un dissipateur thermique .
Voici le schéma de ce qui fut un Kit Hollandais, il y a de nombreuses années.
Il consite en un classique timer NE555 monté en mode astable générant des ondes carrées particulièrement riches en harmoniques..
Il a été réalisé par Christian ALLAIN et placé dans son superbe remorqueur Côte d'Emeraude.
Une video de son bateau en navigation laisse entendre cette corne de brume.
Pour un bon rendu sonore, il est recommandé de placer le haut-parleur circulaire à la base d'un tube cylindrique.
Ce dispositif permettra de créer une colonne de raisonnance qui aura la particularité d'amplifier les Basses pour obtenir un son réaliste et puissant.
Le Haut-Parleur est un modèle 4 ohms/25Watts. Le transistor 2N3055 est capable de dissiper un courant de 15A.
http://www.sitakiki.fr/modnaval/emeraude.php
Circuit imprimé:
Le circuit précédent peut se présenter sous une forme réduite et donc simplifiée.
On y reconnait le pur circuit classique du NE555 en mode astable.
Le signal est ici tout simplement amplifié par un transistor Darlington
La fréquence du signal carré d'un NE555 monté en astable peut se calculer rapidement en ligne: https://ohmslawcalculator.com/555-astable-calculator
Dans le cas présent, suivant la position de P1, la fréquence variera ainsi de 168Hz à 400Hz.
Ce schéma reprend quelques éléments décrits dans les principes de fonctionnement énoncés au début de cette page: générateurs + filtre passe bande.
Un oscillateur est constitué autour de l'ampli-OP UA1 et sa fréquence est réglable par l' AJ1.
Notez que le signal délivré est rectangulaire par l'usage des couples différents D1/R1 et D2/R2 introduits dans la boucle de contre-réaction.
Un deuxième générateur de "bruit blanc" est obtenu en tirant profit du "souffle" caractéristique et indésirable des semi-conducteurs.
La patte du Collecteur de T1 ne doit pas être soudée. Elle peut même être coupée à raz du boitier.
L'amplitude de ce souffle étant cependant très faible, elle est amplifiée par l'ampli-OP U1B.
Le mélange de ces deux signaux se fait alors au travers de R6 et AJ2. l'AJ.2 permettant de doser la quantité de souffle.
Enfin, cette composante est introduite dans un filtre passe bande construit grâce à U1C.
La fréquence de raisonnance du filtre est réglable par l'AJ.3.
Comme nous n'alimentons pas ces ampli-OP par une alimentation symétique, il faut introduire une tension de référence (OffSet) égale à Vcc/2 dans les entrées de référence.
C'est l'ensemble construit autour de U1D qui réalise cette fonction.
Le signal en sortie devra alors être appliqué à un amplificateur qui attaquera le haut-parleur.
Différentes valeurs de composants peuvent être essayées:
C1= 0,15µ, R7= 47K, C4= 0,002µ
C1= 0,33µ
C1=0,15µ, C3=0,02µ
C1=0,1µ, C3= 0,02µ
C1=0,05µ, C2=1µ, C3=0.1µ, C4=0.001µ
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