Présentation

Tout ce qui produit du son ou de la lumière a toujours été très prisé des amateurs d'électronique. Les sirènes et les modulateurs de lumière font ainsi partie des montages préférés de beaucoup d'électronicien "en herbe".

Sirene 001
Sirène 001a

La sirène dont il est question ici est un classique du genre, elle fait appel à deux circuits intégrés très courants et très répendus (traduisez pas chers). Elle dispose de deux réglages permettant de modifier la vitesse de modulation et la plage de fréquences sonores couvertes. Vous pourrez y connecter un petit HP ou un ampli plus puissant, ou les deux en même temps si vous le souhaitez. L'alimentation peut se faire à l'aide d'une simple pile 9V, ce qui permet le cas échant d'avoir un petit montage autonome, facile à transporter. Trois versions différentes sont proposées :
- Schéma 001a : version de base, modulée en fréquence, avec ampli BF et sortie ligne
- Schéma 001b : idem sirène 001a, mais avec commande manuelle et circuit mute progressif
- Extension 001c : "chenillard" défilant en synchronisme avec les variations de fréquence de s sirènes 001a ou 001b
- Schéma 001d : version bi-tonale, donc plutôt style "police"

Schéma 001a

Promesse tenue, pas de composant difficile à localiser, tout bon revendeur de pièces détachées devrait avoir tous les composants nécessaires en stock.

Sirene 001

Toute sirène qui se respecte possède au moins deux sous-ensembles distincts : un oscillateur qui délivre un son audible, de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 KHz, et un autre oscillateur qui délivre un signal variable qui fait varier la fréquence (audible) du premier oscillateur. Ce deuxième travaille à une fréquence bien plus faible, de l'ordre du hertz (disons entre 0,1 Hz zt 10 Hz). Le premier oscillateur (celui qui délivre le signal audible) est appelé "oscillateur modulé", le second (celui qui fait varier le signal audible) est appelé "oscillateur modulant". Sur le schéma qui précède, l'oscillateur modulant est celui de la partie gauche (autour de U1), et l'oscillateur modulé est celui de la partie droite (autour de U2). Les deux oscillateurs sont identiques à peu de choses près, la différence principale réside dans la plage des fréquences utilisées.
Le circuit intégré NE555 est un composant "multi-emploi", son usage dans les sirènes n'est pas nouveau. Cela est simplement lié au fait qu'il est simple à mettre en oeuvre, et qu'il ne faut que très peu de composants additionnels pour lui faire faire des choses interressantes.

Oscillateur modulant

Il est élaboré autour des composants U1, RV1, R1 et C1, les résistances et le condensateur déterminant sa fréquence de fonctionnement. Bah oui, c'est tout. Quatre composants, pas un de plus. Cet oscillateur délivre un signal de forme rectangulaire sur sa sortie borne 3, qui est la sortie principale... et que nous n'utiliserons pas dans le cas présent. Nous allons en effet utiliser la tension qui varie (lentement) présente aux bornes du condensateur C1, pour moduler la fréquence de l'oscillateur modulé. Liaison directe entre bornes 6 et 7 du premier NE555, sans résistance entre les deux ? Bien sûr que c'est possible, dites vous simplement qu'il y a une résistance mais de très faible valeur... Et si vraiment cela vous gêne de ne pas en voir, mettez-en une, c'est facile.

Oscillateur modulé

Une résistance de plus par rapport à l'oscillateur modulant, mais ce n'est pas la fin du monde, n'est-ce pas ? Cet oscillateur est élaboré autour des composants U2, RV2, R2, R3 et C2, les quatres derniers déterminant sa fréquence de fonctionnement. Notez tout de suite la différence de valeur du condensateur utilisé ici par rapport à celui utilisé dans l'autre oscillateur : elle est bien plus faible. Normal, puisque la valeur du condensateur défini directement la plage de fréquence de l'oscillateur : plus sa valeur est faible, et plus la fréquence est élevée. L'oscillateur est monté en VCO (Voltage Controlled Oscillator), ce qui va permettre de modifier sa fréquence d'oscillation avec une tension continue. Et devinez quelle tension continue on va utiliser ? La tension variable issue de notre oscillateur modulant, gagné !

Amplificateur BF et sortie ligne

Cette sirène est dotée d'une sortie amplifiée et d'une sortie ligne. Le niveau de la sortie ligne est ajustable à l'aide du potentiomètre RV3.

Réglages

RV1 permet de faire varier la vitesse de modulation.
RV2 permet de déplacer la bande de fréquences qui sera couverte. Si la plage de variation de la vitesse de modulation ne correspond pas à vos goûts, rien ne vous empêche d'expérimenter d'autres valeurs pour C1. Si la bande de fréquences couverte ne vous plait pas non plus, il est temps d'expérimenter d'autres valeurs pour C2.
RV3 permet le réglage de volume sur la sortie ligne.

Schéma 001b

Avertissement : schéma Sirène 001b élaboré sans avoir été testé pour de vrai, publié ici uniquement pour info !
Même schéma que la sirène 001a, à laquelle ont été ajoutés un bouton poussoir et quelques composants, pour bénéficier des fonctions supplémentaires suivantes :
- Activation de la sirène sur commande manuelle, via bouton poussoir;
- Commutation audio progressive sur la sortie ligne, pour éviter les "clacs" au moment de la mise en ou hors fonction de la sirène.

Sirene 001b

Ajout d'un poussoir pour commande manuelle

Rien de sorcier. Au lieu de laisser connectées en permanence les entrées de remises à zéro des NE555 (Reset, broche 4) sur la borne d'alimentation positive, connection au travers d'un bouton poussoir ouvert au repos et fermé lors de l'appui. Au repos (bouton poussoir ouvert), les bornes de Reset sont raccordées à la masse au travers de la résistance R6, et les NE555 sont bloqués, ils n'oscillent pas. Lors de l'appui sur le poussoir, les entrées de Reset sont reliées à la borne positive de l'alimentation, ce qui libère les oscillateurs qui s'en donnent alors à coeur joie. Vous pouvez trouver d'autres schémas de sirènes similaires, sur lesquelles la borne de reset est relié au plus alim via une résistance, avec un bouton poussoir relié à la masse, et fermé au repos (ouverture du contact lors de l'appui). Vous pouvez opter pour la méthode qui vous convient le mieux, sachant cependant que la résistance de rappel reliée entre entrée Reset et masse ne doit pas avoir une valeur trop élevée, sous peine de voir le NE555 osciller tout le temps (valeur limite de la résistance fonction du NE555 utilisé). Pour ma part, j'ai choisi cette méthode, car elle me permet de bénéficier d'une commande en logique positive, utilisée également pour la commande mute (système anti-cloc) de la sortie ligne.

Ajout d'un anti-cloc en sortie ligne

Quelques composants suffisent pour bloquer ou libérer en douceur la sortie ligne, lors des actions sur le bouton poussoir. Un transistor FET canal P est utilisé en tant que résistance variable, et forme en association avec R7, un pont diviseur résistif au taux d'atténuation variable. En réalité, nous n'utilisons ici que deux mode de fonctionnement : transistor passant ou transistor ouvert, mais le passage de l'un à l'autre n'est pas brutal et se fait en douceur. Pour faire simple, disons que le transistor FET présente entre ses bornes D (Drain) et S (Source), une résistance ohmique dont la valeur est d'autant plus faible que la tension présente sur la borne G (Gate) est faible. En appliquant une tension nulle sur cette borne G, le transistor se comporte quasiment comme un interrupteur fermé (résistance ohmique faible), et le pont diviseur divise beaucoup : au point nodal Drain de Q3 / R7 (marqué Out), on se retrouve quasiment à la masse, puisque la borne Source de Q3 est à la masse. Le signal audio appliqué à "l'entrée" de R7 ne passe pas. Si maintenant on applique une tension positive suffisante sur la borne G de Q3 (poussoir enfoncé), la jonction D-S de Q3 va présenter une résistance ohmique élevée, et le pont diviseur va diviser moins, ce qui laisse passer le signal audio vers la sortie Out. La tension de commande appliquée sur la borne G de Q3 aurait très bien pû arriver au travers d'une simple et unique résistance. Le fait que l'on trouve ici deux résistances et deux diodes (R8, R9, D1 et D2) permet de modifier de façon indépendante les temps de transistion fermé-ouvert et ouvert-fermé de Q3. Vous avez tout à fait le droit de remplacer ces quatre composants par une seule résistance cablée entre poussoir (côté bornes reset des NE555) et borne G de Q3, et si le rendu sonore vous convient comme ça, le laisser tel quel.

De plus...

Un condensateur de liaison a été ajouté sur la sortie ligne, je l'avais oublié dans le premier schéma. Ca ne posait pas de problème si le raccordement de cette sortie ligne s'effectuait sur un équipement - ampli ou table mixage - dont l'entrée était déjà doté d'un condensateur de liaison, cas de la très grande majorité des appareils. Mais ça pouvait provoquer de la distorsion (écrêtage asymétrique) sur une entrée trop "sensible". Ajout également d'un petit condensateur de 10 nF sur l'entrée de commande du premier NE555 (borne 5). Son ajout corrige de petites variations de vitesse de modulation constatée sur certains circuits, selon NE555 utilisé. Si vous ne constatez rien de gênant sans ce condensateur, inutile d'en ajouter un.

Augmentation de la puissance de sortie

Plusieures personnes m'ont écrit pour me demander comment obtenir une puissance supérieure, d'au moins 10 W ou 20 W. Une telle puissance est très simple à obtenir, car le signal audio à amplifier est "numérique" (tout ou rien), et on peut se contenter d'un étage push-pull avec des transistors de puissance, monté en pont (deux NPN type 2N3055 avec complémentaires PNP).

Ajout d'effets lumineux (extension 001c)

Une petite led peut être ajoutée en sortie 3 du premier NE555, afin de marquer le rythme du signal modulant. Plus le signal modulant est rapide et plus la led clignote vite. On peut aussi diviser la fréquence du signal généré par l'oscillateur modulé, à savoir le NE555, et utiliser le signal divisé pour piloter un mini séquenceur à led. On obtient ainsi un effet de chenillard, où le défilement des leds est d'autant plus rapide que le son entendu est aigu. Pour ce faire, vous pouvez utiliser des composants courants, comme le montre le schéma suivant :

sirene_001c

Si la vitesse de défilement des leds du chenillard est trop rapide à votre goût, relier l'entrée CLK de U2 (borne 14) à la sortie Q8 de U1 (borne 12) au lieu de la relier à la sortie Q7 (borne 13) comme cela est fait sur le schéma. Si au contraire vous voulez que ça aille plus vite, relier l'entrée CLK de U2 (borne 14) à la sortie Q6 de U1 (borne 6).

Schéma 001d

Cette version diffère des précédentes dans l'effet sonore rendu. Cette dernière est en effet de type bi-tonale - c'est à dire avec deux sons de fréquence fixe alternés, alors que celles décrites ci-avant sont de type modulées - c'est à dire avec variations continues de la fréquence.

sirene_001d

Cet effet sonore bi-tonal est obtenu en appliquant deux tensions de commande différentes sur l'entrée modulation du second NE555, de façon alternée. Et là encore, c'est le premier NE555 qui pilote l'avion. Quand sa sortie (borne 3) est à l'état bas, le transistor Q1 est bloqué et tout se passe comme s'il n'existait pas. L'entrée CV (borne 5) du deuxième NE555 reçoit une tension qui est quasiment celle de l'alimentation, au travers de R4 et RV3. Quand la sortie (borne 3) du premier NE555 est à l'état haut, le transistor Q1 se met à conduire et la résistance R3 se retrouve connectée à la masse, formant alors un pont diviseur avec R4 + RV3 : l'entrée CV (borne 5) du deuxième NE555 reçoit donc une tension qui est plus faible et qui dépend de la position du curseur de RV3.

Autre façon de faire

L'effet bi-tonal peut aussi être obtenu en commutant en parallèle de C2, un autre condensateur de valeur à peu près identique à celle de C2, via le transistor Q1, comme le montre l'extrait de schéma suivant.

sirene_001db

Dans ce cas, vous pouvez laisser l'entrée CV (borne 5) du second NE555 en l'air, ou conserver R4 + RV3 qui ne seront cependant plus autant "opérationnels".

Circuit imprimé de la version 001a

Je l'avais promis, le voici.

Sirene 001 - PCB
Sirène 001a

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