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Une liaison audio numérique sans fil RX et TX


Ce système de diffusion sonore sans fil à 2,4 GHz, réalisé à partir de deux nouveaux modules AUREL, permet d’émettre en mode numérique FSK, ce qui garantit une immunité optimale aux parasites et une qualité audio surprenante. Il dispose de huit canaux sélectionnables par poussoirs.
II y a des situations où la diffusion de la musique et plus généralement des signaux audio est vraiment difficile car
les espaces n’ont pas été conçus pour cela. Nous pensons, par exemple, à des événements temporaires comme une
exposition ou une foire: dans ces cas, la pose de câbles, non seulement prend du temps mais elle est en plus coûteuse et elle met en jeu la sécurité du personnel et du public. Dans un appartement, les problèmes ne sont guère moins vifs en ce domaine: par exemple, une bonne installation Home Cinéma implique l’utilisation, en plus des enceintes frontales, des haut- parleurs arrière. Admettons que la liaison entre l’amplificateur AV, le téléviseur et les premières se fasse avec des câbles; mais pour les seconds, à moins d’avoir prévu des gaines pour faire passer les fils, la liaison s’avère bien moins commode.
Dans ces cas la meilleure solution est d’utiliser un dispositif sans fil (wireless”) dont les avantages sont sa simplicité d’installation liée à son faible coût (par rapport à la solution par câbles).
Cet article vous propose de construire un émetteur et un récepteur en mesure de résoudre bien des problèmes de ce type; le système utilise deux nouveaux modules AUREL:
le TX-AUDIO-24 et le RX-AUDIO-24. Il s’agit d’une paire travaillant sur une porteuse à 2,4 GHz modulée en FSK; le signal stéréo d’entrée est numérisé par un convertisseur A/N à 16 bits et la porteuse radio est modulée par le flux de données numériques de sortie. L’émission se fait sur l’un des huit canaux disponibles, ce qui permet de mettre en oeuvre plusieurs paires en même temps sans qu’ils interfèrent entre eux, soit d’utiliser plusieurs récepteurs accordés sur la fréquence du même émetteur. La modulation avec des signaux numériques en FSK garantit une immunité aux parasites très importante. Léchantillonnage du signal se fait à 44,1 KHz avec une résolution à 16 bits (qualité CD): la bande passante est remarquable et la suppression des perturbations particulièrement efficace. Toujours en ce qui concerne l’audio, rappelons que le signal de sortie est automatiquement annulé en absence de porteuse correcte, de manière à être affranchis du fastidieux souffle. La figure 1 donne les principales caractéristiques du module émetteur TX-AUDIO-24: le signal stéréo présent en entrée (INL et INR) est échantillonné à 44,1 KHz, converti d’analogique en numérique et utilisé pour moduler en FSK la porteuse à 2,4 GHz.
La porteuse radio, ensuite amplifiée et filtrée, arrive à l’antenne imprimée pour sa diffusion via l’éther. Ce module émetteur dispose de 8 broches dont 5 utilisées: deux pour les entrées audio, une pour la masse, une pour le positif d’alimentation et l’autre pour la sélection des canaux. Le module peut être alimenté par une tension allant de 3,6 à 5 V; ce qui signifie que le dispositif peut être alimenté par des piles au Li-ion ou au Ni-Cd de 3,6 V. Le signal RF diffusé est capté par le module récepteur RXAUDIO-24 (voir figure 5), démodulé et reconverti de numérique en analogique jusqu’à obtenir un signal stéréo en tout point semblable à celui utilisé pour piloter le module émetteur.
Figure 1: Le module émetteur AURELTX-AUDIO-24.

Le module AUREL TX-AUDIO-24 travaille sur la bande des 2,4 GHz, dispose de 8 canaux et effectue une numérisation du signal audio (stéréo) d’entrée au moyen d’un convertisseur A/N à 16 bits. Léchantillonnage se fait à 44,1 kHz, ce qui permet d’obtenir la fameuse “qualité CD” avec une bande passante du signal audio comprise entre 20 Hz et 20 kHz. La porteuse radio a une puissance de +10 dBm (10 mW) et la modulation est de type FSK. Le dessin donne le principe de fonctionnement de la modulation FSK (Frequency-shift keying): deux porteuses sur des fréquences différentes sont associées aux deux valeurs logiques 1 etO dont se compose le flux numérique (dans notre cas, il s’agit du signal audio numérisé). Ce type de modulation particulier a l’avantage de présenter une immunité élevée aux parasites:
en effet, un signal émis est toujours présent, ce qui diffère de la modulation ASK (Amplitude-Shift Keying) où le signal numérique module une porteuse sinusoïdale en en faisant varier l’amplitude de façon à faire correspondre au un logique la porteuse même et au zéro logique l’absence de porteuse. Dans ce dernier cas une perturbation peut gêner le récepteur qui ne parvient pas à distinguer s’il s’agit d’une donnée valide ou non.

Figure 2: Schéma électrique de l’émetteur de la liaison audio numérique sans fil.
Le schéma électrique

L ‘émetteur
Voyons maintenant comment nous avons utilisé le module TX-AUDIO-24 pour réaliser un émetteur complet. Le schéma électrique est visible figure 2. Le positif d’alimentation est relié à la diode Di qui protège contre une inversion malencontreuse de polarité.
Ci, 02 en amont du régulateur de tension et 03, 04 —en aval— filtrent les éventuelles perturbations. Le régulateur Ui est un 7805 en mesure de fournir une tension parfaitement stabilisée de 5 V, nécessaire au fonctionnement correct du module. Les essais nous ont permis de constater une consommation de courant du circuit légèrement supérieure à ce que déclare la fiche des spécifications AUREL pour ce module.
Nous suggérons de monter sur la semelle de Ui un petit dissipateur dans le cas où vous envisageriez un fonctionnement prolongé du module. Les condensateurs 05 et 06 servent à découpler l’entrée audio et Pi de sélectionner un canal d’émission parmi les huit disponibles. Pour changer de canal, il suffit d’agir sur le poussoir Pi:
à chaque pression on passe au canal suivant.
Figure 6: Schéma électrique du récepteur de la liaison audio numérique sans fil.
A propos de cette commande, signalons que le module TX-AUDIO-24 dispose d’une mémoire non volatile dans laquelle sont sauvegardés les paramétrages des canaux: en cas d’extinction et de rallumage, la fréquence de travail ne changera donc pas. Ajoutons enfin que SWi permet d’allumer ou d’éteindre le circuit et que LDi sert de voyant de M/A.
Figure 8: Photo d’un des prototypes de la platine du récepteur de la liaison audio numérique sans fil.
Le récepteur
Venons-en maintenant au système de réception qui utilise le nouveau module AUREL RX-AUDIO-24. Comme le montre la figure 5, il s’agit d’un composant bien plus complexe: il suffit pour s’en convaincre de compter le nombre de broches d’E/S! Comme pour le module TX, l’antenne est une piste du circuit imprimé et on dispose de huit canaux dans la bande des 2,4 GHz. Avec ce module nous avons réalisé le récepteur dont la figure 6 donne le schéma électrique. Lalimentation est identique à celle de l’émetteur, avec une tension de 5V: le courant traverse Di qui protège le circuit contre les inversions de polarité; le 5V nécessaire au fonctionnement du module est obtenu avec le régulateur Ui et filtré par Ci, C2, C3 et C4.
Le module U2 (RX-AUDIO-24) réclame quelques composants de plus, par rapport à l’émetteur, pour pouvoir fonctionner Regardons en particulier ce qui se passe du côté des broches 1, 2, 20 et 19. Entre les broches 1 et 2 on a monté D2 et R2, alors que la LED rouge LD2 est insérée de façon à s’allumer quand la porteuse radio est présente. Cela permet de savoir si la syntonie sur l’un des canaux a lieu ou pas et donc si une émission est en cours ou non. En s’éteignant elle nous avertit que l’émission s’est interrompue et que le module récepteur est passé automatiquement sur “mute”, éliminant ainsi tout parasite ou souffle. Entre les broches 19 et 20 on a monté un cavalier permettant de mettre l’une ou l’autre broche à la masse. En mettant la broche 20 à O V, on sélectionne la recherche automatique d’un canal: si on presse brièvement Pi, le récepteur trouve automatiquement un canal d’émission actif; si, dans le rayon d’action, se trouvent d’autres émetteurs, c’est le premier canal trouvé qui est retenu (syntonisé) par cette fonction. Si on met la broche 19 à la masse, on sélectionne la recherche manuelle: à chaque pression du poussoir Pi le module se syntonise sur le canal suivant. Les sorties audio sont découplées par C6 et C7.
La bande passante de l’émetteur est comprise entre 20 et 20 000 Hz, tandis que l’amplitude maximale du signal d’entrée ne doit pas dépasser 4 Vpp, sous peine d’une forte distorsion; l’impédance a une valeur nominale de 10 kohms. Tout cela signifie, synthétiquement, qu’il est possible de relier à l’émetteur une source préamplifiée (comme la sortie d’une table de mixage ou d’un amplificateur AV) sans aucun problème. Le signal BF que nous trouvons à la sortie du récepteur peut piloter directement des enceintes acoustiques amplifiées ou bien être acheminé vers l’entrée AUX de l’amplificateur de la chaîne Hi-Fi.
La réalisation pratique
La réalisation pratique de cette liaison audio numérique à 2,4 GHz nécessite, bien entendu, que l’on monte deux unités (émettrice TX et réceptrice RX) et donc deux platines; mais vous allez voir que chacune est ultra simple. On va néanmoins distinguer les deux dans ces quelques conseils.
Le TX
La platine est constituée d’un circuit imprimé simple face, dont la figure 3b donne le dessin à l’échelle 1. Commencez par insérer et souder la barrette femelle
Figure 9: Photo d’un des prototypes du récepteur numérique 2,4 GHz que l’on vient de monter. Le module récepteur est monté verticalement.

Figure 10: Photo d’un des prototypes de l’émetteur, encore plus simple. Ici le module émetteur est monté horizontalement.
servant de support au module AUREL (vous ne monterez ce dernier qu’à la fin). Insérez et soudez ensuite tous les composants (comme le montrent les figures 3a et 4), en commençant par la résistance et la diode Di, bague orientée vers la gauche de la platine et DL1, méplat vers le régulateur Ui. Montez les condensateurs: le — deCiestversC2etle — deC3 est vers la gauche. Montez le régulateur debout sans dissipateur (ou avec un dissipateur type ML26 en cas d’utilisation permanente). Montez le micropoussoir Pi, l’inverseur à glissière SWi, la prise d’alimentation et la prise jack 3,5.
Il ne vous reste qu’à insérer délicatement le module, couché parallèlement à la platine principale, comme le montre la figure 10.
Le RX
La platine est également constituée d’un circuit imprimé simple face (à peine plus grand), dont la figure 7b donne le dessin à l’échelle 1. Commencez par insérer et souder le “strap” entre C3 et le connecteur, puis la double barrette femelle servant de support au module AUREL (vous ne monterez ce dernier qu’à la fin). Insérez et soudez ensuite tous les composants (comme le montrent les figures 7a et 8), en commençant par les résistances et les diodes: Di, bague vers le bas de la platine et D2, bague vers la gauche. Montez LD1 et LD2, méplats vers la gauche. Montez les condensateurs: le — de Ci est vers Ri et le — de C3 est vers la gauche. Montez le régulateur debout sans dissipateur
Figure 11: La position du cavalier détermine la sélection automatique ou manuelle du canal de réception.
Montez le micropoussoir Pi, l’inverseur à glissière SW1, le cavalier JP1, la prise d’alimentation PWR et la prise jack 3,5 OUT. Il ne vous reste qu’à insérer délicatement le module, debout verticalement sur la platine principale, comme le montre la figure 9. Pour décider si vous allez choisir les canaux actifs manuellement ou automatiquement, vous utiliserez le cavalier JPi, comme le montre la figure ii.
Les essais
Durant les essais nous pouvons alimenter les deux circuits avec n’importe quelle source d’alimentation, même avec des piles; par contre en installation définitive il est conseillé d’utiliser deux adaptateurs type bloc secteur 230 V fournissant i2 Vdc pour un courant de 200-300 mA max. Ne placez pas les deux circuits trop près l’un de l’autre afin d’éviter les interférences.
Reliez une source audio (pourquoi pas la sortie de la carte son d’un PC?) à l’entrée de l’émetteur et connectez des enceintes amplifiées* (si vous en avez, sinon l’entrée AUX de votre chaîne) à la sortie audio du récepteur. Positionnez le cavalier du récepteur sur Recherche automatique du canal (voir figures 7a, 8 et ii) et alimentez les deux circuits: tout doit fonctionner du premier coup et vous devriez entendre l’audio transmis dans les enceintes. Agissez sur le poussoir de l’émetteur pour essayer de changer de canal; le récepteur aura perdu la porteuse et donc en sortie vous devriez ne plus rien entendre; pressez alors le poussoir du récepteur pour faire repartir la procédure de recherche automatique du canal.
Après ce premier test, contrôlons si la commutation des canaux en mode manuel se fait correctement. Eteignez tout et placez le cavalier en position Recherche manuelle (voir figures 7a, 8 et ii). Rallumez les deux unités et sélectionnez un canal pour le TX.
Pressez le poussoir du récepteur pour chercher l’émission, quand la LED rouge s’allume, c’est que le récepteur a capté la porteuse et, par conséquent, les enceintes reproduisent l’audio transmis.
*Les enceintes de votre ordinateur par exemple.
Conseils d’utilisation
L’utilisation domestique de notre système audio “wireless” (sans fil) ne réclame qu’un peu d’attention. Supposons que nous prélevions le signal audio d’une source pour le destiner à une paire d’enceintes amplifiées dûment positionnées. Dans ce cas il vous faut un émetteur et un récepteur (si vous pouvez relier la sortie du récepteur aux deux enceintes) ou bien un émetteur et deux récepteurs (si les deux enceintes sont éloignées —ce qui est en général le cas— et si vous ne voulez vraiment pas utiliser du câble). Le signal émis par l’émetteur peut en effet être capté par plusieurs récepteurs, pourvu que tous soient syntonisés sur le même canal (accordés sur la même fréquence). Par conséquent, si vous désirez acheminer la musique, avec laquelle on pilote l’entrée BF de l’émetteur, dans toute la maison (plusieurs pièces), vous devrez mettre en oeuvre autant de récepteurs (et d’enceintes amplifiées) que de pièces à sonoriser ... mais toujours un seul émetteur!
Et si notre voisin, époustouflé par notre nouvelle installation, décide d’en monter une semblable? Aucun problème, la portée maximale est de 50/iOO mètres en terrain dégagé mais en immeuble les murs et les autres obstacles réduisent la possibilité de créer des interférences; mais si tout de même cette gêne se produisait, rappelons que les huit canaux dont vous disposez vous permettraient d’y pallier: en effet, il y aura toujours un canal de libre sur les huit!
D’ailleurs cette possibilité de pouvoir choisir parmi huit canaux d’émission permet d’utiliser les modules encore d’une autre manière: si vous disposez de plusieurs sources sonores et que vous vouliez les diffuser via radio, vous pouvez prévoir plusieurs émetteurs (cette fois) réglés chacun sur un canal différent (jusqu’à huit, donc). Choisissez le mode Recherche manuelle sur le récepteur et, en pressant plusieurs fois sur Pi, vous pourrez sélectionner votre source audio préférée. Cette solution est idéale pour des conférences et des congrès ou chaque fois qu’il s’agit de pouvoir choisir parmi plusieurs langues: chaque émetteur différent est modulé dans une langue et différents récepteurs, réglés chacun sur le “bon” canal, reçoivent la langue voulue.
Afin d’obtenir des prestations maximales de votre installation, ne montez pas la platine émetteur dans un boîtier métallique car ce dernier se comporterait comme un écran de blindage et empêcherait l’antenne intégrée au circuit imprimé de rayonner convenablement dans l’éther (surtout à 2,4 GHz !). Même remarque pour le récepteur: son antenne intégrée doit pouvoir recevoir les signaux RF, ce que le blindage d’un boîtier métallique empêcherait. Les boîtiers peuvent par contre être en plastique sans aucun inconvénient.
Conclusion
Les prestations remarquables des nouveaux modules AUREL, en particulier la qualité élevée du signal émis et l’absence de parasites ou d’interférences, rendent des dispositifs tout à fait indiqués pour un usage professionnel. C’est la raison pour laquelle, dans les prochains mois, nous vous proposerons d’autres montages audio, tous plus intéressants les uns que les autres, utilisant ces étonnants modules. Ne manquez donc pas les prochains numéros d’ELM!
















Publié dans Electronique-Magazine N°_97_Septembre_2007

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