Réalisation filtre actif audio 3 voies

Voici la réalisation pratique d'un filtre actif audio à 3 voies avec réglages des fréquences de coupure. Le boitier est un rack 1U standard dans le domaine de la sonorisation et la sérigraphie est faite sur mesure pour ce filtre actif, avec indication des fréquences de coupure. L'alimentation est basée sur un petit transformateur classique qui donne 9 V AC. Cette tension est redressée et doublée, puis lissée par les condensateurs.

Voici donc la réalisation du filtre actif audio.

Réalisation du filtre actif 3 voies : boitier rack

Le boitier rack 1U est récupéré d'un serveur informatique et sa face avant est découpée pour accueillir la face avant du filtre actif (plaque plastique grise). La connectique sera faite exclusivement de gros jacks monos à l'arrière. Voici un petit aperçu de la réalisation terminée :

Filtre actif audio 3 voies réalisé en boitier rack 1U 19 pouces

Abordons maintenant l'essentiel du filtre actif : le circuit imprimé

Filtre actif sono 3 voies : le circuit imprimé

Le circuit imprimé est réalisé en simple face époxy standard. Les composants sont montés en surface (CMS) sauf les 4 condensateurs chimiques 1000uF 16V de l'alimentation et les amplis op TL072 qui sont en boitier DIP8. Voici le circuit imprimé équipé de ses composants et cavaliers :

Circuit imprimé du filtre actif sono à 3 voies et son alimentation symétrique +/-12V

L'alimentation suit ce schéma équivalent. Ici, les diodes d'un pont de diodes DF10S sont mises en parallèle, mais des diodes 1N4007 ou SM4004 (CMS) conviennent tout à fait.

Schéma de l'alimentation du filtre actif : un doubleur de tension

La tension alternative simple est redressée et doublée pour créer l'alimentation symétrique nécessaire aux ampli op (doubleur de tension). Le second étage de condensateur permet un meilleur lissage de la tension. Les régulateurs de tension type 7812 et 7912 ne sont pas nécessaires ici. En revanche, les pistes de masse concernant l'alimentation (redressement, diodes) doivent être séparées du reste du plan de masse (masse audio). Si on ne fait pas cela, une ronflette liée au passage des courants dans les diodes et condensateurs sera audible et impossible à supprimer sans gratter le plan de masse ou relier les pistes de masse de l'alimentation par des fils volants.

Schéma de l'alimentation : création d'une alimentation symétrique +/-12 V à partir d'une tension simple 9 V AC.

Les tables de mixage DJ avec adaptateur 9 V AC ou 12 V AC sont alimentées selon ce principe (doubleur de tension).

Le détail des composants soudés à la main, sur la face cuivre (bottom) :

Circuit imprimé du filtre actif

Zoom sur le circuit imprimé du filtre actif sono à 3 voies

Le typon a été réalisé avec soin sur Paint et permet une résolution minimale de la gravure : les espaces entre pistes et les pistes sont les plus larges possibles tous les deux. Voici le typon du filtre actif :

Typon du filtre actif sono 3 voies réalisé ici

Astuce : on a tout intérêt à imprimer l'image inversée (fonction "mirror" ou "flip") et placer le typon à l'envers sur le circuit imprimé à graver pour que l'encre sur le typon soit du côté du cuivre du circuit imprimé, ce qui augmente la précision de gravure (pas de zones de pénombres). Voici donc l'image inversée, prête à imprimer :

Image à imprimer sur papier calque pour le typon du filtre actif

Il faut donc placer le typon de telle sorte qu'on puisse lire "Filtre actif" à l'endroit quand on regarde le cuivre.

Astuce : il est avantageux d'imprimer deux fois le typon et superposer les calques pour que le noir soit "bien noir" (deux épaisseurs d'encre au lieu d'une). N'importe quel papier calque de papeterie fait l'affaire.

Face avant du filtre actif

Le marquage des fréquences de coupure est une nécessité si on souhaite savoir ce qu'on fait en tournant les boutons du filtre ! Pour déterminer les fréquences, on mesure à différentes positions angulaires la valeur du potentiomètre, et on calcule (ou on simule avec un logiciel de simulation tel que LTSpice IV) la fréquence de coupure correspondante. On peut mesurer le potentiomètre aux positions suivantes :

7h (butée à gauche) - 9h - 10h30 - 12h - 13h30 - 15h - 17h (butée à droite) :

9.1k - 8.5k - 6.6k - 4.5k - 2.5k - 0.5k - 0

On réalise (ici sur Paint !) une image à fixer sur la face avant du filtre actif :

Face avant du filtre actif sono 3 voies

La plaque en plastique est percée pour les potentiomètres et l'interrupteur, puis le papier est découpé et scotché dessus :

Face avant du filtre actif sono : papier, scotch et ciseaux

Cela ne nécessite que très peu de moyens et ne manquera pas de rappeler à certains les bricolages d'antan réalisés jadis sur les tables d'écoliers.

Sérigraphie de la face avant du filtre actif 3 voies

Face avant des réglages du filtre actif sono

Filtre actif sono 3 voies : les réglages par potentiomètres

Une grande étape dans la réalisation du filtre actif est de connecter tous les potentiomètres de réglage de fréquences de coupure. Cela demande une certaine méthode. Chaque partie du potentiomètre se situe entre la broche du milieu (le curseur) et une extrémité. Selon qu'on souhaite que la fréquence de coupure soit minimale à gauche ou à droite en butée, il faudra connecter une extrémité ou l'autre du potentiomètre. Ici, on a choisi la fréquence de coupure minimale en butée à gauche (comme le volume d'un ampli au minimum). Il faut prévoir les bonnes longueurs de câbles pour une réalisation soignée. Vue la faible longueur des fils, des fils simples suffisent (pas de blindage). Voici les connexions réalisées pour les potentiomètres :

Potentiomètre de réglage de fréquence de coupure

Les cellules des filtres passe bas nécessitent un potentiomètre double. La borne commune est le fil jaune et les deux extrémités sont les fils bleus (peu importe quel fil bleu, on peut intervertir un bleu avec l'autre).

Pour les filtre passe haut stéréo, la masse peut être le blindage d'un câble blindé stéréo (à deux conducteurs) :

Potentiomètre stéréo de réglage de fréquence de coupure (passe haut)

La masse (blindage) relie les deux potentiomètres du potentiomètre double.

La réalisation achevée du câblage ressemble à ceci :

Câblage des potentiomètres du filtre actif au circuit imprimé

Vue de dessous : les soudures sont faites sur les pistes directement

Filtre actif, potentiomètres et face avant

Une première phase de test est maintenant possible et conseillée.

Connexions du filtre actif audio

Différentes connexions sont nécessaires pour terminer la réalisation du filtre actif :

- alimentation par transfo (8 à 12 V alternatifs), 2 VA minimum

- connecteurs d'entrée et sortie (jacks)

- liaison à la terre sans boucle de masse

Connecteurs d'entrée et sortie du filtre actif

La dernière étape de la réalisation consiste à la connexion des jacks d'entrée et de sortie.

Filtre actif audio : connexion des jacks (paires rouge-noir torsadées à la visseuse)

Les sorties étant des signaux à basse impédance de sortie, n'importe quel fil convient. Ici, on choisit de torsader une paire (masse et signal). En revanche, il est conseillé de relier les entrées par un câble blindé pour éviter les ronflettes :

Connexion des jacks du filtre actif

Premier test du filtre actif audio

Une fois que tout le câblage est terminé, il est prudent de faire un premier test du filtre actif. Sans signal (pas de musique), on alimente la carte électronique avec la tension alternative (redressée et filtrée par les condensateurs, mais l'alimentation symétrique peut être réalisée comme vous le souhaitez). Le but est de tester toutes les sorties des ampli op TL072. Avec un voltmètre en position DC (continu), on teste les tensions de sortie : elles doivent toutes être à 0V (maximum +/-50mV). Si une tension de sortie est proche d'une alimentation, cela signifie qu'une contre réaction est ouverte (résistance mal soudée, potentiomètre mal connecté, oubli d'une connexion) ou qu'une entrée est laissée en l'air (résistance mal soudée, oubliée, etc).

Après vérification de toutes les tensions de sortie à 0V, on peut être confiant pour la suite.

Un test complet du filtre actif est recommandé maintenant. Il vaut mieux tester toutes les voies avant assemblage complet ! On fait arriver le signal musical (lecteur CD, téléphone, ordinateur) aux entrées du filtre et on relie l'ampli à chacune des sorties du filtre successivement. Le but est de vérifier que le comportement de chaque sortie correspond aux attentes lorsqu'on tourne les potentiomètres concernés.

Il n'y a pas de réglage de volume sur chaque voie : le filtre laisse passer 100% du signal dans la bande de fréquence souhaitée.

Connexion entre masse audio du filtre actif et terre

On peut connecter à la terre (châssis) la masse audio de la carte électronique via un condensateur de quelques nanofarads. Ici, on choisit un condensateur de 10 nF de type Y (250 V) AC. Cela permet de mettre au même potentiel le châssis et la masse audio du filtre actif sans faire un court-circuit. Un court-circuit entre masse audio et terre pourrait générer une boucle de masse dans un système audio complet. Le condensateur est donc un bon compromis entre ne rien mettre (circuit ouvert) et faire une liaison directe (court-circuit).

Condensateur 10 nF Y entre masse audio et terre

Le coin du circuit imprimé est fixé par une entretoise métallique qui assure le contact électrique avec le châssis lui même relié à la terre (borne de terre).

Filtre actif audio 3 voies réalisé

La réalisation achevée du filtre actif est présentée ci dessous :

Filtre actif audio 3 voies

Filtre actif audio 3 voies dans le boitier rack 1U 19 pouces

Les jacks fixés à l'arrière du filtre actif :

Connexions du filtre actif sono

Et après fermeture du capot, le filtre est ainsi prêt à l'emploi :

Filtre actif sono 3 voies : réalisation terminée

Les nombreux réglages vous permettront toutes sortes de configurations sonores entre différents caissons de basse et satellites d'aigus. Voici un test en grandeur nature :

Mise en pratique du filtre actif en grandeur nature : sonorisation avec caissons de basse et satellites