Filtre passe bas d’ordre 8 audio avec MAX7400

Pour un caisson de basse, il est utile de ne conserver que les basses fréquences jusqu’à une valeur donnée que l’utilisateur choisit à sa guise (fréquence de coupure). Les filtres d’ordre élevé sont souvent fastidieux à réaliser. Ici, le filtre passe bas elliptique MAX7400 résout parfaitement ce problème et le réglage de fréquence se fait un par un simple potentiomètre (pas besoin de potentiomètre double, etc).

Voici donc le schéma du filtre passe bas d’ordre 8 avec un MAX7400.

Filtre passe bas d’ordre 8 avec MAX7400

Voici la réponse en fréquence du MAX7400. Il s’agit d’un filtre elliptique basé sur des capacités commutées. En bleu clair, l’atténuation de 12 dB / octave d’un filtre classique d’ordre 2. Le filtre passe bas d’ordre 8 du MAX7400 présente une atténuation beaucoup plus raide.

Réponses en fréquence du filtre d’ordre 8 et d’un classique ordre 2 type Butterworth

L’ordre 8 donne des résultats acoustiques très impressionnants, le son issu du caisson de grave peut même sembler indépendant de la musique tant l’atténuation du filtre est prononcée au delà de la fréquence de coupure ! C’est une réelle expérience sonore pour des fréquences de coupure autour de 40 – 70 Hz, l’effet est saisissant. Le haut parleur utilisé doit être au moins un 25 cm pour restituer suffisamment bien l’extrême grave.

Le MAX7400 est un filtre elliptique d’ordre 8. Il garantit une atténuation de 80 dB minimum hors de la bande passante. Son paramètre r vaut 1,5 (rapport de la fréquence du début de la bande atténuée fs avec la fréquence de coupure fc).

Schéma du filtre passe bas avec MAX7400

Le schéma du filtre passe bas avec MAX7400 est divisé en plusieurs parties.

Schéma du filtre passe bas d’ordre 8 avec MAX7400

Fréquence de coupure du MAX7400 et génération d’un signal carré 0-5V

L’oscillateur doit donner un signal créneau de fréquence réglable (par l’utilisateur). Le rapport entre fréquence d’entrée du MAX7400 et fréquence de coupure vaut 100:1. Par exemple, pour un réglage de fréquence de 30 à 200 Hz, l’oscillateur devra donner une fréquence réglable entre 3 kHz et 20 kHz. Le TL071 ou TL072 est alimenté par 12 V, sa sortie prend les valeurs 1,5 V et 10,5 V (= 1,5 V de moins que l’alimentation) environ. Le diviseur de tension R5/R6 ramène ces niveaux aux plages d’entrées du signal CLK du MAX7400 : 0V à 0,5 V pour le niveau bas et 4,5 V à 5 V pour le niveau haut. R5 devra être calculée en fonction de l’alimentation de l’oscillateur.

Note : le MAX7400 fonctionne avec ce circuit, même si le niveau bas de la tension aux bornes de R6 se situe plutôt autour de 0,7V.

Filtre d’entrée du MAX 7400

Une masse en alternatif est créée par C2, R8 et R9 et porte l’entrée IN à 2,5 V au repos. Le signal audio d’entrée est ainsi décalé, via la capacité de liaison C4, de 2.5V vers le haut. Cela permet de respecter au mieux la plage d’entrée du MAX7400.

Rôle de R7

Imaginons qu’aucun appareil ne soit connecté à l’entrée du filtre passe bas et que le filtre soit allumé. Si R7 n’est pas là, C4 se trouve « en l’air », la tension à ses bornes reste nulle. Si un appareil est branché ensuite, C4 va se charger à travers la résistance interne de l’appareil prise en série avec R10. Cela n’est pas gênant pour l’appareil mais va créer un transitoire à l’entrée du MAX7400. Cela se traduira pas un « ploc » dangereux dans le caisson de grave en sortie d’ampli !

R7 est donc facultative si l’entrée n’est jamais laissée en l’air.

On peut choisir une valeur de R7 librement (100 kOhms à 1 Megohm).

Filtre de sortie du MAX7400

La sortie varie autour de 2,5 V. C5 bloque la composante continue de 2,5V. R12, R11 et C6 filtrent le résiduel (déjà faible !) de la fréquence d’horloge. Sa fréquence de coupure doit être un peu supérieure à la plus haute fréquence de coupure choisie du MAX7400. Ce filtre n’intervient donc pas sur le signal audio.

Autres composants du filtre actif à MAX7400

Les pattes COM et OS du MAX7400 sont connectées entre elles et un condensateur de 100 nF les relie à la masse (d’après constructeur).

L’alimentation 5 V du MAX7400 peut être réalisée par un classique 7805 monté sans radiateur. On placera 100 nF entre +5 V et la masse au plus près du MAX7400 (condensateur de découplage recommandé par le constructeur).

Fonctions des pattes et numérotation sur boitier DIP8

L’alimentation 12 V de l’oscillateur a moins besoin de précision. En fonction de la valeur de l’alimentation, le pont diviseur doit être recalculé pour que l’entrée CLK reçoive entre 4,5 et 5 V au niveau haut. On peut utiliser un régulateur 7812 ou même simplement la tension de sortie d’un ensemble pont de diode+condensateur 1000 uF / 25 V. Le transfo d’alim doit alors donner entre 8 et 12 V.

Réalisation d’un filtre passe bas d’ordre 8 avec MAX7400

Voici les extraits d’une réalisation d’un filtre passe bas basé sur un MAX7400 et son filtrage passe bas d’ordre 8. La fréquence de coupure est réglable par le biais de la fréquence du signal carré (potentiomètre P1).

Exemple d’un transfo 2x8V (2×1.65VA) : un seul enroulement est utilisé

Caractéristiques du MAX7400

Consommation : 2 mA typiques, 3,5 mA max.

Fréquence de coupure : 1 Hz à 10 kHz (signal d’horloge : 100 Hz à 1 MHz)

Alimentation : 4,5 V à 5,5 V

Principe interne du MAX7400 : capacités commutées

Le signal de sortie ne contenant qu’une partie du signal d’entrée, son amplitude sera plus faible.

MAX7400CPA en boitier DIP8

Le MAX7400 utilisé ici est un MAX7400CPA.

Exemple de maquette avec un MAX7400CPA sur son support DIP8

La réalisation mesure aussi la fréquence de coupure par le biais d’un convertisseur fréquence tension puis d’un module millivoltmètre basé sur un CA3161 associé à son CA3162 et 3 afficheurs 7 segments.