Générateur d'écho audio avec MN 3207

[Yvan_Delaserge]

Bonjour à tous,

J'ai envie de construire un générateur d'effet écho, aussi appelé une réverbération pour signal BF. On trouve pour réaliser ce type d'effet, des IC spécialisés de type BBD, comme par exemple le MN 3207.

Sur la datasheet de cet IC, on trouve un schéma d'application:



Certaines parties de ce circuit sont facilement compréhensibles d'autres moins. J'aimerais bien être certain de bien comprendre la totalité du circuit avant de me lancer dans une réalisation, raison pour laquelle je vous soumets ce schéma.

Je vais essayer de décrire le circuit, si je me trompe, merci de me corriger.
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[Yvan_Delaserge]

Tout d'abord, le pinout du MN 3207:



Le principe général d'une ligne à retard du type Bucket Brigade Device (BBC) est que l'on échantillonne périodiquement le niveau du signal à l'entrée pendant un temps très bref.
Ces échantillons sont ensuite transférés tout au long d'une chaîne de 1024 "cellules" tout comme les pompiers des temps anciens formaient une file de personnes qui se passaient des seaux d'eau (on appelait ça la Bucket Brigade) pour aller éteindre un incendie.
Le rythme auquel les échantillons sont transmis de l'entrée vers la sortie de l'IC va fixer le retard que la ligne applique au signal. Dans le cas du MN3207, on peut le régler entre 2,5 et 51 ms.

On voit que le MN 3207 a besoin de deux horloges en opposition de phase, CP1 et CP2. Ces deux signaux sont fournis directement par le MN 3102, dont nous parlerons plus tard.

Il faut aussi deux tensions positives, Vdd et Vgg. Vdd doit être comprise entre + 4 et + 10 V, typiquement elle est de 5 V.
Quant à Vgg, elle doit être égale à 14/15 de Vdd. Elle est fournie aussi directement par le MN 3102, avec un condensateur de 3,3 uF vers la masse.

On voit que le MN 3207 et le MN 3102 sont vraiment faits l'un pour l'autre!

[Yvan_Delaserge]

Voyons donc de quoi est fait le MN 3102:



C'est bien ce qu'il me semblait: Il est fait juste pour fournir au MN3207 ses deux signaux d'horloge et Vgg.

Pourquoi le fabricant n'a-t-il pas directement réalisé les deux circuits dans le même IC? Il s'agit probablement de technologies différentes: CMOS pour le 3102 et une technologie spéciale pour le BBD.

[Yvan_Delaserge]

Donc le circuit de base produisant un retard sur un signal BF est le suivant:



Selon la datasheet, avec 100 pF et 200Kohm, la fréquence d'oscillation sera de 15 KHz et la fréquence des deux signaux d'horloge sera égale à la moitié de cette valeur.

On pourrait utiliser un oscillateur externe en le connectant sur la patte 7, en laissant les pattes 5 et 6 du 3102 en l'air.

La fréquence d'horloge pour le MN 3207 doit être comprise entre 10 et 200 KHz. On a le même rapport de 1 à 20 entre le délai minimum et maximum que le circuit peut réaliser.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Yvan_Delaserge]

Avant le circuit retardateur, on a deux amplis op en cascade, séparés par un filtre passe-bas, qui sert probablement à éviter l'aliasing lors de l'échantillonnage.

A la sortie de la ligne à retard, on a un autre filtre passe-bas, destiné à éliminer les résidus de fréquence d'échantillonnage, suivi d'un troisième ampli op.

On a aussi un quatrième ampli op en bas à droite, dont la finalité m'échappe. Est-ce que quelqu'un a une idée?



Les entrées non inverseuses ainsi que les entrées external bias des deux doubles amplis op sont connectées ensemble et polarisées à une tension qui n'est pas exactement V dd/2, mais plutôt 0,63 x Vdd. Il faut optimiser cette tension pour obtenir une distorsion minimale.

Ceci est probablement à metter en rapport avec le graphique montrant que la THD est minimale pour un input bias voltage de 2.65 V environ lorsque la tension d'alimentation est de 5V.

Les amplis op de type AN 6550 ne sont pas faciles à trouver. Je compte les remplacer par des amplis op plus courants, par exemple des TL082.

Est-ce que vous pensez que cela pourrait poser un problème?

[Yvan_Delaserge]

Voici le graphique en question, tiré de la datasheet du MN 3207. On voit qu'on a intérêt à régler la tension de bias de l'entrée au quart de poil!



Et pour la datasheet du MN3102, c'est ici.

[Antoane]

Bonjour,

Si je ne m'abuse, le MN3207 fabrique un retard.
Un circuit se contentant de fournir le signal d'entrée au MN3207 et d'amplifier sa sortie ne ferait que retarder le signal d'entrée. Le 4e AOP permet de renvoyer un peu du signal retardé sur l'entrée du MN3207, pour faire l'écho recherché.

Je pense qu'à peu près n'importe quel AOP pourrait convenir.

[Yvan_Delaserge]

Merci Antoane, la fonction du 4e ampli op m'est venue à l'esprit spontanément ce matin en me réveillant, comme quoi la nuit porte conseil...
Merci aussi de confirmer mon impression pour les amplis op.

Je vais construire deux modules séparés, un avec le 3102 et le 3207 et l'autre avec les amplis op.

Un développement ultérieur serait un flanger,

Pour cela, il faut une modulation du retard, qui varie de manière cyclique, selon une fonction générée par un oscillateur à très basse fréquence.

Une façon plus moderne de faire cela serait de générer avec un microcontrôleur, le signal d'horloge extérieur à l'intention du 3102. Ce signal d'horloge serait modulé en fréquence selon une fonction déterminée par le software. L'utilisateur pourrait agir sur les entrées analogiques du microcontrôleur pour sélectionner la fonction de son choix. On aurait ainsi une grande versatilité sans avoir besoin de construire plusieurs VLFO.
La fonction tone() de l'Arduino permet de générer directement un signal carré de 31 Hz à 65 KHz. Mais il faudrait 20 Khz à 400 KHz pour pouvoir exploiter pleinement les possibilités du couple 3102-3207. Et il faudrait couvrir cette plage de fréquences (rapport 1 à 20) de manière continue. Sauf erreur, le VCO du CD 4046 est capable de faire ça. Par contre, je doute qu'il soit possible de construire un VCO avec un telle plage de fréquences avec un 555.

Dans le cas du flanger, le 4e ampli op serait à connecter en sommateur entre le signal d'entrée non altéré et le signal retardé par le MN3207.

Il faudrait que je me documente pour savoir de quel ordre de grandeur est le retard dans le cas d'un flanger. Plutôt 2,5 ou plutôt 50 ms? Le but est d'avoir un déphasage entre les deux signaux que l'on combine dans le sommateur. Or, à 3 KHz, un cycle dure 0,33 ms. Donc même avec 2,5 ms, on est déjà à une durée de plusieurs cycles.

Je vais déjà commander les IC et déterrer périodiquement ce fil selon l'avancement du projet.

Merci d'avance à tous pour routes remarques ou suggestions.

[Yvan_Delaserge]

Je viens de trouver la réponse à une autre des questions que je me posais: le retard à appliquer au signal pour obtenir l'effet désiré.

Pour avoir un effet de flanging, il faut un délai court: quelques microsecondes à 5 millisecondes. Logique. On cherche un déphasage.

Si le délai est compris entre 10 et 30 millisecondes, on obtient l'impression de deux instruments jouant à l'unisson.

Si le délai est supérieur à 50 ms, on obtient un effet d'écho.

La bonne nouvelle, c'est qu'on va pouvoir générer les trois types d'effets avec les MN 3102 et 3207.

L'autre bonne nouvelle est qu'il est inutile d'avoir un seul VCO couvrant de 20 à 400 KHz, on peut commuter entre 3 condensateurs avec un oscillateur à 555.

[Teknic]

Bonjour Yvan,


pour les effets de type flangers il faut moduler le retard par un autre oscillateur si possible sinusoïdal. Sinon le son est statique et pas forcément intéressant. Mais en effet le retard varie de quelques millisecondes.

[Teknic]

Je continu:

Tu trouveras peut-être cette information sans intérêt mais saches qu'il existe un kit d'écho velleman.
http://www.velleman.eu/products/view...g=fr&id=381208


Et à propos de la réinjection de signal en entrée d'IC: C'est ce qu'on appelle le feedback et tout bon delay présente ce réglage... sinon les sons ne se répéteraient qu'une seule fois.

[Yvan_Delaserge]

Hello Teknic et merci pour les infos. Je ne savais pas qu'il existait un kit Velleman. Je vais vois si on trouve le schéma quelque part sur le Web, parce que les kits Velleman ont la réputation de fonctionner très correctement.

Pour l'horloge, je compte utiliser un 555 en VCO dont la fréquence sera modifiée par un VLFO à 8038. Les deux circuits se trouvent tout faits à prix imbattable sur le Web.

Et éventuellement commander tout ça par un Arduino qui va se charger du pilotage des oscillateurs et de l'affichage sur un LCD.

J'ai aussi vu un montage qui utilise un compander à NE 570 en entrée, respectivement en sortie du chip retardateur, afin d'améliorer le rapport signal/bruit. Mais apparemment c'est utile surtout si on utilise des retards importants. Donc pas pour un effet flanging.

Je suis encore en phase découverte pour ce montage.

Merci d'avance pour tous les commentaires et suggestions.

[Teknic]

J'imagine que tu as trouvé la page du schéma:

http://www.velleman.eu/downloads/0/m...gram_mk182.pdf
Le HT8972 est un IC dédié au delay assez répandu: pédale de guitare, DIY ...
Les différentes entrées et sorties du kit sont très pratiques. (mic in, line in, line out, speaker out)

[Yvan_Delaserge]

Non je ne l'avais pas trouvé! Merci Teknic!

Le circuit est nettement plus simple parce qu'apparemment le circuit est de conception plus moderne: Il est basé sur une conversion A-D puis les échantillons sont stockés en RAM et retransformés en analogique avec un délai réglable.

Le kit est facilement disponible, mais le HT 8972. Par contre le HT 8970 est assez facilement disponible.

Le montage du kit est très proche des montages proposés dans l'application note.

[Yvan_Delaserge]

Mais j'ai peur que pour un flanger, les délais que le chip est capable d'introduire ne soient trop longs.





Ils vont de 29 à 327 ms. C'est parfait pour un écho, mais trop long pour un flanger.

[Teknic]

Si je me souviens bien le son se dégrade vite pour des délais plus longs, c'est normal c'est comme si on abaissait la fréquence d'échantillonnage.
Ca vaut peut-être le coup de tester l'oscillateur avec une résistance plus petite que 2K pour voir si tu ne peux pas raccourcir le delay en poussant l'IC dans ses retranchements.

Saches que les délais intègrent régulièrement des filtres ajustables (passe haut+passe bas) en sortie. Ca permet de limiter la "cacophonie" générer par l'effet, par exemple en atténuant les basses qui deviennent vite envahissantes quand on augmente le feedback.

[Yvan_Delaserge]

Pour les BBD, c'est aussi ce que je crois avoir compris, Plus le délai est long, moins bonne est la qualité. Mais apparemment le chip HOLTEK n'est pas un BBD. Il a une mémoire RAM, c'est peut-être pour ça qu'il arrive à générer des retards aussi importants.

Et le rapport signal-bruit annoncé est meilleur et apparemment pas dépendant de la fréquence d'horloge. Peut-être que le convertisseur A-D échantillonne à vitesse élevée, mais constante et la logique de contrôle va lire dans les 20 K de RAM statique au rythme nécessaire pour obtenir le délai désiré.



Sinon, pour avoir les délais très courts nécessaires pour un flanger, il suffirait d'avoir deux HOLTEK, et de les régler avec des retards très légèrement différents. On les combine dans le sommateur de sortie.

Inconvénient: Il faut construire deux circuits complets. Mais comme ils sont plus simples que le circuit à MN 3207. Et que le rapport signal/bruit est meilleur...

[Teknic]

Tu sembles être sur de bons rails et je ne crois pas pouvoir t'aider d'avantage.

Mais n'hésite pas à poster la suite de tes recherches, c'est intéressant!