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Variations sur les haut-parleurs de cockpit

Note

   Click  !  Le récepteur de trafic NRD 535

Maj : 20/06/09

 

Cette note est un document complémentaire de la page VHF

et de la page chaîne de réception

 

Le besoin d'un contrôle pour le barreur

Il est intéressant que le barreur ait au moins à portée de main, un potentiomètre de volume pour renvoyer le son de la VHF au cockpit et le doser facilement. Le haut-parleur ne devra évidement perturber ni compas ni pilote. Il faut monter le volume pour la météo, le départ de régates, et le baisser ensuite.
Les vhf récentes de qualité possèdent sur le microphone des poussoirs de réglage volume, parfois aussi canal et squelch. Elles sont prévues pour un deuxième micro de cockpit, le problème n'est que partiellement résolu car le volume agit sur les deux haut-parleurs simultanément. Nous allons envisager les solutions pour une VHF basique, afin de contrôler au mieux les niveaux.
Voici la situation initiale :

Préparation de l'installation

Sur la VHF initiale nous disposons d'une sortie hp (haut-parleur). Il est utile de désactiver le hp interne qui est très médiocre et sature rapidement. Par sécurité, ne coupez pas le fil mais intercalez une résistance d'un watt une vingtaine d'ohms en série. Nous allons installer un bon hp supplémentaire à la table à carte (matériel autoradio) et un autre, mais cette fois en qualité étanche dans le cockpit.
Un câble à 3 fils ordinaire (style rallonge 220 V) est passé de l'un à l'autre, nous pouvons alors envisager tous les montages, en commençant par les systèmes rustiques n'utilisant que des diviseurs résistifs en atténuation..

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Notion d'impédances

Avant d'aller plus loin, il faut un peu préciser les notions d'impédance et de puissance. Les sorties de la VHF sont indiquées en 4 ohms, cela signifie l'impédance minimum tolérable. Ne descendez jamais en dessous sous peine de griller l'amplificateur de sortie.
Cela ne pose par contre aucun problème d'utiliser une impédance supérieure, 8, 16 ou même 32 ohms, simplement la puissance maximale restituée sera plus faible, ce n'est pas très gênant.

Par la suite nous utiliserons des impédances en série et en parallèle, nous allons faire un petit rappel élémentaire relatif aux puissances et à la physiologie.
L'oreille est un récepteur logarithmique, il intègre donc une compression très performante pour permettre de percevoir les bruits les plus faibles et accepter des niveaux énormes.
La courbe sensation/énergie reçue est logarithmique, ce qui signifie qu'un doublement de la puissance reçue produira une variation subjective de 3 décibels, c'est un palier très faible, la sensation est à peine perceptible.

Rappel sur les logarithmes décimaux:

Log 2 = 0.3 soit puissance double donne +3 dB
Log 3 = 0.5 soit puissance triple donne +5 dB (valeur arrondie, 4.77 exactement)
Log 4 = 0.6 soit puissance quadruple donne +6 dB
Log 8 = 0.3 soit puissance octuple donne +9 dB
Log 10 = 1 soit puissance décuple donne + 10 dB

Vous voyez que les puissances sont multiplicatrices et les niveaux additifs, cela marche évidemment dans les deux sens, et ces valeurs nous permettent de faire tous les calculs approchés.

Prenons un exemple pour éclaircir encore , dispositif atténuateur, entrée 8 watts, sortie 500 mW.
Calcul simple:
8 W -> 4 W (-3 dB) -> 2 W (-3 dB) ->1 W (-3 dB) ->0.5 W (-3 dB)
L'atténuation totale est donc bien de 12 dB
Autre méthode approximative très grossière
8 W -> 0.8 W (-10 dB) -> 0.4 W (-3 dB)
L'atténuation est donc un peu inférieure à 13 dB (pour 0.4 W) et supérieure à 10 (pour 0.8 W), normal, c'était 12…

Pour bien préciser la terminologie, il sera question de dB positifs pour un gain d'amplification et de dB négatifs pour une atténuation.

Quand nous parlerons d'atténuation de niveau, il ne faudra pas chercher quelques dB qui sont imperceptibles mais des paliers de 10 dB.
Cela correspond bien au but recherché, entre écoute attentive d'un bulletin à niveau élevé avec les bruits du bateau dans la brise ou au moteur, et le passage en niveau réduit, non gênant pour le barreur mais encore très perceptible en tendant l'oreille. Une atténuation de 20 dB est raisonnable soit une énorme baisse de puissance d'environ 15 fois.

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Principe de l'atténuation

Le niveau de sortie (bornes jaunes) reste évidemment constant.
Nous allons par la suite atténuer en nous efforçant de conserver au mieux une charge constante.
Le haut-parleur de gauche présente une impédance de 8 ohms.
Nous allons atténuer en jouant sur les résistances série Rs et parallèle Rp, et calculer le résultat.
La condition à respecter est de maintenir une impédance globale constante vue de la sortie, disons Z =8 ohms.
Commençons par la situation la plus simple à comprendre, avec des valeurs pratiques

Rp=Z
La puissance au point C se répartit également entre résistance et hp, donc la moitié dans le hp.
Rs = Z/2 = Zc, impédance au point C.
La moitié de la puissance totale est dissipée dans la résistance série, la moitié restante dans la résistance parallèle, donc la puissance sur le haut-parleur est le quart de la puissance totale.
Nous respectons bien les conditions l'impédance totale de charge est bien de Z/2 + Z/2 (deux fois Z en parallèle), donc Z.
L'atténuation en puissance sera de 1/4, soit - 6 dB.
Ce n'est qu'un exemple, cette atténuation est trop faible pour être significative.
Nous pourrons l'ajuster à la valeur voulue en augmentant Rs et en diminuant Rp.

Autre exemple très simple

Rp= Z/3
En parallèle sur le hp, résistance équivalente Z/4
Si mous prenons Rs =3/4 Z, les conditions sont encore respectées.
Nous avons donc ¼ de la puissance en C, dont le ¼ dans le hp soit en finale le 1/16 de la puissance dans le hp.
L'atténuation est donc de 16 en puissance, soit 8 *2 donc 12 dB

C'est une très bonne valeur pour passer du niveau fort au niveau faible

Voici quelques valeurs pratiques

Rp Z Z/2 Z/3 Z/4 Z/5
Rs 1/2 Z 2/3 Z 3/4 Z 4/5 Z 5/6 Z
Rapport puissance 1/4 1/12 1/16 1/25 1/36
Atténuation -6dB -10.8 dB -12 dB -14 db -15.6 dB

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Les variantes d'installation

Maintenant que les atténuations n'ont plus aucun secret, nous allons voir comment réaliser le meilleur montage possible.

 


Voici une première application qui vient à l'idée. Il faut utiliser un gros potentiomètre bobiné acceptant quelques watts, modèle gros et cher, qui s'oxyde et présente des mauvais contacts. Ces modèles sont toujours linéaires. Une valeur de 16 Ohms convient bien mais il serait souhaitable de rajouter une résistance de 4 Ohms et quelques watts en sortie BF de la VHF car l'impédance totale est un peu trop faible.
Ce montage n'est pas fameux car le déplacement linéaire du curseur ne rend pas une sensation linéaire. En début de course, volume fort, le potentiomètre agit peu, en fin de course l'atténuation est brutale.
Ce montage est médiocre.


Ce montage utilise aussi un potentiomètre bobiné, mais de 8 Ohms. Il agit comme une balance équilibrant correctement le son intérieur et extérieur. L'inconvénient est qu'il n'y a aucun contrôle à la table à carte et qu'il n'agit fortement que vers les extrémités. Il est souhaitable de rajouter deux résistances de 1 Ohm aux extrémités du potentiomètre pour limiter cet effet de plage centrale sans action sensible.
Ce montage est médiocre.


Pour éviter l'inconvénient du potentiomètre il suffit d'utiliser une simple résistance. Évidement il n'y a que deux positions, mais cela s'avère suffisant.
Position 1, la résistance parallèle atténue le hp interne, volume maximum au cockpit, faible à l'intérieur.
Position 2, le contraire.
La valeur de la résistance doit atténuer d'une dizaine de dB. Nous avons vu les valeurs dans le chapitre des atténuations. Rs de 5 Ohms et Rp de 4 Ohms donnent un bon résultat.
Attention il faut évidement prendre des résistances bobinées de 5 watts, plus petites elles brûleraient.
Le défaut du dispositif est qu'il n'y a pas de contrôle à la table à carte.


Cette variante est beaucoup plus astucieuse, car elle utilise un va-et vient et donc permet de régler le volume cockpit depuis la barre et la table à carte.
Si les deux inverseurs sont dans la même position, la puissance maximale passe sur le hp de cockpit, le volume intérieur est normal. Si les deux interrupteurs sont en position opposée, la résistance R2 est en série dans le hp cockpit, donc volume extérieur faible.
R1 = Z = 8 à 10 Ohms, et R2 = 9 Z, soit entre 50 et 100 Ohms donneront un fonctionnement parfait. Une puissance de 1 W est suffisante pour R2, et 5 W pour R1.
Ce montage est le plus intéressant des systèmes rustiques, meilleur que le seul interrupteur extérieur court-circuitant la résistance série. Les maniaques envisageront de mettre un double circuit pour doser le niveau sur 2 bits (4 valeurs), c'est inutile, fort/faible est suffisant.

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Les approches technologiques

Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué ?
Les atténuateurs à résistance marchent correctement, mais si l'on veut réaliser une installation haut de gamme, il faut mettre un peu plus de moyens.
Le principe est de récupérer la sortie bf sur le haut-parleur supplémentaire de la table à carte et réaliser un petit mélangeur (mixer) télécommandé.
Sur une installation complète, le mixer aura en entrée : VHF et BLU en mono, autoradio stéréo.
En sortie cockpit, réglage séparé des trois niveaux, stéréo ou mono.
Il n'est évidement pas question de mettre une table de mixage de disc-jockey à portée du barreur, il faut concevoir une interface simple et ergonomique.

La commande

La meilleure commande est constituée par deux poussoirs étanches et trois leds.
Chaque led représente une entrée. A la mise sous tension le système se positionne sur entrée vhf, volume moyen, musique et BLU niveau zéro.
Un poussoir augmente le volume, l'autre le diminue, par pas de 1 dB.
En appuyant brièvement sur les deux boutons simultanément le réglage change d'entrée, la led indique l'entrée correspondante. Un double appui long "resete " le dispositif (remise à zéro).
Il n'est pas possible de faire plus simple et pratique.

Une extension du dispositif consiste à commander aussi les feux de navigation depuis la barre, ou tout autre dispositif. Il n'y a pas de limite aux commandes possibles, il suffit chaque fois de rajouter une led ou mieux, remplacer les leds par un petit afficheur à cristaux liquides qui indiquera la fonction en clair.
Ces applications seront décrites comme exemple des utilisations des microcontrôleurs, des Pics en particulier car elles sont très simples.
Un petit microcontrôleur lit des poussoirs sur quelques pattes, pilote afficheurs ou leds sur d'autres et dialogue sur un bus.
De l'autre côté, à la table à carte, un autre microcontrôleur décode le bus et exécute les ordres, règle les gains et sort des commandes logiques.
Il existe pour cela une grande variété de périphériques, en particulier la gamme I2C Philips prévue pour piloter toutes les fonctions audio et télévision. Un amplificateur I2C stéréo se commande totalement par quelques instructions.
Tout est possible en utilisant ces excellents circuits, il suffit de lire la documentation et d'assembler les briques.
Il existe une autre approche qui consiste à utiliser un potentiomètre bobiné commandé par un petit moto réducteur. Cette solution électromécanique était à la mode avant les microcontrôleurs, elle a maintenant perdu tout intérêt sauf pédagogique.
Il est possible de remplacer les deux poussoirs par un bouton rotatif sans butées (optoélectronique ou effet Hall) mais d'un prix plus élevé. Il faudra un poussoir supplémentaire de changement de mode

 

Les limitations du système

Le squelch n'est pas modifiable sans intervention sur l'électronique interne, il sera réglé une fois pour toutes sur le poste, tout comme le canal.

 

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Influence magnétique sur les compas

Tous les haut-parleurs possèdent un puissant aimant axial. Ils perturbent considérablement les compas de route et du pilote. Lors de l’installation, il faudra pendre en compte les distances aux compas et se débrouiller pour les augmenter au maximum.
Les bons haut-parleurs de cockpit ont une coque en mumétal qui limite les fuites de champ, mais il est impossible de blinder efficacement, l’avant étant évidement ouvert.
Avant montage, vous devez tester vos matériels.
Le plus simple est de déplacer le haut-parleur autour du compas en le faisant tourner sous tous les axes, un observateur repérant soigneusement les écarts, bateau immobile, ou mieux compas démonté et posé au sol. Vous déterminez la distance d’influence provoquant un écart visible.
Il faut faire cela dans toutes les directions horizontales, mais aussi dans les plans inférieurs et supérieurs, les influences variant très fortement suivant les angles des vecteurs de champ. Vous ne pourrez pas le faire facilement pour le compas du pilote, mais le test avec un compas classique vous donnera une idée assez précise.
Une mesure soigneuse, dépendant des matériels vous indiquera une distance de l’ordre du mètre.Par sécurité, doublez cette distance pour l’implantation, en n’oubliant pas qu’à bord toutes les masses métalliques (moteur, barre de secours) se magnétisent et influent sur les compas.

< Il n’y a aucun autre moyen de protéger un compas que de l’éloigner de tout métal magnétique et objet magnétisé ! >

Soyez très vigilants aux équipets et tiroirs derrière la cloison qui contiennent toujours malencontreusement des objets oubliés, comme le casque du baladeur des enfants, le téléphone portable, le compas de relèvement et autres saboteurs magnétiques. Les moteurs électriques (pompes, ventilateurs,…) sont aussi redoutables.
Le compas de secours du canot de survie ou la caisse à outils au fond du coffre, ou les bouteilles de plongée en acier qui se retrouvent parfois près du compas du pilote sur le tableau arrière, sont des classiques des mauvais fonctionnements mystérieux.

Un champ magnétique parasite déforme la courbe de réponse d’un compas, en créant des caps d’attirance, le compas semblant bloqué dans une direction malgré les écarts de route, et des zones floues où, à cap constant, l’aiguille se promène de manière erratique.
Cela se vérifie par mer d’huile, moteur au ralenti barre bloquée avec un petit angle, en effectuant un tour en quelques minutes, les yeux rivés sur le compas. La moindre irrégularité de rotation indique un problème qu’il faudra corriger avant de faire sa courbe de déviation.

 

 

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