Partie Expérimentale

Comme nous l'avons évoqué précédemment, le son qui sort de la guitare est un son complexe. Lorsque l'on regarde sur un oscilloscope le signal de sortie de notre guitare, on obtient ceci :



Observation :
le signal sortant à une amplitude d'environ $400mV$ peak to peak. Ici, toutes les cordes ont été joués en même temps, ce qui donne cette forme assez particulière.

Signal d'entrée : son sortant de la guitare.
Signal de sortie : tension en sortie du filtre pour le bruit.

Observations :

• Le signal d'entrée semble assez bruité
• Le signal de sortie est plus net que celui de l'entrée

Conclusion sur l'utilité du filtre :
Le signal d'entrée semble bruité, ce bruit peut venir de notre câble jacks , donc notre filtre joue bien son rôle en diminuant ce bruit qui peut s'avérer gênant pour la suite.

Pour construire notre filtre, nous utilisons un circuit intégré TL082. Le TL082 est l'un des meilleurs AOP du marché (ainsi que le UA741), et il a l'avantage d'avoir deux AOP intégré, ce qui nous seras très utiles pour la suite du circuit.

Outil indispensable pour faire de l'électronique : Datasheet AOP TL082

• *Par outil indispensable je veux dire que c'est la bible de l'électronicien!**

Nous avons réaliser le filtre permettant d'isoler la fréquence de la $5^{ème}$ corde $f_{La}=110H_z$.

Pour vérifier que nos résultats soient bien cohérent avec la théorie (et aussi pour s'assurer que tout fonctionne bien), on va relever la mesure du gain du signal en faisant varier la fréquence. On étalera nos mesures de la manière suivant :

• La plage des fréquences que nous allons balayer sera comprise entre $f_{E1}$ et $f_{D2}$ (correspondant respectivement à la 6$^{ème}$ et la 4$^{ème}$).Cela nous permettra de nous assurer que le filtre réagit bien.
• Nous faisons les mesures avec un GBF et nous regarderons le résultat sur un oscilloscope.

On mesure $V_{out}$ (tension en sortie de Rauch). On connait $V_{in}$ (imposé grâce au GBF), le gain est par définition :

$\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad Gain = \dfrac{V_{out}}{V_{in}}$

Filtre_A2_exp.m

%Courbe Expérimentale du filtre de la $2ème corde
 
%Plage de fréquence
freq = [80:2:100,101:120,122:2:156];
%on prend plus de points autour de la fréquence de coupure 
 
%Points expérimentaux
Gain = [31.8,33.2,36.2,40,41.6,49.8,54.6,56.6,64.2,78.4,89.6,97.6,107.2,118.8,132.4,156,176,206,245,292,366,422,440,404,350,290,244,202,177,159,140,120,96.8,84,79,68.8,63.2,58.4,54.4,50,46.8,44.4,41.6,40.8,37.6,36.2,33.4,33,32];
 
%Courbe + légende
plot(freq,Gain); 
title('Diagramme de Bode Expérimentale de la note A2');
xlabel('fréquence (Hertz)');ylabel('Gain (mV)');

Fitlre pour la note $A_2$: Gain en fonction de la fréquence

Comparaison avec la théorie: Gain en $dB$ en fonction de la fréquence

Comme prévue, le filtre n'est pas parfait et nous avons notre fréquence de coupure décalé sur la droite. Mais ce n'est pas un soucis car c'était prévu.
Nous avons un filtre devant être précis aux $Ohms$ près, n'ayant pas les résistances précisent sous la main, on a utiliser des potentiomètres adaptés. On aurait pu mettre plusieurs résistances en série/parallèle n'est pas forcément une bonne idée de faire notre résistance équivalente comme ça (le circuit devient rapidement illisible, sans parlé de l'incertitude liée à chaque résistance…), des potentiomètres nous paraissent être solution temporaire.

Remarque :
Nos potentiomètres se sont légèrement se dérégler au cours du temps, ce qui a eu comme effet de changer notre fréquence de coupure entre le moment où nous avons fait le $1^{er}$ test et le dernier. On en a prit compte pour la suite mais ça ne nous à pas impacté plus que cela.

Test avec la guitare, le filtre étant dimensionné pour avoir une fréquence $f_{La} = 110 Hz$.

Signal entré : son de la guitare.
Signal sortie : $V_{out}$ Rauch.


Observations:

• Le signal de sortie ressemble un peu plus à une vrai sinusoïde.
• L'amplification de sortie est de $\approx 500 mV$.
• La fréquence que l'on a en sortie est assez proche de la fréquence du La.

Sur l'oscilloscope, un carreau représente $10ms$ de période. La période de notre signal est $\approx 0,9$ carreau soit $\; T=9ms $. On obtient donc une fréquence de $ \; f_{exp} \approx 111,11 H_z$, soit la fréquence de notre corde.

Regardons ce qu'il se passe quand nous jouons une corde différente de la précédemment, par exemple la corde $4^{ème}$ à $f_{Ré} = 146 Hz$:


Observations:

• Le signal d'entrée est quasiment identique. (c'est mieux!)
• Le signal de sortie est très atténuée.
• Lorsque la $4^{ème}$ corde est joué, les vibrations émissent par celle-ci peuvent faire vibrer la $5^{ème}$ corde. Ce qui explique pourquoi nous avons des tout petits pics de faible intensité tout le long de la mesure.

Comme on peut le voir, le filtre réagit à nos attentes, elle laisse passer que la fréquence qui nous intéresse et atténue les autres.

Nous avons 6 filtres théoriques dimensionné de la même façon, nous en avons testé un pour voir si celui-ci répondait à nos attentes. Comme les résultats sont positifs, nous décidons de continuer avec le filtre que nous avons dimensionné (donc celui pour la note La) et on admet que les 5 autres seront satisfaisants.

Remarque :
On a volontairement pas parlé des signaux que l'on obtient après l'amplificateur inverseur/non-inverseur. On soit, le signal est juste amplifié et il n'y a pas de surprise. Néanmoins, nous nous assurerons que l'amplification est suffisante pour pouvoir traiter le signal pour la suite.

Nous devons nous assurer que, si l'on utilise une alimentation mono-tension, cela ne modifie pas trop nos résultats précédent.
Ce que nous attendons :

• Des signaux quasiment identiques.
• Une tension en sortie avec un offset (lié à l'ajout de $V_{ref}$.
• Le filtre passe-haut qui supprime la composante continue

Nous n'avons pas besoin de nous attardé sur la création de $V_{ref}$. Comme pour l'amplification, c'est basique et sans surprise. Nous contrôlons que nous avons bien $4.5V$ en sortie de suiveur avec un voltmètre.

Signal d'entrée : son de la guitare.
Signal de sortie : $V_{out}$ en sortie de Rauch.



Observations :

• Le signal de sortie est quasiment identique au précédent
• Nous n'avons plus de tension négative en sortie.

Suppression de la composante continue avec le filtre passe-haut:

Signal d'entrée : GBF
Signal de sortie : $V_{out}$ après filtre passe-haut


Bingo ! Le signal est de nouveau centré en 0, comme quand nous avions une alimentation symétrique en $[-9V,+9V]$. Nous avons donc bien réussis à faire notre tension asymétrique.

L'ultime test pour notre montage, c'est ici que tout se joue!

Ce que nous attendons:

• Un signal de sortie quasiment constant
• Une variation de notre tension de sortie en fonction de la fréquence

Sortie de redresseur à $100H_z$ :



Sortie de redresseur à $105H_z$ :



Obversations:

• Le signal est bien redressé
• $U_{f=105 H_z} \approx 580mV$
• $U_{f=100 H_z} \approx 500 mV$

Conclusion:

Le signal est bien redressé et nous avons notre tension de sortie $V_{out}$ qui change en fonction de la fréquence. En effet, pour un $\Delta f = 5 H_z$ on a un $\Delta V = 80 mV$, une petite variation de notre fréquence nous donne une grande variation d'amplitude!
Donc nous avons réussi à faire un système répondant à nos attentes.

Maintenant que nous avons un montage complet et opérationnel, nous allons maintenant faire notre propre circuit.

La conception d'un prototype est la suite logique pour notre projet. Nous avons réaliser notre circuit sur une breadboard, il nous faut un circuit plus fiable. Pour cela, nous utilisons kicad, les schémas des circuits ont aussi été fait sur kicad. D'ailleurs vous avez un bon Tuto kicad ici !

Une fois que le circuit est complet, nous obtenons un typon qui nous permettra de réaliser notre circuit sur PCB soit par procédé chimique, soit avec une technodrill. On a choisit la seconde méthode pour notre part.

Améliorations possibles:

Si notre prototype est satisfaisant, nous pouvons

• On peut réduire la taille du PCB en diminuant la taille des pistes et en utilisant des composants CMS (que l'on utilisera pour un prototype final sûrement!)
• Intégrer l'arduino dans notre montage.
• Création d'un boitier

Modifications du CI en cours:

• Remplacement des 2 TL082 par un TL084
• Réduction de la taille des pistes et de la carte (anciennement $15cm$ x $6.5cm$, maintenant $10cm$ x $5cm$)