Une loupe, une ampoule, un petit moteur et queqlues miroirs suffisent pour créer soi même un jeu de lumière pour soirées dansantes ! Le but est d'obtenir des faisceaux colorés en mouvement pour accompagner la sono du DJ.Cet article et les suivants présentent quelques principes de jeux de lumières classiques en sono. Jeu de lumière type "Moonflower"Le "Moonflower" est un jeu de lumière classique et ancien.     Optique et distance focale   La source lumineuse est bien sûr une ampoule dont on va projeter l'image du filament loin devant le jeu de lumières (dans la salle...). La source doit donc se trouver dans le plan focal de la lentille convergente. L'image du filament se situant "à l'infini", il sort de la lentille un faisceau de lumière assez serré (faisceau presque parallèle). Le faisceau est d'autant plus étroit que le filament est de petite taille et que la distance focale est grande.     Faisceau issu d'un objet placé dans le plan focal de la lentille : la dimension verticale est très exagéréeOn constate que le faisceau a le même diamètre que la lentille juste à la sortie. Ensuite, il s'élargit avec un angle qui vaut environ la taille de l'objet divisée par la distance focale (la tangente est assimilée à l'angle pour des angles faibles).Les effets Moonflower ont souvent une lampe halogène 12V/50W (vendue en grande surface à moins de 2 euros pièce) ou 12V/100W. L'avantage de ces lampes est un rendement lumineux excellent, un prix réduit et un filament de petite taille (2x4mm environ).   Rôle des miroirsPlusieurs miroirs sont collés sur une coupelle concave. Les faisceaux de lumière réfléchie se concentrent vers la lentille de sortie.Pour projeter plusieurs images de filament au lieu d'une seule, on crée plusieurs images du filament avec des miroirs. On place l'ampoule et les miroirs de telle sorte que les images du filament issues des miroirs se trouvent dans le plan focal de la lentille. Il y a environ autant d'images du filament que de miroirs. Quelques images sont cependant arrêtées par l'ampoule elle-même et son cache. L'ampoule ne doit pas être directement visible depuis la lentille, car elle n'est pas du tout dans le plan focal et créerait alors une grosse tâche lumineuse peu esthétique.   Animation de l'effet   La coupelle de miroirs est fixée à un moteur électrique qui la fait tourner sur elle-même dans un sens (ou les deux) par saccades, en continu ou au rythme de la musique. Il n'y a donc qu'un seul degré de liberté dans son mouvement.   *****   L'article suivant présente deux jeux de lumières Moonflower démontés.

L'optique d'un Moonflower est constitué d'une coupelle de miroirs, d'une ampoule et d'une lentille.     Il s'agit ici des éléments d'un modèle 12V/50W. La coupelle est en acier et fixée à un moteur pas à pas.   Un autre exemple ci dessous, version 24V/150W. Une ampoule halogène de 24V/150W produit environ 5000 lumen alors qu'une halogène crayon type R7s n'en fournit que 2000 à 3000. La source lumineuse 24V est bien plus petite et donc plus intéressante à exploiter (focalisation de la lumière).     On peut encore voir l'intérieur d'un modèle 24V/250W. Des miroirs ont été rajoutés sur la coupelle en alu. Ils sont fixés avec des fils de cuivre rigides. La superglu de supermarché est à éviter car elle ne résiste pas à la chaleur.      

Dans un scan, la source de lumière est une ampoule de petite taille, souvent halogène ou à décharge. Un réflecteur renvoie la lumière vers l'avant. Pour éviter de projeter l'image du réflecteur de la lampe, on intercale dans le faisceau une plaque de métal percée comme un pochoir et qui représente une forme esthétique. Cette plaque s'appelle le gobo. Une lentille convergente (loupe) est placée de telle sorte que le gobo soit dans le plan focal. L'image du gobo se projette ainsi à plusieurs mètres (dans la salle). L'image peut ensuite être déviée par un ou plusieurs miroirs mobiles.Construction type "scan" ou "scanner" : ampoule, réflecteur, gobo, lentille et miroir Choix du goboLe gobo est un pièce métallique de quelques centimètres de côté qui peut être remplacée et choisie par l'utilisateur parmi un choix de gobos existants. Dans les scanners, on peut aussi trouver un "disque de gobos" qui présente un gobo donné dans le faisceau lumineux. Cela permet par exemple une succession de 8 gobos différents par rotation du disque.     Ci dessus : disque de 8 gobosRôle du miroir mobilePour animer le faisceau issu de la lentille, on utilise un miroir mobile couplé à un moteur électrique. Avec un seul miroir, on n'obtient qu'une seule image qui se déplacera dans la salle. Si le faisceau issu de la lentille rencontre plusieurs miroirs (plus petits), il en ressortira autant de faisceaux, mais naturellement moins lumineux. C'est souvent cette dernière solution qui est adoptée, comme on le voit ci dessous (répétitions de plusieurs formes identiques sur le sol).  

Deux ampoules et des lentilles convergentes constituent la base de ces jeux de lumière. Le Derby et le Mushroom ont un principe très simple et sont des jeux de lumière classiques de soirée (ambiance disco). Les 2 ampoules sont montées à chaque extrémité d'un bras symétrique qui tourne sur lui même grâce à un moteur. Le mouvement des ampoules doit s'effectuer dans les plans focaux des lentilles et crée le mouvement des faisceaux lumineux. Etant donné la géométrie du jeu de lumière et qu'il est impossible d'être proche de l'axe optique (conditions de Gauss), l'optique de ces jeux de lumière est plutôt grossière. On se contente de faisceaux colorés (ce sont les lentilles qui sont colorées) à défaut de reproduire une image précise du filament.Les ampoules sont souvent des modèles 120V/300W et sont montées en série. Les utilisateurs auront remarqué que ces ampoules coûtent cher (15 à 20 euros pièce) et ne durent qu'une centaine d'heures maximum. En revanche, leur rendement lumineux est excellent (6500 à 8000lm pour 300W) en comparaison de lampes halogènes grand public (4000 à 5000lm pour 300W).Les Derby et les Mushroom ont plusieurs lentilles pour augmenter le nombre de faisceaux et la quantité de lumière qui en sort.Construction type "Derby" et "Mushroom" : ampoules et lentillesOn voit ci dessous le rendu lumineux d'un Derby et d'un Mushroom. On trouve ces jeux de lumière autour de 100 euros neufs.  

Un ensemble de LED et une lentille convergente suffisent pour créer un jeu de lumière à LED de type Moonflower. Contrairement au Moonflower à lampe halogène, aucun mouvement mécanique n'a lieu : pas de moteur électrique ! Il s'agit simplement d'un ensemble de LED qui constitue une sorte de petit écran où apparaissent des figures géométriques programmées électroniquement. C'est l'allumage et l'extinction de groupes de LED organisés qui créent l'impression de mouvement. Le choix des couleurs des LED permet des teintes vives, surtout dans le bleu (difficile à réaliser avec un filtre de couleur placé sur ampoule halogène). La matrice de LED se trouve dans le plan focal de la lentille qui en projette ainsi l'image dans la salle. C'est de loin la construction mécanique la plus simple. Par ailleurs, la consommation électrique est très réduite (5 à 20W environ contre 600W pour un derby ou un mushroom classique)   Un programme électronique fait défiler les figures préenregistrées au rythme de la musique (mode "Sound", "Music" ou 'Auto") ou par commande DMX. Ce sont des effets de lumière récents qui n'existent que depuis que les LED très lumineuses existent.     Construction Moonflower à LED : matrice de LED et lentilleRendu des couleursLe Moonflower à LED donne des ambiances plutôt bleutées froides parce que les LED bleues sont très lumineuses par rapport aux LED rouges. C'est le contraire des Moonflower halogène qui restituent des teintes chaudes liées au filament. Les deux types de Moonflower se complètent en termes de rendu.Choix des LEDIl s'agit de LED transparentes et incolores ("waterclear") de 5mm de diamètre à très haute luminosité. Le bricoleur trouvera les luminosités typiques pour des LED 5mm 20mA :rouge (red) : 6000 à 15000 mcdjaune (amber) : 5000 à 20000 mcdvert (green) : 8000 à 30000 mcdbleu (blue) : 5000 à 15000 mcdblanc froid (white) : 10000 à 30000mcdIl existe aussi depuis peu des LED 5mm de diamètre qui supportent 100mA et qui peuvent dissiper 0.5W ! Leur luminosité typique vaut 25 000 à 100 000 mcd et l'angle d'ouverture 60°.Il existe aussi depuis peu des LED 10mm de diamètre qui supportent 100mA (0.5W nominal) et 300mA (1W nominal) san radiateur supplémentaire ! La luminosité typique vaut 150 000 à 300 000 mcd pour les 0.5W et 250 000 à 400 000 mcd pour les 1W.     LED 10mm de diamètre : 100mA, 0.5W nominal

Un Moonflower à LED démonté permet de voir la matrice de LED (diamètre 5mm), la lentille, mais aussi les cartes électroniques et le transfo d'alimentation. L'appareil fonctionne sans aucun bruit (ni moteur ni ventilateur) et réagit au rythme de la musique ou par commande DMX. Grâce à la lentille, l'image de la matrice de LED se forme sur un mur situé à quelques mètres du Moonflower. Ci dessous, 4 photos de l'image sur le mur. Sur les 64 LED de couleur, seule une partie est allumée. Il n'y a que des LED rouges, vertes et bleues (pas de blanches ni jaunes).  

Cet ampli hybride peut s'adapter à toute application Hifi compacte. Les caractéristiques de cet ampli sont les suivantes :Alimentation simple (pas symétrique)Vcc max du STK439 : 56VPuissance de sortie : 2 x 15 W efficacesTempérature du boitier : 85°C maxCourant de repos du STK439 : 60mA typiques, 120mA max.Ci dessous, le circuit intégré (en boitier à fixer sur radiateur) Le schéma interne est présenté ci dessous :   L'étage différentiel d'entrée repose astucieusement sur un seul transistor. L'entrée "-" est reliée à l'émetteur. La borne "SUB" représente le substrat, relié au potentiel le plus bas.Ci dessous, un schéma d'application typique du STK439 pour ampli hifiAmpli hifi avec STK439 2x15WRMS (schéma typique)Tous les condensateurs doivent supporter 50V (sauf celui de 100uF près de Vcc qui doit Vcc). Attention à la polarité !Le gain égal à 101 (40dB) est défini par 1 + 12k/120 = 101 dans la contre réaction. Le STK439 fonctionne en non inverseur habituel.La tension d'alimentation est simple et vaut 40 à 50V typiques (56V max).L'ensemble 1k/0.47nF à l'entrée élimine les parasites radio fréquence.L'impédance minimale des hauts parleurs est de 8 Ohms. Des hauts parleurs de 4 Ohms appeleraient un courant trop grand qui surchargerait l'ampli.Les condensateurs de 1000uF bloquent la composante continue de la tension de sortie. A travers eux passe le courant qui va dans le haut parleur. Leur capacité doit être suffisante pour ne pas atténuer les basses fréquences audio. Tous les amplis à tension d'alimentation simple ont besoin de ce condensateurs de liaison en série avec le haut parleur parce que leur tension de sortie de repos vaut la moitié de l'alimentation (+Vcc/2).Le STK439 est utilisé dans quelques amplis hifi. Une plaque en alu permet souvent une meilleure dissipation de la chaleur par rapport à la tôle seule. Le STK439 est fixé directement sans isolation électrique (mica ou silicone) puisque le boitier est au potentiel le plus bas (masse du chassis).En regardant les valeurs des composants, on voit que les concepteurs de cet ampli ont repris le schéma d'application typique proposé par le fabricant et ont ajouté "autour" leurs propres circuits.Alimentation du STK439L'alimentation peut se faire par un transfo de 50 à 100VA qui donne 30 à 35V (AC) au secondaire. Un simple pont redresseur et un condensateur de 2200uF/63V conviennent parfaitement pour créer la tension continue d'alimentation. On peut choisir 4700uF/63V pour une meilleure régulation. Niveau d'entrée du montage à STK439 (sensibilité)Il faut un niveau ligne pour les 2 entrées audio du STK439. La tension de sortie max vaut 11V efficaces (15W RMS à 8 Ohms). La tension d'entrée maxi vaut donc 11V/101 = 110mV. Un lecteur CD ou un ordinateur portable atteint au moins ce niveau. Le réglage de volume peut se faire par un potentiomètre stéréo qu'on place entre la source audio et l'entrée de l'ampli à STK439.

Ici, on voit un circuit intégré de puissance ouvert. Il s'agit d'un ampli 2x15W RMS intégré (STK439).   Vue du STK439 dans sa globalité !   Vue du STK439 dans sa globalité (aussi) !   Pour voir l'intérieur du circuit intégré, on peut le casser à la pince en le tordant.   Vue interne du circuit intégré   Détail sur un des 4 transistors de puissance (étage de sortie)   On reconnait la structure interdigitée d'un transistor de puissance. Des connexions sont assurées par un fil qui fait un "pont" au dessus d'une piste. Ce fil est fixé par "bonding".   Vue d'un connexion par "bonding"   La photo montre une surface de 0.5 x 0.3mm environ.

Cet ampli utilise au total 2 composants et fonctionne parfaitement ! Il peut donner 1W efficace dans un haut parleur de 8 Ohms. Il s'agit d'un "montage" (presque trop simple pour appeler cela un montage) à base de LM386. Le LM386 est un petit ampli intégré qui marche avec une tension d'alimentation simple de 6 à 12V (pile de 9V, adaptateur, etc).   Schéma de l'ampli   Schéma de l'ampli 1W à LM386 (le composant est vu de dessus)   Montage de l'ampli : LM386 et condensateur   LM386     Vue d'un ampli LM386 (boitier DIP8)   Pattes 1, 7, 8 : non connectées (en l'air)Pattes 2 et 4 : à la massePatte 6 : alimentation +6V à +12V.Patte 5 : reliée au condensateur de liaison 220uF/10V   Condensateur   Le condensateur de liaison est en série avec le haut parleur, il bloque la composante continue présente à la sortie du LM386. Il doit être de 220uF minimum pour garantir une restitution des basses suffisante. Il doit supporter au moins 10V. Pour des "mini enceintes", il est intéressant de réduire cette valeur pour n'envoyer aux haut parleurs que des médiums aigus. Ces haut parleurs ne peuvent en effet pas reproduire le grave (   Ce condensateur forme un filtre passe haut avec le haut parleur (circuit RC). La fréquence de coupure (en Hz) vaut : 1 / (2.Pi.R.C)   Avec R = 8 Ohms (haut parleur) et C = 220uF (0.00022F), on obtient 91Hz.   Attention : Le "+" du condensateur doit être à la patte 5, le "-" étant connecté au haut parleur.   Masse de l'ampli   Les pattes 2 et 4 du LM386 sont à la masse, c'est à dire à la fois le "-" de l'alimentation et la masse audio (le blindage dans le câble RCA ou jack).   Caractéristiques de l'ampli   - Alim : +6 à +12V simple (+15V maximum absolu)- Gain en tension : 20- Puissance de l'ampli à 8 Ohms : 1W (alim 12V), 0.3W (alim 6V).- Conso au repos (pas de musique) : 4mA typiques, 8mA max.   Augmentation du gain de l'ampli Si le gain de 20 n'est pas suffisant (pour un ampli de micro par exemple), on peut relier les pattes 1 et 8 du LM386 ensemble. Le gain de l'ampli vaudra alors 200.   Applications   - Ampli de mini enceintes (pour MP3, portable, etc)- Ampli pour casque- Ampli pour haut parleur de téléphone- Commande de petits moteurs     Si vous branchez ce petit ampli à une enceinte de sono puissante, vous serez surpris d'atteindre 90 ou 95dB dans la pièce ! En effet, c'est le niveau sonore qu'on obtient avec 1W dans une enceinte sono classique...  

Le TDA2030 est un ampli audio Hifi très simple d'emploi. C'est un circuit intégré en boitier Pentawatt qui se comporte comme un ampli op traditionnel (alimentation + et -, entrée non inverseuse et inverseuse, sortie).     Le schéma de l'ampli à base de TDA2030 est semblable à un ampli non inverseur classique, mis à part qu'on branche directement un haut parleur (4 ou 8 Ohms) dessus ! La puissance typique est de 14W efficaces, mais dépend de l'impédance du haut parleur et de la tension d'alimentation.     Schéma de l'ampli à TDA2030   Choix des composants   - Filtre d'entrée   R1/C1 forme un filtre passe haut qui élimine les fréquences trop basses inaudibles. Sa fréquence de coupure vaut : f = 1 / (2.Pi.R1.C1) = 15Hz   L'impédance d'entrée vaut R1. On peut l'adapter au besoin et recalculer C1.   - Contre réaction et gain   R3 et R2 définissent le gain du montage par la relation de l'ampli op non inverseur :   Gain = 1 + R3/R2 = 32   C'est à dire que la tension de sortie vaut 32 fois la tension d'entrée. Il s'agit du gain en boucle fermée et non en boucle ouverte. Ce gain doit être supérieur à 16 (24dB) d'après le constructeur. Sinon l'ampli peut osciller à haute fréquence (être instable) et poser problème. En revanche, le réseau de Boucherot RC série monté en parallèle avec le haut parleur ne s'avère pas indispensable, il ne figure ainsi pas sur le schéma (essais réalisés en pratique !). Si un gain inférieur à 16 est nécessaire, il faut atténuer le signal par un pont diviseur avant de l'amplifier à nouveau. Cela peut paraître idiot, mais c'est nécessaire pour garantir le bon fonctionnemnt de l'ampli TDA2030. Par simplicité, il n'y a pas de condensateur en série avec R2. L'offset d'entrée (+/-2mV typiques) est ainsi amplifié par le gain au lieu d'être tel quel mais cela n'est pas critique pour des applications standard. On peut mesurer +/-50mV environ.   - Diodes   Les 2 diodes garantissent que la tension de sortie ne dépasse pas les valeurs de l'alimentation. Cela peut arriver si le haut parleur est inductif et que l'ampli est saturé. Le signal de sortie se rapproche d'un créneau et la continuité de courant dans la charge inductive créerait des surtensions dangereuses pour le TDA2030. Tous les haut parleurs sont inductifs !   Bien sûr, si la charge était purement résistive (pas un haut parleur !), ces diodes seraient inutiles...   Ces diodes sont nommées "catch diode" en Anglais.   Elles ne jouent sur aucun autre paramètre (puissance, gain, etc).   Alimentation   L'alimentation doit être symétrique de +/-6V à +/-18V. Le courant disponible doit être de 0.5A minimum sur chaque moitié d'alimentation.   Caractéristiques de l'ampli TDA2030     Puissance de sortie en fonction de l'alimentation (0.5% de taux de distorsion)   Montage de l'ampli   Un petit radiateur est indispensable à l'ampli TDA2030 (avec pâte thermoconductrice) ! Il doit mesurer quelques centimètres de côté   Montages à base de TDA2030 fixés sur radiateurs (celui de droite contient 2 transistors de puissance en plus)   Le boitier du TDA2030 est relié à la patte 3, donc au - de l'alimentation. Si on ne met pas d'isolant (mica + rondelle entre la vis et le TDA2030), le radiateur se trouve au - de l'alimentation.   Les condensateurs de 100nF (découplage) doivent être aussi près que possible des pattes 3 et 5 (alims). Sinon, l'ampli peut osciller, ce qui se manifeste par des craquements et des souffles dans le son.   Qualité du son   C'est un ampli classe AB qui possède une polarisation au repos (40mA de courant de repos). La qualité du son est ainsi excellente !