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Sommation et diaphonie



  1. #1
    Larudakote

    Sommation et diaphonie


    ------

    Bonjour,

    Je reviens à la charge après ma question "Filtrage actif: sommation du signal et buffer" essentiellement sur la notion de diaphonie, induite par la sommation d'un signal audio. Je ne parviens pas à trouver une littérature précise sur l'impact de cette sommation, encore moins une méthode de calcul sur les composants utilisés. A part ce mémoire de fin d'étude intéressant, qui se penche sur le sujet dans le domaine du mixage.

    Ma question est simple (j'espère) : comment prédire l'influence des résistances R9 et R10 de ce schéma, sur le signal stéréo des sections passe-haut ?

    Pour rappel, KMTech propose une autre version de cette sommation, après filtrage du passe-bas. Mais cela implique une taille de PCB plus importante, gênante dans le cas de son implantation dans un petit espace.

    Bon WE !

    -----
    Pierre

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  4. #2
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Sommation et diaphonie

    Bonjour,

    Le plus simple est de faire une simulation : tu injectes un signal sur IN_R et mettant IN_L à zéro et tu observes ce qui se retrouve en sortie de U1b ou ce qui sort sur HP_L.

    Sinon, il faut faire un schéma équivalent :
    Nom : fs10.jpg
Affichages : 67
Taille : 40,9 Ko
    Où E1-R1 modélise U1a, E2-R2 U1b, et où je n'ai pas représenté les filtres (même s'ils ont un impact a priori très faible).
    ... et l'analyser : calculer U2/E1 lorsque E2 = 0.

    Déterminer R1, R2 n'est pas trivial, elles dépendent des imperfections des AOP...
    Sur le schéma de gauche, je suppose que U2-a est monté en amplificateur non-inverseur, le circuit est alors simple à résoudre.
    Le schéma de droite correspond au schéma qui t'intéresse, il faut modéliser les imperfections de U2a (gain non-infini), ie calculer sa tension d'entrée.

    Bref : le plus simple est de faire une simulation -- avec de bon modèles
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  5. #3
    Black Jack 2

    Re : Sommation et diaphonie

    Bonjour,

    Quelques remarques sans prétentions ...

    Ce qui ne me plait qu'à moitié dans le 1er schéma est la manière de "fabriquer" la masse de référence (On board signal ground)

    Il y a bien sûr des capas de 100 µF (C2 et C3) qui sont censées "calmer" les perturbations sur les alim -12V et +12V

    Mais, ces condensateurs sont des chimiques et ils ne peuvent pas efficacement empêcher la masse de "frétiller" avec les courants dans tous les opérationnels qui se referment évidemment par cette masse.

    Et alors cette masse qui "frétille", par exemple au niveau de l'OP U2a, par réaction de l'ampli (qui tente de garder la tension entre les pins 2 et 3 quasi nulle), la pin 2 frétille aussi et cela introduit du mode commun pour les 2 entrées high Pass en faisant varier les courants dans R9 et R10.

    On est certes là sur des sorties d'opérationnel (U1a et b) et cela atténue les perturbations, mais les amplis ne sont pas parfaits et n'ont donc pas une impédance de sortie nulle et de plus la masse sur ces amplis "frétille" aussi ce qui n'arrange rien.

  6. #4
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Sommation et diaphonie

    Bonjour,
    Je reviens sur une phrase que j'avais dite, dans ton précédent message au sujet de la diaphonie, ou crosstalk en anglais. En CEM (compatibilité électromagnétique) le crosstalk c'est la recopie d'un signal sur un autre par des couplages capacitifs ou inductifs. Pour faire simple :

    Le couplage capacitif intervient quand tu as deux fils, ou deux pistes sur un PCB, en parallèle et que sur l'un d'eux il y a une variation rapide de la tension. La capacité parasite entre les deux fils, ou pistes, permet une recopie du signal qui a varié rapidement sur l'autre piste.
    Quelques parades :
    - Router les pistes du PCB en croisé (coté top on fait route à l'horizontal et côté bottom on route en vertical) pour avoir le moins de piste en parallèle.
    - Intercaler un fil de masse entre les deux conducteurs en parallèle.
    - Jouer avec le slewrate des signaux, certains microcontrôleurs permettent ce type de réglage.
    - Les paires torsadés qui baissent la valeur de la capacité parasite.


    Le couplage inductif intervient quand un fil a proximité d'une boucle (une maille dans le sens électrique, voir les lois de Kirchhoff) subit une variation rapide de courant. En champ proche c'est la composante magnétique du champ électromagnétique qui va dominer, je n'ai plus la formule en tête pour estimer cette distance de champ proche mais je peux la retrouver dans ma bibliothèque, et tous les fils qui sont des boucles vont se comporter comme des antennes loop en générant une tension parasite dans cette boucle. A noter que les boucles de masses (les mailles que forment les masses) sont un type de boucle qui au même titre que les boules des signaux, réagit de manière identique aux couplages inductifs.
    Quelques parades :
    - L'éloignement du perturbateur
    - Abaisser la surface des boucles : plan 0V ou plan de masse
    - Jouer avec le slewrate quand c'est possible (si démarrage moteur il n'y a rien a faire)
    - Les paires torsadés qui, si l'un des conducteurs est la masse, permet d'avoir une faible surface de boucle.



    Dans l'image ci dessous, j'ai récemment fait l'expérience sur un plaque d'essai pour montrer que ce genre de prototypage ne peut pas monter bien haut en fréquence. Ici j'ai mis en évidence le couplage capacitif entre les lames métalliques qui composent une plaque d'essai parce qu'il y a une capacité parasite entre toutes les colonnes.

    Sur le fil rouge j'envoie des impulsions de 20ns de large à une fréquence de 4Mhz (signal en jaune sur l'oscillo), sur le fil bleu qui se trouve un bon 7cm plus loin je mesure encore 80mV de crosstalk à cause de tous les couplages capacitifs dans la breadboard.

    Nom : 449145d1636801035-frequence-de-coupure-filtre-rc-image1578.png
Affichages : 60
Taille : 693,8 Ko


    Bref, par rapport a ce que j'ai écrit c'est quoi la diaphonie pour toi en audio ? Pour moi il faut 2 signaux pour parler de diaphonie mais après un sommateur je ne vois pas bien ce que tu veux dire


    ps : 2 schémas bien parlant page 13 du doc https://download.schneider-electric...._Doc_Ref=CT149 (figure 15 et 16)


    [EDIT]J'ai mis du temps à écrire et je vois que d'autres personnes ont répondu entre temps
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #5
    Larudakote

    Re : Sommation et diaphonie

    Merci pour vos réponses.

    Citation Envoyé par Antoane
    Le plus simple est de faire une simulation [...] il faut modéliser les imperfections de U2a
    Avec quel moyen ?

    Citation Envoyé par Black Jack 2
    Ce qui ne me plait qu'à moitié dans le 1er schéma est la manière de "fabriquer" la masse de référence
    Ce schéma ne nous intéresse ici que pour représenter la dimension filtrage ; pour ma part je n'utilise que des alimentations symétriques pour ce type de montage. En audio en général, d'ailleurs.

    Citation Envoyé par Vincent Petit
    c'est quoi la diaphonie pour toi en audio ?
    Et bien la capacité à séparer deux canaux pour obtenir une image stéréo la plus large possible.
    On voit dans les datasheets HiFi le paramètre "séparation des canaux" exprimé en dB : c'est l'un des critères pour définir si un matériel répond à la norme HiFi. De mémoire elle doit être meilleure que 60dB.

    Imagine qu'à la place de R9 et R10 on mette un strap : il n'y a plus de signal stéréo mais une sommation de tous les signaux sur les trois canaux (d'ailleurs pas glop sur les AOP).
    R9 et R10, dont la valeur (généralement entre 10 et 22K) semble souvent obtenue pas empirisme sur pas mal de schéma vus ici et là, permet d'isoler la somation [du passe-bas] des deux autres canaux stéréo [du passe-haut]. C'est bien leur rôle ?

    Donc, comment est-on certain (les AOP étant non parfaits) de ne pas induire de la diaphonie, en fonction de leurs valeur ?
    Dernière modification par Larudakote ; 19/11/2021 à 15h35.

  9. #6
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Sommation et diaphonie

    Bonjour,

    > Le plus simple est de faire une simulation
    Avec un "bon" simulateur et de "bon" modèles, qui reproduiront les imperfections pertinentes.

    > Il faut modéliser les imperfections de U2a
    A partir des données de la datasheet, ou en les extrayant de mesures (mais c'est pas facile...
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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  11. #7
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Sommation et diaphonie

    Merci pour ta question Antoane car elle m'a permis de comprendre la question de Larudakote "comment caractériser l'influence de U2A sur les signaux droite et gauche".

    Je suis tellement habituer à de la diaphonie à distance par couplage que je n'avais pas compris la question.

    En effet il faut simuler le montage mais comme ça au pifomètre je dirai que le sommateur non inverseur est à étudier car son entrée présente une impédance d'entrée très élevée donc quasiment aucun courant ne sera dévié des signaux stéréo, contrairement au sommateur inverseur qui elle [son entrée], est vu comme une masse... enfin à basse fréquence.

    La config sommateur non inverseur devrait permettre de donner des valeur à R9 et R10 de l'ordre du MΩ.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  12. #8
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Sommation et diaphonie

    Bonjour,
    Citation Envoyé par Vincent PETIT Voir le message
    La config sommateur non inverseur devrait permettre de donner des valeur à R9 et R10 de l'ordre du MΩ.
    Yep... Mais en inverseur le point commun est (idéalement) à la masse, donc si l'AOP sommateur est idéal, il n'y a pas d'injection via R9+R10.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  13. #9
    Larudakote

    Re : Sommation et diaphonie

    OK je commence à comprendre : l'injection devant un AOP sommateur est quasi nulle car son impédance d'entrée est très élevée.
    Alors qu'elle existe si l'on place R9/R10 directement devant un étage audio (objet du PDF cité en référence). Sans parler de l'influence non négligeable de R9/R10 sur la cellule de filtrage elle-même (Fc). L'AOP sommateur a donc ici une double fonction : éviter l'injection et isoler la sommation de la cellule qu'il précède.

    Citation Envoyé par Vincent
    La config sommateur non inverseur devrait permettre de donner des valeur à R9 et R10 de l'ordre du MΩ.
    Je n'ai jamais vu cette pratique dans les schémas ou montage audio. Sauf erreur de ma part, toujours en inverseur.

  14. #10
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Sommation et diaphonie

    Bonjour,

    Exemple de résultats de simulation :
    fs13.jpg
    R14 à 16permettent de faire un interrupteur facile pour configurer le sommateur en inverseur ou non en spécifiant la valeur de useInvertingAdder .
    0 dBm sur IN_L, et pas de signal sur IN_R, on observe la tension de sortie (vs. 0 dBm) sur la sortie OUT_L sur le subplot du haut, et celle sur OUT_R sur le subplot du bas (en bleu en utilisant un sommateur non-inverseur, en vert avec un sommateur inverseur).
    Avec les paramètres du montage, l'inverseur est meilleurs, avec au moins 50 dB d'atténuation supplémentaire sur la bande audio. De plus, dans les deux cas, la diaphonie est meilleure que 70 dB sur la bande audio.

    On peut jouer sur la valeur de la résistance de sommation, avec une courbe pour chaque valeur en 10n pour n allant de 2 (100 Ohm) à 7 (10 MOhm) :
    fs14.jpg

    Evidement, ce n'est que pour le plaisir, les couplages non schématisés dont Vincent parle plus haut ne sont pas modélisés, la validité des modèles de simulation est à discuter, etc.

    Les fichiers asc :
    fs_diaphonie.asc
    fs_diaphonie_Radd.asc
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  15. #11
    Larudakote

    Re : Sommation et diaphonie

    Merci Antoane !
    Quel est le logiciel de simulation utilisé ?

  16. #12
    Antoane
    Responsable technique

    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

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