Construire un instrument de musique

Mes premiers pas en Électronique

Cette section vous montrera comment créer du son avec des composants électroniques !

Contrairement aux autres projets que vous avez réalisés jusqu'à présent, ceux de cete section utilisent un circuit intégré (CI, IC), un circuit complet réduit et intégré dans un boîtier minuscule.

On peut fabriquer toutes sortes de circuits intégrés, et la plupart des appareils électroménagers en regorgent. Jetez un œil à l'intérieur d'un ordinateur ou d'un jouet électronique, et vous en trouverez certainement quelques-uns.

Pour commencer, j'expliquerai plus en détail ce qu'est un circuit intégré et comment comprendre sa fonction.

Ensuite, vous vous entraînerez à utiliser les circuits intégrés en construisant un circuit simple produisant des bruits étranges.

À la fin de la section, je vous montrerai comment construire votre propre instrument électronique pour jouer de la musique !

Découvrez les circuits intégrés

Les circuits intégrés sont de très petits circuits intégrés, conditionnés dans de petits boîtiers en plastique, souvent noirs. Chaque circuit intégré est doté de broches métalliques permettant de connecter d'autres composants.

À l'intérieur, un circuit intégré peut contenir un circuit de lecteur de musique, un circuit radio, un circuit de télécommande, ou autre chose.

Puisqu'un seul petit circuit intégré peut contenir un circuit très complexe, il est possible de créer des circuits aux fonctions variées sans avoir à tout reconstruire de A à Z.

Circuits intégrés et fiches techniques (Datasheets)

Certains circuits intégrés n'ont que 8 broches, tandis que d'autres en ont plus de 100 !

Pour comprendre la fonction de chaque broche d'un circuit intégré spécifique, consultez sa fiche technique, comme pour le relais du « Projet n° 11 : Faire clignoter une lumière !» section Faire clignoter une lumière pour la première fois.

La fiche technique indique la fonction de chaque broche et propose souvent des exemples d'utilisation des circuits intégrés dans un circuit.

Pour trouver la fiche technique d'un composant, recherchez le nom du composant suivi du terme « Datasheets » en ligne, ou consultez le site web où vous l'avez acheté.

Note: les Datasheets sont très souvent en anglais

Les fiches techniques contiennent souvent des tableaux contenant de nombreux chiffres et termes techniques. La première fois que vous consultez la fiche technique d'un circuit intégré, elle peut donc paraître très complexe.

Mais il n'est généralement pas nécessaire de lire la fiche technique dans son intégralité. Il suffit de rechercher les informations nécessaires et de reprendre la construction de votre circuit.

Pour voir le diagramme et la fonction de chaque broche d'un IC vous pouvez faire une recherche par image avec  le nom du composant suivi du terme « pinout »

Comment produire du son avec l'électricité

Le son est ce que l'on entend lorsque l'air se déplace d'avant en arrière, ou vibre, très rapidement.

De nombreux appareils bruyants, comme le système audio d'une voiture, utilisent un haut-parleur, un composant qui fait vibrer l'air suffisamment vite pour produire un son.

Un haut-parleur est doté d'un électroaimant qui déplace une membrane, une surface qui pousse l'air devant lui.

Si un circuit allume et éteint l'électroaimant du haut-parleur, par exemple 1 000 fois par seconde, la membrane pousse l'air d'avant en arrière 1 000 fois par seconde. C'est ce qu'on appelle la fréquence du son, mesurée en hertz (Hz).

Une fréquence de 1 000 fois par seconde, ou 1 000 Hz, produit un bip continu.

Sons que les humains peuvent entendre

Les humains ne peuvent entendre les sons qu'entre 20 Hz et 20 000 Hz environ. Dans le « Projet n° 11 : Faire clignoter une lumière !» section Faire clignoter une lumière pour la première fois, vous avez construit un circuit qui faisait clignoter une lumière environ une fois par seconde.

Si vous aviez connecté la sortie du circuit à un haut-parleur, le son émis par ce dernier aurait une fréquence de 1 Hz, ce qui serait trop faible pour être entendu. Au lieu de cela, vous entendriez des clics provenant du haut-parleur lorsqu'il serait allumé et éteint.

Cela signifie que pour créer un son audible, il faut créer un circuit capable d'activer et de désactiver la tension d'un haut-parleur des centaines, voire des milliers de fois par seconde !

Heureusement, il existe un circuit intégré qui peut vous aider à y parvenir.

Découvrez le minuteur (Timer) 555 (Voir 555)

Un circuit intégré classique est le minuteur (Timer) 555, qui permet d'allumer et d'éteindre rapidement des appareils.

Par exemple, vous pouvez utiliser un minuteur 555 pour faire clignoter une lumière toutes les secondes, ou le connecter à un haut-parleur pour produire un son.

Outre le minuteur 555, vous devrez ajouter quelques résistances et condensateurs supplémentaires.

En sélectionnant soigneusement les valeurs de ces composants, vous pourrez contrôler la vitesse de clignotement de la lumière ou la fréquence du son. Le minuteur 555 est très populaire auprès des amateurs car il est économique et facile à utiliser une fois les bases maîtrisées.

Vous utiliserez un minuteur 555 comme celui présenté ici pour les projets de cette section.

Alimentation d'un circuit intégré

La fiche technique du temporisateur 555 devrait vous indiquer la fonction de chaque broche. Essayez de rechercher « fiche technique du temporisateur 555 » en ligne.

Lorsque vous trouverez la fiche technique et l'ouvrirez, vous devriez voir un brochage comme celui-ci : 

Le timer 555 possède huit broches.

Les broches d'un circuit intégré sont numérotées dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, en commençant par le haut à gauche. (Le haut est indiqué par une petite encoche ou un cercle ; certains circuits intégrés possèdent les deux.)

La fiche technique indique la fonction de chacune des huit broches, mais les deux broches suivantes sont les plus importantes à noter dès maintenant :

Broche 1, ground

Cette broche doit être connectée à la borne négative de votre batterie. Les schémas de circuits intégrés utilisent souvent la mention « masse », ou GND, pour simplifier.

Broche 8, VCC

Cette broche doit être connectée au pôle positif de votre batterie, dont la tension doit être comprise entre 4,5 et 15 V.

Cela signifie qu'une pile de 9 V fonctionnera parfaitement.

Sur certains circuits intégrés, cette broche est appelée VDD.

Vous trouverez les broches VCC et masse sur tous les circuits intégrés. Ce sont les premières broches à identifier dans une fiche technique, car elles servent à alimenter le circuit intégré.

La fiche technique explique également comment connecter le minuteur 555 à un circuit, et le circuit que je trouve le plus intéressant le connecte en mode astable.

« Astable » signifie que quelque chose change continuellement (non stable), et en mode astable, un minuteur 555 active et désactive sa sortie en permanence.

C'est parfait pour faire clignoter une lumière ou créer un son !

Voici le circuit qui commande au minuteur 555 d'activer et de désactiver sa sortie :

REMARQUE : Les broches du 555 ont été positionnées conformément au schéma ; leur ordre diffère de celui du circuit intégré.

Comment régler la vitesse de sortie du temporisateur 555 ?

Les valeurs de R1, R2 et C1 sur le schéma du circuit déterminent la durée pendant laquelle la broche de sortie reste haute (elle fournit une tension proche de celle de la batterie) et basse (une tension proche de 0 V).

La vitesse de variation de la sortie, ou fréquence, correspond au nombre de fois où la sortie passe de haut en bas en une seconde.

Lorsque le temporisateur 555 est connecté en mode astable, comme sur le schéma du circuit, la fréquence de sortie est contrôlée par les résistances R1 et R2 et le condensateur C1, selon la formule suivante :

Ici, les valeurs des résistances sont en ohms et celles de la capacité en farads.

Pour trouver la fréquence, remplacez d'abord R1, R2 et C1 dans la formule par leurs valeurs, puis saisissez les valeurs à droite du signe égal dans une calculatrice.

Prenons un exemple.

Imaginez un circuit avec les valeurs des composants suivants :

R1 = 100 kΩ, R2 = 10 kΩ, C1 = 10 nF

Quelle est la fréquence de sortie ?

Entrez ces valeurs dans la formule :

Convertissez maintenant les unités afin que les valeurs soient plus faciles à multiplier

(120 kΩ = 120 000 Ω et 10 nF = 0,00000001 F) :

D'après ce calcul, la sortie devrait s'allumer et s'éteindre 1 200 fois par seconde avec ces valeurs.

Projet n° 16 : Créez votre propre son avec le minuteur 555

Ce projet vous montrera comment reproduire un son d'une fréquence d'environ 1 200 Hz via un haut-parleur. Plutôt sympa !

Mais un son à 1 200 Hz n'est pas très agréable à écouter, et si vous avez des animaux, ils pourraient l'apprécier encore moins que vous.

D'ailleurs, lorsque j'ai allumé ce circuit chez mes parents, leur chien est venu en courant vers moi, l'air très confus et un peu effrayé.

Je l'ai rapidement éteint et j'ai déplacé mes expériences dans un endroit sans animaux. Je vous conseille également de ne pas construire ce projet en présence de vos animaux.

Liste de courses (voir Fournitures utiles)

Une pile standard de 9 V pour alimenter le circuit.

Une clip pour pile de 9 V pour connecter la pile au circuit.

ou un supports de piles avec interrupteur et couvercle 9V.

Un interrupteur DIP.

Une platine d'essai d'au moins 30 rangées.

Des fils pour platine d'essai facilitent les connexions. (Un fil de raccordement standard convient également.)

Un circuit intégré 555 pour créer le timing.

Un haut-parleur de 8 Ω pour diffuser le son.

Un condensateur de 10 µf pour connecter le haut-parleur.

Un condensateur de 10 nF permet de régler la fréquence du son.

Une résistance de 100 kΩ permet de régler la fréquence du son.

Une résistance de 10 kΩ permet de régler la fréquence du son.

Étape 1 : Placer le minuteur 555 sur la platine d'expérimentation.

Ce circuit est construit autour du circuit intégré de temporisation 555.

Placez-le donc d'abord au centre de la plaque d'essai afin de faciliter la connexion de tous les composants environnants.

REMARQUE :

Pour connecter un circuit intégré à une plaque d'essai, placez-le toujours sur l'encoche centrale, avec un jeu de broches à gauche et l'autre à droite.

Sinon, toutes les broches partageant une rangée sur la plaque d'essai seront connectées entre elles.

Placez le repère d'encoche du circuit intégré vers la gauche de la carte, de sorte que la broche 1 soit en bas à gauche et la broche 8 en haut à droite, comme illustré.

Vérifiez bien que vous avez orienté la puce comme décrit ; sinon, le reste des instructions de ce projet ne fonctionnera pas.

Étape 2 : Connexion des broches d’alimentation et de réinitialisation

Utilisez les colonnes des rails d'alimentation pour le positif et le négatif :

la colonne rouge pour le positif et l’autre pour le négatif.

Ajoutez un cavalier pour chacune des connexions suivantes :

De la broche 1 du minuteur 555 à la colonne d’alimentation négative

De la broche 8 du minuteur 555 à la colonne d’alimentation positive

De la broche 4 du minuteur 555 à la colonne d’alimentation positive

Notez qu’il n’y a aucune connexion à la broche 5 du minuteur 555 dans ce circuit.

Connectez un cavalier entre la broche 2 et la broche 6.

Étape 3 : Réglage de la fréquence

Ensuite, connectez les résistances et le condensateur qui règlent la fréquence :

R1, R2 et C1.

Le condensateur C1, 10 nF n’est pas polarisé, son sens de connexion importe donc peu.

Connectez R1, la résistance de 100 kΩ, de la broche 7 du 555 à la colonne positive.

Connectez R2, la résistance de 10 kΩ, de la broche 6 à la broche 7.

Et connectez C1, le condensateur de 10 nF, de la broche 2 à la colonne négative.

Étape 4 : Connexion du haut-parleur et du condensateur de couplage.

Tous les composants permettant d'activer et de désactiver la broche 3 de la sortie du temporisateur 555 environ 1 000 fois par seconde devraient maintenant être en place sur votre plaque d'essai.

Si vous connectiez le haut-parleur directement à la sortie, un courant important le traverserait, risquant d'endommager le haut-parleur et le circuit intégré 555.

Vous pourriez connecter le haut-parleur via une résistance pour réduire le courant, mais l'utilisation d'un condensateur est encore plus efficace.

Connecté à une tension alternative, un condensateur agit un peu comme une résistance, mais connecté à une tension continue constante, le courant est bloqué.

Cela signifie qu'aucun courant ne traversera le haut-parleur, sauf s'il y a une fréquence à reproduire. Lorsqu'un condensateur est utilisé de cette manière, on parle de condensateur de couplage.

Le condensateur de couplage pour ce projet est un condensateur polarisé de 10 μF ; il faut donc d'abord identifier la branche négative.

Connectez la patte positive du condensateur à la broche de sortie 3 du temporisateur 555.

Connectez ensuite la patte négative du condensateur à une ligne vide de votre platine d’expérimentation.

Ensuite, si votre haut-parleur est livrée sans fil, soudez un fil d'environ 15 cm de long à chacun des deux contacts situés à l'arrière du haut-parleur (un fils rouge la marquage ​​+ et un noir pour le – près des contacts de l'enceinte).

Ensuite, connectez l'un des fils de l'haut-parleur à la même rangée que la borne négative du condensateur et l'autre fil à la borne négative de l'alimentation.

Étape 5 : Produisez du son !

Connectez la batterie aux bornes d'alimentation. Le fil rouge est relié à la borne positive et le fil noir à la borne négative.

Lorsque vous êtes prêt, mettez l'interrupteur à ON la batterie.

Vous devriez entendre un bip sonore. Félicitations : vous venez de produire votre premier son électronique !